鞍钢方块码头改造技术

万建军，单勤，刘君，计政华

（中交一航局第四工程有限公司，天津　300456）

鞍钢方块码头改造技术

万建军，单勤，刘君，计政华

（中交一航局第四工程有限公司，天津300456）

鞍钢方块码头改造是通过开挖码头前沿港池，增加码头前沿水深，达到停靠更大吨位船舶的目的。由于港池开挖使原码头暗基床变为明基床，需要对基床进行清淤灌浆加固；使用超大规格的漂浮型橡胶护舷确保船舶与码头前沿的距离，防止船舶底部碰触明基床，工程护舷规格为5m×6.5m，为目前国内最大规格的漂浮型橡胶护舷。基床灌浆和橡胶护舷的效果良好，满足了预期的使用要求。

码头改造；清淤；基床灌浆；漂浮型橡胶护舷

0　引言

鞍钢码头隶属于鞍钢国贸营口港务有限公司，位于营口市鲅鱼圈区辽东湾望海寨海域，原码头于2007年建成投入使用，改造前为2万吨级重力式方块码头。业主为了提高港口吞吐量，靠泊更大吨位船舶，需要升级到4万吨级泊位。设计单位通过论证采用开挖港池，加固码头基床等一系列措施保证结构稳定、满足使用要求。

需要改造的码头岸线共826 m，码头前沿水深由-11.0 m加深至-13.1 m。由于港池开挖，原码头由暗基床变为明基床，为了防止松散状态的基床块石被水流冲刷、掏空，需要对基床进行灌浆加固。为了防止船舶底部碰触明基床，加装超大规格护舷确保船舶与码头基床的安全距离。码头改造标准断面见图1。

图1　码头改造标准断面图Fig.1　Por t renovation standard section

1　工程特点分析

1.1基床灌浆

本码头建成使用已6 a，回淤严重，基床块石间已被淤泥填充。基床清淤是否彻底是码头加固成功的关键。水下灌浆受海浪潮水影响大，灌浆时砂浆从基床底部逐渐升高至基床顶面，需要灌浆设备具有很大的压力，增大压力的同时必须采取可靠的方法防止漏浆。

水下基床灌浆是通过基床钻孔布设注浆管和观察管实现的，必须使用多种直径钻杆、导管，施工工艺复杂。为了保证砂浆充分填充于块石间，砂浆必须具备一定的流动性；同时水下灌浆要求砂浆必须具有一定的不离散性，砂浆配合比必须兼顾流动性和不离散性。

1.2漂浮型橡胶护舷制造和拆装

该工程漂浮型橡胶护舷设计仅给出尺寸和相关受力要求，未明确具体材质和结构形式，国内没有相关的生产制作先例，需要组织生产厂家进行二次设计。码头投用后，考虑不同吨位（1.5万～ 4万t）船舶的停靠要求，加装的护舷需频繁进行安装和拆卸作业，必须具有便利的安装和拆卸性。同时考虑东北地区冬季特性和操作人员的安全，业主要求拆装过程在码头前沿陆上完成，无下水作业。

2　改造施工工艺

2.1基床灌浆

基床灌浆施工工艺流程为：砂浆配合比设计→施工准备→基床肩部理坡、基床表面清淤→基床钻孔（块石间清淤）→土工布铺设→基床灌浆。

2.1.1试验段施工参数

大面积施工前首先进行了试验段典型施工，通过试验段确定了基床灌浆钻孔平面位置、间距、砂浆配合比等施工参数，优化了施工工艺。

为了保证砂浆的流动性和不离散性，通过在砂浆中添加2.0%～3.0%UWB—II型絮凝剂达到了很好的效果[1]。砂浆配合比技术参数：流动度30～40 s，初凝时间5～6 h（25℃），

配合比：水泥：砂子：水：絮凝剂=764：861：420：11.46，kg/m3。

2.1.2基床肩部理坡、基床表面清淤

在对原暗基床进行开挖后，暗基床坡肩暴露为明基床，基床肩部抛石有部分被挖除或坍塌，需先用10～100 kg块石对个别区域进行补抛，然后再用二片石进行理坡，直至形成设计断面。

基床理坡完成后进行基床表面清淤，由潜水员使用高压水枪进行冲洗，局部淤泥较多处用泥浆泵抽出，以抽出的水变清澈为准。

2.1.3基床钻孔

1）钻孔孔位的平面布置

钻孔的平面布置根据砂浆在水下的扩散半径和趋势及基床块石间清淤要求确定。

根据试验段典型施工经验，比较灌浆和清淤的影响范围，发现砂浆的扩散范围可达3～4 m，而清淤的影响范围相对较小，只有2～3m。

基床靠近码头前沿一侧封闭性好，而靠海侧封闭性相对较差，方块前趾处基床清淤难度大，且灌浆时砂浆有向海侧流动的趋势，为了保证整个基床（尤其前趾处）的清淤和灌浆质量，将钻孔位置向码头前沿一侧方向进行了调整。钻孔间距1 000 mm，呈“△”形布置，灌浆孔距离码头前沿线950 mm，观察孔距离码头前沿线1 300mm，见图2。钻孔深度为2.6m，底标高为-13.6m。

图2　基床钻孔平面布置示意图Fig.2　Em bankm ent borehole drilling distribution

2）钻孔施工

采用HW460潜孔钻，以XHP900空压机为动力源，钻机安放在施工平台上。钻进过程通过高压风将淤泥及钻渣吹出，达到清淤效果。钻孔施工步骤：

第一步：对准孔位，下放φ183 mm大套管，将φ89mm钻杆放入大套管内，钻杆下钻过程中，大套管同步下行。

第二步：钻至设计深度后，钻杆提出，把φ63mm注浆管或观察管放入大套管。

第三步：提出大套管，注浆管或观察管留在钻孔内。

第四步：注浆管或观察管在灌浆时逐步拔出。

2.1.4基床块石间清淤

钻机钻进时，随着高压气体的冲刷，淤泥和海水随气体从基床块石间排出。在钻孔结束后继续供气，当翻滚出水面的水花变清澈时方可停止供气，保证处理范围内淤泥清除彻底。

2.1.5土工布铺设

为保证灌浆区域形成密闭系统，防止漏浆，并考虑灌浆时的压力，需要在基床坡肩、顶面、坡脚范围内铺设土工布，码放砂袋。

由潜水员进行土工布铺设和砂袋码放，土工布搭接长度不小于1.5 m，沙袋数量为8个/m2。重点保证坡脚及搭接位置压设质量，确保加固的基床范围封闭，有效控制灌浆压力。

2.1.6基床灌浆

灌浆设备采用XHBT4010-45S型砂浆泵。灌浆管随着砂浆上升而提升，提管过早过快易造成灌浆不饱满，提升过晚过慢易造成漏浆和堵管。所以提管速度和时间是控制灌浆质量的关键。通过总结试验段施工经验，当基床块石间砂浆填充饱满后，砂浆泵电流表和压力表读数会随之变大，据此控制拔管时间。

实测的两次提管时间间隔平均约为3min，砂浆泵的施工功效为0.5 m3/min，基床孔隙率约为45%，基床顶宽、底宽为2.8 m、5.4 m，灌浆影响宽度约为2 m。可计算出提管高度为：3×0.5× 2/（2.8+5.4）×0.45=0.4 m。

灌浆过程中由潜水员进行探摸，并用测绳测量观察管内砂浆高度，以此辅助控制灌浆时间和灌浆量。

2.2漂浮型橡胶护舷的选型与使用

2.2.1选型

设计要求施工单位组织生产厂家对漂浮型橡胶护舷进行二次设计；业主要求漂浮型橡胶护舷在使用过程中，工作人员能在岸上进行安装和拆卸操作。漂浮型橡胶护舷均由码头前沿的40 t门机进行安拆。

根据业主及设计的要求，对漂浮型橡胶护舷的生产厂家和使用单位进行考察，比选以下3个方案，见表1。

表1　方案比选Table 1　M ethods com parison

考察某港口使用聚脲型漂浮护舷出现过火灾事故，首先从使用安全性和耐久性方面对材质进行选择，确定使用橡胶材质。同时经过考察了解到国内最大的橡胶硫化罐尺寸为φ4 000mm×L7 000 mm，可制作出单体护舷最大的尺寸为φ3 500 mm×L6 500mm。

方案3化整为零，采用组合型，既保证原设计的结构尺寸，又能在现有条件下生产制造，且运输方便。为了降低漂浮型橡胶护舷的总重，保证业主门机吊装的安全性，在护舷内填充EVA泡沫材料，将总重量控制在32 t以内。

最终决定采用方案3组合型漂浮型橡胶护舷。

2.2.2组合型漂浮型橡胶护舷的结构组成

单套护舷的具体构成：大靠球φ3 500 mm× L6 500 mm，重约13 t，数量1个；小靠球φ750 mm×L1 500 mm，重约310 kg，数量51个；链条φ16，总长约为200 m（含胶管约200 m）；漂浮型橡胶护舷总体尺寸：φ5 000 mm×L6 500 mm；总体重量32 t。组合型漂浮型橡胶护舷效果图见图3。

2.2.3理论计算和试验验证

漂浮型橡胶护舷选型完成后，对护舷结构进行受力验算，并制作模型进行各项试验，对护舷的安装方式进行了多次优化。

1）有限元计算分析

根据有限元的受力分析，护舷的受力和变形均能满足设计要求。

图3　组合型漂浮型橡胶护舷效果图Fig.3　Impression drawing of the combination type floating rubber fender

2）试验验证

为了进一步验证组合结构形式的受力特性，组织厂家按照员：5比例制作模型进行模拟试验，通过试验验证各项指标均能满足要求。

2.2.4安装

护舷安装由3种链条和缆绳完成，分别为吊装护舷用φ52锦纶缆绳，使用过程锚固护舷用链条，安装过程牵引链条用φ20缆绳。为便于描述，把链条与护舷法兰连接端称为D端，另一端为C端，牵引用φ20缆绳与链条连接段称为A端，另一端为B，见图4，安装步骤如下。

图4　漂浮型橡胶护舷安装示意图Fig.4　Floating rubber fender installation

1）把链条的D端与护舷的法兰相连，φ52缆绳与法兰根部链条相连。

2）把φ20的缆绳A端挂上一个卸扣，缓缓下放使其穿过码头岸壁上的拉环，之后用挂钩钩住卸扣，将缆绳A端拉到岸上。

3）将缆绳A端用卸扣与链条的C端相连，此过程中缆绳B端始终保持在岸上。

4）使用门机通过φ52的缆绳将护舷吊起放入海中。

5）拉φ20缆绳的B端，直至将链条的C端拉到岸上，将链条C端连接到岸上的锚固拉环上。

与之相反过程即可实现漂浮型橡胶护舷的拆卸操作。为了方便漂浮型橡胶护舷的安拆，每次安装和拆卸后在2个锚链拉环间预留连接缆绳，为下次作业提供方便。

上述安装和拆卸方案，解决了业主提出的“操作人员不下水进行安拆作业”的要求。根据现场测算，安装和拆卸过程用时均在10 min内，操作方便、快捷。

2.2.5使用与日常维护

漂浮型橡胶护舷在装运过程中不得摔、撞、拖、滚，不得用尖硬物勾、吊、刺、划，不得与酸、碱、油类及有机溶剂等物质相接触，距发热装置1m以外。

漂浮型橡胶护舷在使用过程中，船舶靠船速度V≤0.12m/s，靠船角度≤15°。

遇6级及以上大风、暴风雪等极端天气应将护舷提出水面，放置库房存储。

护舷提出水面后，应放置在专用护舷支座上，以保证在码头前沿放置的稳定性。

3　效果检查与评价

3.1基床灌浆效果

施工完成后，采用水下摄像及钻芯取样相结合的方式对灌浆效果进行检测。钻芯取样在水下灌浆全部完成后28 d进行，共随机在基床顶、坡面抽取了5点[2]。

水下摄像结果显示，基床顶部、坡面均被水泥砂浆完整覆盖。钻芯取样结果显示，砂浆充分填充在块石之间，且与块石胶结良好，形成完整的结合体；对圆柱体芯样试块进行抗压强度检测，最小值为30.7 MPa，满足设计要求，加固效果良好。

在码头基槽开挖前，测量人员在码头前沿顶面布置了23个沉降位移观测点，施工期间每天进行观测，结果显示，基槽开挖至未灌浆期间，码头发生沉降最大13 mm，向港池位移最大2 mm；基床灌浆完成后，沉降和位移稳定，不再发生变化，说明码头已经处于稳定状态，基床加固效果良好[3]。

3.2漂浮型橡胶护舷使用效果

漂浮型橡胶护舷投入使用1个月时间内，经历了4次强风大浪过程，平均每天停靠4万t船舶1艘，安装拆卸达30余次。安装拆卸操作便利，安装和拆卸时间均在10 min之内，完全满足预期的使用要求。

4　结语

通过多次试验和现场典型施工得出了适合本工程的压力灌浆施工参数和水泥砂浆配合比，现场实施过程中采取一系列工程措施，较好地清除了原基床块石间的淤泥，保证了灌浆的强度和密实性。与护舷生产厂家联合进行研究实验，为本工程生产安装了目前国内最大规格的漂浮型橡胶护舷，采用了方便快捷的装拆工艺，满足了靠泊和运营维护时反复装拆的使用要求。

鞍钢码头改造工程的顺利实施为业主创造了经济效益，工程工期短、投产快，具有很高的社会效益，可为类似的老码头改造加固和码头扩容工程提供借鉴。

[1]林鲜，陈凌华，周伟.UWBⅡ型水下不分散混凝土絮凝剂的性能研究[J].混凝土，2006（4）：52-53. LIN Xian,CHEN Ling-hua,ZHOUWei.Propertles of UWBⅡanti-washoutadmixtures ofunderwater concrete[J].Concrete,2006 (4):52-53.

[2]JTS 257—2008，水运工程质量检验标准[S]. JTS 257—2008,Standard for quality inspection of portand waterway engineering construction[S].

[3]陈妙初，卢军民.老码头改造施工中的平面位移监测方法[J].水运工程，2006（12）：89-91. CHENMiao-chu,LU Jun-min.Horizontal displacementmonitoringmethod in old wharf renovation construction[J].Port&Waterway Engineering,2006(12):89-91.

Renovation technology of Angang concrete block wharf

WAN Jian-jun,SHANQin,LIU Jun,JIZheng-hua
（No.4 Engineering Co.,Ltd.of CCCCFirstHarbor Engineering Co.,Ltd.,Tianjin 300456,China）

The renovation technology of Angang concrete block wharf is amethod to excavate the wharf apron dock basin and expand the depth ofwharfapron in order to dock larger shipsby deepening the dock basin.For thehidden embankmentbecame visible,de-silting and strengthening itwith concretemust be done.By using the largest rubber floating fender,make sure the distance between ships and docks in order to prevent them from wrecking the bottom to the embankment.The fender for this project is 5 m×6.5 m which is the largest floating rubber fender we can find in China.The effect of embankment concrete pouringand rubber fender isgood,canmeet the requirementsof the intended use.

dock renovation;de-silting;embankment concrete pouring;floating fender

U656.111

A

2095-7874（2016）10-0047-05

10.7640/zggw js201610011

2016-04-22

2016-07-08

万建军（1974— ），男，江西南丰人，硕士，高级工程师，建筑与土木工程专业。E-mail：755841609@qq.com