300t异形素混凝土方块水上吊装施工技术

王春生 任思光 谭博文 中交一航局第五工程有限公司

1.工程概况

唐山港曹妃甸港区通用散货泊位三期工程水工结构工程位于曹妃甸一港池西岸，岸线总长1217.8m，其中南北向码头主体段长度855m，工作船泊位岸线长158.5m，北端东西向直立护岸204.3m。

在主体泊位与工作船泊位连接处、工作船泊位与直立护岸连接处以及直立护岸与曹妃甸沉箱预制场连接处，均采用素混凝土方块连接。混凝土方块共26块，其中主体段与工作船泊位拐角处8块，平面形状为不规则五边形，单块重293t和303t两种，工作船与直立护岸拐角处3块，单块重230t和235t两种，直立护岸与曹妃甸沉箱预制场连接处15块，单块重145t。

2.方块预制场地及吊装工艺确定

为避免方块二次倒运增加成本，计划所有方块一次预制完成，安装时采用公司自有的1600t全回转起重船起重28进行吊装。

结合现场条件，方块预制场地选两处，重量230t以上的11块大方块，采用通用散货二期5#泊位北端60m岸线前沿作预制场地，共布设两排底胎。安装时，由起重28吊装至运输船上，再运输至现场安装。剩下重量145t小方块采用起重28驻位于曹妃甸预制场地连墙码头前沿，起吊方块后通过绞锚，直接由起重28安装方块。

预制场设计时，应结合起重28的起重性能曲线图，确保起重船可直接起吊后装船。

大方块预制施工场地的最远处底胎距离码头前沿34m，最远方块起吊总重329t（大方块、吊索具重量与粘结力之和），起重28靠散货泊位二期工程码头前沿起吊方块时，回转中心距码头前沿16m，则吊装期间吊距最大50m；查询1600t全回转起重船参数，当起吊幅度为60m时，采用主钩固定尾吊吊重为420t＞329t，吊起方块后扬起起重臂切换至回转吊模式作业，预制场设计满足起重船作业半径要求。

小方块预制场最远处方块重距码头前沿44.6m，距起重28回转中心60.6m；查询1600t全回转起重船参数，当起吊幅度为70m时，采用小钩固定尾吊吊重为300t＞155t（小方块、吊索具重量与粘结力之和），吊起方块后扬起起重臂切换至回转吊模式作业，预制场设计满足起重船作业半径要求。

图1 吊钩幅度与起重量关系图

3.工艺难点分析

（1）预制方块单块重量大，且为不规则多边形，属于大型预制构件起重吊装，对起重船性能要求高。

（2）方块26块中有12块需潜水辅助安装，即潜水员水下摘钩，存在一定安全风险。

（3）方块吊点设计是关键，150t以内方块采用公司自有的两个100t马腿吊装，230t以上的大方块采用4根钢丝绳8点吊装，必须要满足规范要求和有相应的计算书，验收时重点检查吊环的埋设位置，制作吊环用的圆钢由物资进行取样检测，合格后方可使用。

4.方块水上吊装施工工艺研究

考虑到本工程方块形状多样，尺寸不一，数量并不多，因此方块预制采用组合钢模板拼装成大片模板，[10做横竖连杆，M24对拉螺栓进行加固；混凝土施工重点做好混凝土养护和防裂，预制工艺在此不做赘述。

4.1 方块吊装参数设计

4.1.1 大方块（D～I型）吊装参数

本工程230t以上方块采用直径80 mm～85 mm吊环8点吊装，其中D、E、F型方块（293t～303t）采用直径85mm吊环，G、H、I型方块（230t～235t）采用直径80mm吊环，吊环布置图如图2。

方块的吊环位置设计方法：根据形心计算规则，将不规则多边形的形心找出，方法为将多边形从两个方向分别划分为两个三角形，或一个三角形和一个四边形，将这两个方向的三角形形心连线，连线的交点即为多边形的形心；然后通过该形心将多边形分为8个小三角形，将每个三角形形心找出，该8个小三角形的形心位置即为吊环设置位置。

D～I型方块最大重量为F型，素混凝土单重303 t，吊环共计8个，单重310 kg，共计2.48 t，方块总重量305.48 t。根据《重力式码头设计与施工规范》（JTS 167-2-2009）的3.2.14条，在方块与底胎之间黏结力无实测资料时，可取5 kPa，故方块起吊最大重量为305.48×9.8+5×46.2=3225kN。

图2 大方块（D～I型）吊点布设图

经计算，选取直径82mm，钢丝公称抗拉强度1770MPa的钢芯钢丝绳，钢丝绳最小破断拉力=4240kN＞3225 kN。连接钢丝绳与吊环的卡环，选择85吨弓形卸扣，共8个。

4.1.2 小方块（A、B、C型）吊装参数

本工程145 t 方块采用公司自有的两个100 t 马腿吊装，可吊重1960kN。

A、B、C 型方块最大重量为A2，单重144.9 t，根据《重力式码头设计与施工规范》（JTS 167-2-2009）的3.2.14条，在方块与底胎之间黏结力无实测资料时，可取5 kPa，故方块起吊最大重量为144.9×9.8+5×4.38×4.5=1518.57kN＜1960kN，选用马腿满足要求。

4.2 主要工序施工工艺

4.2.1 大方块（D～I型）安装

（1）起重28及运输船驻位。起重28由拖轮拖运至通用散货二期5#泊位前沿，垂直于码头驻位，起重28左前舷、船头中间、右前舷通过缆绳缆至码头前沿系船柱上，后锚抛两口，通过绞缆绳来进行向前和左右移船，通过绞锚向后撤。起重28驻位完成后，运输船自航至起重28右舷傍靠，缆绳带紧至起重28系船桩上，运输船在驻位之前将甲板上满铺20cm厚碎石，以减轻方块对甲板的局部压力。

（2）起重人员挂钩起吊。起重人员将卡环与吊环逐个连接并拧紧后，起重指挥人员指挥起重28开始带紧钢丝绳，检查4根钢丝绳连接是否正确，确认无误后作业人员即可下离方块，现场起重指挥人员指挥起重28起吊作业，在正式吊起之前先进行试吊，将方块起吊1m停滞1分钟，观察方块和吊环的稳定性，稳定后将方块吊运至运输船上。

运输船上方块由中间向两侧对称码放，每侧采用2个三角木楔子从底口加固，防止方块滑动。

（3）方块运输、起重28重新驻位。方块全部装至运输船上之后，起重28由拖轮拖运至待安装位置前沿，顶靠安装位置驻位，左前舷和右前舷可通两根缆绳缆至已安装的沉箱上，后锚抛两口，通过绞缆绳来进行向前和左右移船，通过绞锚向后撤。

起重28驻位完成后，运输船自航至起重28右侧傍靠，缆绳带紧至起重28系船桩上。

（4）起重28起吊安装方块。运输船驻位后，由起重指挥人员指挥起重工再次挂钩，起重28起吊方块，旋转至待安装位置后缓缓将方块下放，测量人员准备定位，待方块顶面距全部入水差50cm时，测量人员上方块，利用两侧已安装沉箱采用铅垂线法进行方块定位，精确定位后起重船垂直下放方块。

底层方块安装之前，在基床上方块前沿线外侧50mm处间距1m设置400＊400＊100混凝土垫块作为方块安装的水下基准线，潜水人员探摸该垫块，方块底部距垫块距离在0～100mm时，方块安装合格。

中间层方块安装时，潜水人员水下量测上下层方块前沿的错台，错台小于30mm时合格，大于30mm时，水下电话通知船上潜水人员，进行方块调整，直至合格为止，随后由潜水人员进行水下拆卸卡环。卡环全部拆卸后，潜水员出水上船，起重28起钩准备安装下一块。

顶层方块安装直接由测量人员采用GPS定位根据测量控制数据精确定位，起重作业人员辅助安装。

4.2.2 小方块（A、B、C型）安装

曹妃甸预制场地连墙码头前沿水深-5.0m，直立护岸前沿港池水深设计为-6.0m。曹妃甸在7月份潮位在+0.7m至+3.0m之间，起重28空载吃水3.26m，满载吃水4.8m，因此无论是高潮低潮，均可进行该处方块的安装施工。

（1）起重28驻位。起重28垂直预制场地连墙码头驻位，左前舷和右前舷可通两根缆绳缆至预制场地连墙码头的系船柱上，后锚抛两口，通过绞缆绳来进行向前和左右移船，通过绞锚向后撤。

（2）起重人员挂钩起吊。每个方块设置2个马腿，2个起重工辅助起重28进行马腿安装。下放马腿时，吊钩应缓慢停落在欲吊方块上方，起重人员将两马腿缓慢插入方块预留的马腿盒内，待马腿降落至指定高度后，起重人员将马腿扭转90度置于马腿盒中间位置并扶稳，指挥起重船缓慢收紧吊钩，确认马腿安装正确后，作业人员即可下离方块。现场起重指挥人员指挥起重28起吊作业，在正式吊起之前先进行试吊，将方块起吊1m停滞1分钟，观察马腿的稳定性。马腿稳定则将方块吊运至现场进行安装。

图3 异形大方块水上吊装

（3）现场安装。起重28先绞后方两口锚，撤出码头前沿一段距离后，绞左前缆使起重28靠近待安装方块位置，当起重28吊运方块至待安装位置正上方后，停止所有绞缆和绞锚，并带紧缆绳。然后起重28缓缓将方块下放至待安装位置，测量人员准备定位，定位方式与大方块相同。

方块安装合格后，潜水人员进行水下方块的马腿拆除，起重工进行水上方块的马腿拆除，直至所有方块安装完成。

5.结语

曹妃甸通用散货泊位三期工程中，通过对大体积异形素混凝土方块水上吊装的施工技术难点研究分析，制定出对应的技术方案，最终安全顺利地完成所有方块水上吊装。

本工程中300 t 异形方块采用1600t起重船8点吊，重点是吊点位置和吊装参数的设计选取，也是确保本质安全的技术措施；150t方块采用100t马腿双点吊，可在保证安全的同时，节省吊环费用。

通过本工程对于大型方块水上吊装工艺的研究和应用，我公司对方块结构码头施工技术有了更广更深的理解和掌握，这也为今后承担类似工程，积累了更多的施工经验和施工技术，更多更广地利用公司现有船机设备，大胆地进行技术实践，去为公司创造价值。