拉各斯轻轨跨海桥水下障碍物打捞技术研究*

2020-09-22王炳军

工程技术研究 2020年16期

关键词：潜水员沉船障碍物

王炳军

（中国土木工程集团有限公司，北京 100038）

1 工程概况

拉各斯轻轨跨海桥位于大西洋入海口，主跨为40m+5×60m+40m连续梁，基础为桩径φ1.25m和φ1.5m的摩擦群桩。

桩基施工采用栈桥法，栈桥施工到第11跨在进行钢管桩施工时，疑似遇到水下障碍物，钢管桩不能下沉，位置几经变换，依旧不能沉桩。

2 障碍物探查

为摸清障碍物类型及分布情况，项目部走访了当地居民，并请当地专业公司进行了水下侧扫声呐扫描。但侧扫声呐因受船速、航向、水的流速和流向的影响，定位困难，精度较低，只是大概确定了水下障碍物的分布情况[1]。因此在此基础上，让潜水员进行水下勘测[2]，水面船只配合作业，最终精确确定了水下障碍物的分布状况及类型，如图1所示。

图1 障碍物分布图

3 水文情况

地表水为泻湖水，水深3～20m，受潮汐影响；潮汐每6h变换一次，最大潮差为1.5m，最大流速为1m/s，最大浪高约为1m。每年12月至次年3月水质较为清澈，其余时间水质较为浑浊；每年11月至次年2月份，每次大潮退潮后，水面漂浮有大量水草。低潮位水面标高为+0.2m，高潮位水位标高为+1.8m。

4 障碍物清理打捞

根据探查结果，障碍物主要分为沉船、大型混凝土块（系船墩）、钢管桩和槽钢、轮胎、钢管、卷扬机等杂物，如表1所示。

根据尼日利亚国情和项目现场情况，必须制定符合现场实际的打捞方案[3]。

打捞方案制定原则：（1）安全可靠。不能出安全问题。（2）经济高效。项目工期紧张，不能长期停工等待，时间上也不允许从国内进口大型的救助打捞设备，尼日利亚也没有打捞设备，只能利用既有设备[4]。（3）沉船等障碍物不需要保护，也不需要打捞上岸，只需将障碍物拖离施工区域，放置于指定位置即可。根据以上情况，确定了方案总体思路，即小块整体打捞，大块用绳锯切割，化整为零。

4.1 沉船打捞清理方案

根据沉船的分布位置，4#和7#沉船位于泻湖中间，离岸较远，采用海上船机设备进行打捞。11#、12#、13#障碍物沉船均位于114#墩，靠近岸边，打捞船无法就位，不能采用船舶设备起吊，需在栈桥、平台上利用大型吊车起吊沉船。

（1）7#沉船位于112#墩，船长25m，为最大、最重沉船。经与相似船舶比较，船体总重约为70t，减去浮力后约为60t。“铁建桩8”打桩船的最大起重能力为70t，可以采用驮抬打捞法[5]。为保证安全，先采取试吊的办法，如不能起吊，再进行水下切割，然后用打桩船吊离。根据潜水员探摸的情况，7#沉船为侧翻状态，无淤泥覆盖，海床面为砂性土。具体操作如下：将打桩船移动到沉船侧面最利于起吊的位置，选择白天的平潮期作为作业时间；潜水员利用锚艇作为平台，用细钢丝绳穿引粗钢丝绳[6]的办法，先将沉船一头抬起，减少水的黏着力；然后在船的2个1/4船长位置处用钢丝绳兜住船身，再利用“铁建桩8”进行起吊移位；最后沉船被顺利吊起，移动到指定位置。打捞全过程沉船不脱离水面，将沉船在水中缓慢吊离施工区域，放置于海中预定位置。

表1 障碍物分类表

（2）4#沉船位于栈桥ZQ-11#墩处，位置较为开阔，无其他构造物影响，且船体较小、重量轻，直接利用“铁建桩8”进行起吊移位。

（3）11#、12#、13#障碍物均为小船，在岸边利用100t吊车缓慢整体起吊。吊车站位要靠近，起吊要慢，防止意外发生。

4.2 大型混凝土块打捞清理方案

大型混凝土块疑似系船墩，其形状类似GPS站，顶帽为片状混凝土，下面有多根钢管桩作为基础，直径约40cm，周边钢管桩为斜桩，中间钢管桩为直桩，钢管桩内灌注混凝土。顶帽混凝土为多边形，厚度约为2.5m，尺寸为6.9m×9.4m，面积约为50m2，重约为300t。

大型混凝土均采用船机作为辅助设备，水下金刚石绳锯切割分块法进行清理打捞。金刚石绳锯具有可切割钢筋、全自动控制和全方向旋转切割[7]等特点，且环境适应性好，可用于水下切割，如图2所示。

图2 绳锯切割图

先由潜水员重新摸探，精确定位，确定影响桩基施工的部位；然后潜水员水下冲洗系船墩，确定系船墩尺寸及中间钻孔位置；最后在电脑上布置切割线路，切割位置要利于切割，且锯绳不易打滑。每次切割按1m长度考虑，一个系船墩需切割成7块，每块重量不超过30t。

先用地质勘探钻机按照预先确定的位置钻孔，然后搭设水面支架，布置导向轮，切割机放置在钻孔平台上。潜水员利用平潮期，水下穿好金刚绳，采用液压绳锯进行水下切割。水下切割时不需要冷却水，只要固定好导向轮，保证绳子的方向和主动轮的驱动方向一致即可[8]。切割前，先用吊带将要切掉的部分绑牢，然后用“铁建桩8”进行起吊，移位至指定位置。

4.3 钢管桩打捞清理方案

障碍物钢管桩编号为2#、6#，分别位于111#墩和112#墩，估计钢管桩根数为35根。钢管桩均深入海床，有斜桩和直桩，部分钢筋与系船墩相连。在打捞钢管桩之前，需先将系船墩墩顶混凝土打捞完成。钢管桩打捞可按下述方法进行。

（1）直接拔桩法。先用“铁建桩8”起拔钢管桩，“铁建桩8”的起重能力是70t，部分短小钢管桩可以直接拔出。“铁建桩8”不能拔出的，利用千斤顶拔出。在“铁建铺01”搭设平台，利用2台100t千斤顶来顶升，松动后，再利用“铁建铺01”的锚机起吊钢管桩。平台采用2组5榀贝雷片拼装，总长9m，悬臂3m。利用φ32mm精轧螺纹钢作为顶升吊杆，配套精轧螺纹钢螺母作为锚固。钢丝绳捆牢，然后进行顶升。

（2）套管法拔桩。如果直桩深入泥面长度较大，摩阻力超出千斤顶吨位，无法起拔，采用套管法进行拔桩，但该方法只适用于直桩。首先由潜水员下水用钢丝绳把400mm直径钢管桩上部捆牢锁死，再用履带吊起吊振动锤和800mm×12mm的钢管桩，把需要拔起的直径400mm的钢管桩套住，开启振动并下沉，保证钢管桩入泥深度在15m以上。因振动锤振动下沉套管，导致400mm钢管桩四周的泥沙液化，使摩阻力大幅下降，然后再利用履带吊起拔400mm的钢管桩[9-11]。

4.4 其他障碍物清理打捞方案

其他障碍物主要是一些杂物，包括水泥块、槽钢、轮胎、钢管、卷扬机等。主要分布在108#墩和111#墩，因体积小、重量轻，利用船上卷扬机或地面大型吊车，配合潜水员，即可顺利清理干净。

5 主要设备应用情况

施工主要设备应用情况如表2所示。

6 体会

经过5个月的紧张施工，海底的障碍物被清理干净，大桥桩基得以顺利施工。主要心得体会如下：

（1）尼日利亚国情和中国不同。在国内，航道内不允许有沉船，船只沉没必须由船只所有者进行打捞。尼国水域管理不严，致使沉船很多，另外设计院在设计前期未能进行详细调查，致使墩位有沉船而不知情，严重影响了大桥的施工工期和成本。鉴于尼日利亚国情，类似工程应在大桥的设计阶段对水底进行全面探查[12]，彻底了解水底情况，然后根据水底障碍物情况进行大桥的位置设计和空跨布置，最大限度减少工期和成本。