海上排水板插板船设计与施工构想

武洋 于渤

摘 要：在印尼三宝垄-淡目高速公路中，共涉及6.36km*110m范围的海上排水板打设工作，总工程量约2800万米。工程师们结合现场因素和技术工期等要求，提出了使用海上插板船进行排水板施工的想法，本文就插板船的设计和施工方法进行介绍。

关键词：排水板;插板船;插板机;定位;效率

中图分类号：U662          文献标识码：A            文章编号：1006—7973（2021）03-0086-03

1工程概况

印尼三宝垄-淡目高速公路项目全长27km，位于印度尼西亚中爪哇省省会三宝垄市东北，交通便利，项目起点距离三宝垄国际机场约为10.5km，距已经通车的高速公路约5分钟车程，周边有国道AH2。本工程海堤路总区段长度为6.36公里，里程为STA.1+950-STA.4+025、STA.4+105-STA.6+411以及STA.6+571-STA.8+550，需要海上打设排水板的范围宽度为110m，排水板间距为1m，单根排水板长度为35～53m，打设排水板总延米数大约为2800万米。根据最新提供的资料，排水板设计单根长度为35～53m，结合前一版资料，排水板的设计长度为20m和40m两种，分析其详细长度应在40m以内，局部长度超过40m，最长为53m。因此，本方案制定时，考虑插板设备高度按照40m板长进行设计，超长部分考虑通过设计变更进行缩短，如变更无法实现，采取插板过程中延长导杆的方式进行。

2船机方案及施工方法

2.1 施工整体思路

本工程排水板打设采用海上插板设备进行，将110m宽度分为3条进行，每条宽35～40m，沿路基纵向每500m划分一个区段，交错流水进行施工，使用GPS进行定位。

2.2 插板船设备

计划使用在方驳上安装插板机的方式组建插板船，方驳型号为1500～2000t无动力平板驳，在驳船的四角安装4台锚机，并在船艏、船尾各安装定位插桩1根。在船上将6台插板机连接成整体，使其可在沿铺装在甲板面上的轨道上沿船舶纵向移动。插板船形式有以下两种方案：

（1）普通平板驳改造插板船。在平板方驳上铺设通长的轨道，在导轨上架设6台轨道式插板机，插板导管位于船体的两侧，将6台插板机连接成空间网架结构，使其形成在轨道上可整体移动的插板机组，每次打设6根排水板。船舶结构如下图所示：

（2）分体驳改造插板船。在平板方驳上铺设通长的轨道，在导轨上架设6台轨道式插板机，插板导管位于分体驳船体的中间，船舶上设置供插板机移动的网架导轨，插板机顶部与导轨用可自动抱死的连接装置进行连接，插板机可沿导轨任意移动，6台插板机工作互不影响。船舶结构如下图所示：

方案评价比选：使用普通平板驳船改造插板船，船机资源较为方便，改造工程量小，但为了设备安全，需将所有的插板机连接成整体，插板机无法单独工作，每移动一次插板机组需将6根排水板全部施工完成，一旦某一台插板机故障，将会造成整船施工中断;使用分体驳（或浮箱组建）改造插板船，可利用船机资源较少，中间固定网架及上导轨加工及安装工程量较大，但因设备重心更靠近船舶中心，浮游稳定性较普通平板驳方案更好，对风浪的适应能力更强，且6台插板机单独工作互不影响，施工效率更高。

方案比选的最大制约因素为船机资源，如有可利用的分体驳或浮箱船，选取分体驳方案，如船机资源受限，选用普通平板驳方案。下面以普通平板驳改造方案进行介绍。

2.2.1 锚泊設备

考虑印尼当地船舶一般无定位需求，船舶仅配备1口防风锚，因此需要对船舶进行改造。计划增加锚机3台，每角各1台，锚机型号为不低于3t，配备锚缆长度500m（可为海上接长），锚重2t。在船艏、船尾各安装定位桩1根，长度为8m、直径1m的开口桩，在桩顶2m范围内安装混凝土配重块，整体使用门架及卷扬机进行插拔。锚机及定位桩安装如下图所示：

2.2.2 插板机

在船舶甲板上根据插板机的轮距，铺设4根通长的导轨。将6台插板机相互连接形成整体，使用卷扬机在甲板上纵向移动。考虑水深和富裕高度，插板机架高净高不低于48m，使用钢材将竖架连接成空间网架结构，在网架上安装竖向梯笼和顶部水平人行廊道。网架的连接经过验算，保证网架整体的强度、刚度和稳定性。插板机的导管沿船舷两侧布置，相邻导管之间的间距为板距的整数倍。震动锤功率暂考虑为40KW。

插板导管直径考虑为200mm，长度45m，底部设置为双面楔形端头，开口宽度为35mm，端口在较窄的两个方向留U型槽。使用1根直径30mm、长度为30cm的圆管作为封堵设施，将圆钢使用铁链与导管进行连接。插入时圆钢与筒壁挤紧，可保证排水板不离开端头、泥不进入导管内，提起时圆钢端头受泥的阻力作用与导管分离，将排水板留在泥内。

本次插板计划采用提前将排水板长度切割好的方式，避免水上割板造成排水板浪费。因此需要设计使用导管内的提板装置。计划采用通心重锤夹头，将排水板插入留孔的抽芯钢板内，使用钢丝绳吊在导管内。当夹头下移至导管楔形头位置时，重锤受楔形头阻碍无法继续下降，锤内抽芯钢板继续向下，释放排水板;向上提取时，锤与抽芯钢板为整体上升，将排水板提高至合适高度。导管楔形端头与提板夹头设计如下图所示。

另外，在导管顶部20m范围内每隔5m位置对称设置两个5*10cm的开孔，用于在导管插入到底部时自动向导管内注水，提管时自动冲洗导管内壁。

2.2.3 定位系统

本插板船使用GPS系统进行定位，在陆地架设1台基准站，在海上安装2台流动站、1台测斜仪、1台激光测距仪。测斜仪用于测量船体的横纵向倾斜，激光测距仪用于测量插板机与船体的相对位置，两台GPS用于船舶定位。使用专用的定位系统，将船体位置、插板机位置显示在电脑的显示器上。本系统可使用海上定点抛石船系统或打桩定位系统，经与厂家沟通，可适当修改后安装在插板船上。系统安装布置图如下所示。

2.3 施工方法

插板工作分条、分段进行作业，每条宽为35～40m，每段长度为500m。使用两条船同时进行作业。船舶定位时，船体轴线与道路轴线垂直进行布置，前后两条船间隔100m。

根据预定的板位，通过调整插板船锚缆长度将船舶进行移位、定位，使插板机的导管位于排水板的设计轴线上，将插板船的两根定位桩插入泥面中，如遇风浪天气，定位不稳定时，可上下插拔定位桩，使其插入泥面的深度增加。

船舶定位完成后，根据预定的板位，将插板机调整到点位上。

提前将排水板分割成需求的长度，考虑每段富裕30cm，即设计40m板长的位置排水板的长度为40.6m。将排水板的一段插入提板夹具内，拉动导管内的细钢丝绳使排水板进入导管并沿导管上升，待排水板将近全部进入导管时，减低提板速度至管段漏出约50cm的长度。在距离板端30cm的位置将板沿圆钢弯折，两端插入导管内，向上托送排水板及圆钢与导管的楔形头卡住。圆钢两端外漏5cm左右。

将导管自沉至泥面以下，开启振动锤，震动稳定后下沉开始插管工作。在导管及插板机上设置读尺，根据定位系统提供的插板机位置甲板面高程计算插入的深度。

插板至设计标高后，将锤及导管逐渐提起，并随之释放提板的钢丝绳，释放钢丝绳速度与提管速度一致，使其保持不向上提拉排水板状态。插板机导管离开泥面一定高度后，提板夹具可自动释放排水板，至此，本根排水板插板完成。

待6台插板机全部插板完成后，移动插板机组至下一机位，重复插板工作。待1个船位的插板工作全部完成后移动船至下一船位。

3人机料组织

3.1 材料

印尼國内排水板使用较为常规，可在当地进行价格比选后进行采购，如设计规格较少，采用定尺加工。

3.2 人员

每船配备中国籍船长兼管理负责人1人，技术员（或测量员）1人。

每台插板机配备操作手1人，喂板人员1人，记录人员1人，共18人，并在其中配备船舶锚机操作手4人、定位桩操作手2人（由插板机操作手兼职），电焊工、维修工2人。另外配2名杂工进行排水板分割等工作。

全船共配备人员22人，其中中国籍人员2人，印尼籍工人20人。前期每船配备翻译1人，待工作熟练、配合默契后取消固定翻译人员。

3.3 船机

插板船用方驳计划采购印尼二手船舶，考虑综合性价比和远期印尼市场资源储备，采购较租赁更为合理。考虑插板机设备型号较大，印尼市场租赁难度较大且价格过高，计划采购、制作新设备。其中，支架及底座等计划由当地的钢结构厂家进行制作，振动锤、卷扬及控制柜进行采购。发电机考虑为租赁。GPS定位系统计划由中国国内采购。

4工效分析

按照每个插板机平均每天插板200条进行计算，每条船每天可完成1200条，两条船每天可以完成2400条，按照每月工作25天进行计算，本工程共设计排水板702900条，共需11.72月。考虑本工程海堤段60%由我方进行施工，预计可在7个月内完成，考虑施工过程中可能遇到的连续风浪期，将排水板施工整体工期考虑为9个月。

5结语

印尼三宝垄-淡目高速公路项目排水板打设工程，受资源和工期限制施工难度较大。项目技术人员在利用当地现有条件的基础上进行大胆创新，为本项目的施工提出了一条新思路，也为国内外海上排水板打设提出了一种新方案。

参考文献：

[1]JTS 206-1-2009.水运工程塑料排水板应用技术规程[S].

[2]曹冰，田桥.塑料排水板加固海上软弱地基在大连长兴岛公共港区建设中的应用[J].港口科技，2007（07）：27-32.

[3]张巧梅.海上打设塑料排水板施工的质量与安全控制[J].中国港湾建设，2009（06）：52-55.