胡振華，梁旭清，馬 磊

（中交四航局第二工程有限公司 廣州510230）

0 前言

深圳某項(xiàng)目工程中，泵房基礎(chǔ)、過(guò)濾涵是安裝難度最大的沉箱，其內(nèi)部無(wú)艙隔，無(wú)法采取常規(guī)的加水壓載方式進(jìn)行調(diào)平。因此，該大型異形沉箱出運(yùn)及安裝的主要難度，在于出塢時(shí)調(diào)平及安裝時(shí)精確定位2 個(gè)工序。針對(duì)施工難點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)結(jié)合實(shí)際施工情況開(kāi)展技術(shù)方案論證及詳細(xì)計(jì)算對(duì)比，選取合理的工藝技術(shù)進(jìn)行施工。

1 工程概況

取水口過(guò)濾涵及泵房基礎(chǔ)采取預(yù)制與現(xiàn)澆相結(jié)合的工藝。預(yù)制泵房基礎(chǔ)自重約為4 862 t，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，預(yù)制過(guò)濾涵自重約為5 079 t，過(guò)濾涵及泵房基礎(chǔ)預(yù)制工作安排在某預(yù)制場(chǎng)預(yù)制，預(yù)制完成后，由于泵房基礎(chǔ)及過(guò)濾涵均為不封閉結(jié)構(gòu)，需設(shè)置封堵措施以便水上出運(yùn)及安裝。止水措施設(shè)置后，經(jīng)5 500 t半潛駁船托運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)安裝。

圖1 泵房基礎(chǔ)預(yù)制三維圖Fig.1 3D Drawing of Pump House Foundation Prefabrication

2 止水措施設(shè)置

泵房基礎(chǔ)為半封閉結(jié)構(gòu)，進(jìn)水口處采用廠家提供的7 套鋼閘門(mén)進(jìn)行止水。過(guò)濾涵為貫通結(jié)構(gòu)，設(shè)置鋼封門(mén)和鋼閘門(mén)進(jìn)行止水。過(guò)濾涵在進(jìn)水口處設(shè)置4套自行設(shè)計(jì)的鋼封門(mén)進(jìn)行止水，在出水口處設(shè)置4 套廠家提供的鋼閘門(mén)進(jìn)行止水。

鋼封門(mén)采用8 mm 鋼板作為面板，設(shè)置在迎水面，采用18 號(hào)工字鋼及18 號(hào)槽鋼進(jìn)行支撐，在端部18 號(hào)工字鋼及18號(hào)槽鋼相接處設(shè)置5號(hào)槽鋼，內(nèi)部填充止水橡膠帶進(jìn)行止水。為方便施工人員進(jìn)行安拆工作，在迎水面面板上設(shè)置爬梯。鋼封門(mén)制作完成后需進(jìn)行測(cè)試檢查其止水密封性。泵房基礎(chǔ)、過(guò)濾涵安裝完成后，需對(duì)其進(jìn)行箱內(nèi)二次澆注工作，確保整個(gè)干施工過(guò)程封門(mén)的強(qiáng)度、剛度和密封性［1］。

過(guò)濾涵鋼封門(mén)封堵示意圖如圖2所示。

圖2 過(guò)濾涵鋼封門(mén)封堵示意圖Fig.2 Schematic Diagram of Filter Culvert Steel Seal

3 出運(yùn)安裝方案比選

3.1 傳統(tǒng)壓載調(diào)平出運(yùn)方案

泵房基礎(chǔ)及過(guò)濾涵內(nèi)部無(wú)艙隔，自行設(shè)置艙隔從工期和成本上考慮均不實(shí)用，故不適合采用壓載水進(jìn)行調(diào)平，經(jīng)多次討論后，擬定采用壓載素混凝土塊進(jìn)行調(diào)平［2］。素混凝土塊規(guī)格尺寸為1 m×1 m×1 m，單件重約2.3 t。預(yù)制泵房基礎(chǔ)及預(yù)制過(guò)濾涵經(jīng)半潛駁船浮運(yùn)至下潛坑后，進(jìn)行固體加載，詳細(xì)數(shù)據(jù)如表1所示。

固體加載塊安置于2 000 t 方駁上，利用50 t 履帶吊將素混凝土塊放置于泵房基礎(chǔ)及過(guò)濾涵預(yù)定位置。

泵房基礎(chǔ)固體加載設(shè)置于圓弧段，圓弧段端頭設(shè)置預(yù)埋圓臺(tái)螺母，混凝土塊加載時(shí)采用槽鋼固定，槽鋼最終由潛水員進(jìn)行水下拆卸，固體加載位置如圖3、圖4所示。

過(guò)濾涵固體加載設(shè)置在圓弧段后方隔墻邊，采用鋼絲繩穿過(guò)隔墻間預(yù)留錨筋進(jìn)行固定。

表1 泵房基礎(chǔ)、過(guò)濾涵數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)Tab.1 Statistical of Pump House Foundation and Filter Culvert Data

表2 浮游穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果Tab.2 Results of Plankton Stabilization Calculation

圖3 泵房基礎(chǔ)固體加載位置圖Fig.3 Basic Solid Loading Location Map of Pump House

圖4 泵房基礎(chǔ)壓載塊加固示意圖Fig.4 Schematic Diagram of Reinforcement of Ballast Block of Pump House Foundation

利用CAD 進(jìn)行三維建模，選取坐標(biāo)原點(diǎn)，其浮游穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果如表2 所示。泵房基礎(chǔ)壓載后吃水達(dá)11.74 m，基床底標(biāo)高為-10.0 m，即至少需1.84 m 的潮位才能夠進(jìn)入，因經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期觀察潮汐表比現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)高程高10 cm左右，故至少需要1.94 m的潮位［3］。

根據(jù)2018 年潮汐表統(tǒng)計(jì)顯示：超過(guò)1.84 m 水位的天數(shù)3 月份只有9 d，持續(xù)2 h 以上的才5 d，并均在晚上；4 月份只有 2 d，持續(xù)時(shí)間不超過(guò) 1 h；5 月份有5 d。3個(gè)月內(nèi)超180 cm高潮歷時(shí)超過(guò)2 h的共10 d［4］。

綜上所述可知，泵房基礎(chǔ)浮游穩(wěn)定時(shí)干舷高度過(guò)低，固體加載時(shí)安放工藝精度高、耗時(shí)長(zhǎng)，現(xiàn)場(chǎng)潮水滿足安裝條件的窗口期少，且固體加載拆除工藝復(fù)雜、安全風(fēng)險(xiǎn)大，故需根據(jù)施工實(shí)際情況重新制定出運(yùn)安裝工藝。

3.2 方案優(yōu)化

3.2.1 方案1：改變結(jié)構(gòu)，通過(guò)減少泵房基礎(chǔ)自身重量提升干舷高度

經(jīng)多次內(nèi)部討論，提出通過(guò)改變泵房基礎(chǔ)自身重量，減少其自身重力，從而減少泵房基礎(chǔ)吃水工藝。實(shí)現(xiàn)該方案主要有如下2種工藝：

⑴ 預(yù)制時(shí)，底板預(yù)留部分不澆筑，減少底板重量，待安裝完畢后同箱內(nèi)隔墻一同進(jìn)行二次現(xiàn)澆。

⑵ 將外墻頂層中心線往后一側(cè)澆注時(shí)預(yù)留一定高度，模板暫不拆除，待安裝完畢后，趕潮水將剩余部分澆注完成后再進(jìn)行箱內(nèi)隔墻澆注施工［5］，如圖5所示。

此類方案可減少泵房基礎(chǔ)吃水，增加其干舷高度，方便安裝施工，經(jīng)計(jì)算，減少底板200 t 重量，泵房基礎(chǔ)干舷高度提升50 cm，為1.10 m，側(cè)壁減少2 m 后澆，干舷高度為1.45 m，干舷高度提升85 cm。通過(guò)減輕構(gòu)件重量后，吃水減少，可滿足安裝要求，但干舷高度仍偏低，浮運(yùn)安裝過(guò)程存在較大的安全風(fēng)險(xiǎn)，且后續(xù)施工操作不便［6］。

圖5 外墻頂層預(yù)留后半部分不澆筑三維圖Fig.5 The Top of the Outer Wall Reserves the Back half of the Wall without Pouring the 3D Drawing

3.2.2 方案2：起重船輔助安裝［7］

在公司內(nèi)部與多位專家研究，并據(jù)此召開(kāi)了出運(yùn)安裝專項(xiàng)方案研討會(huì)，提出采用1 000 t起重船輔助安裝工藝。

⑴ 設(shè)備選型

以本工程使用的起重船為例：采用1 000 t 起重船，該起重船配置2個(gè)大鉤及2個(gè)小鉤，每個(gè)大鉤可承擔(dān)500 t 吊力，每個(gè)小鉤可承擔(dān)200 t 吊力。大鉤與小鉤前后間距15 m。

⑵ 工藝原理

由于泵房基礎(chǔ)后壁與進(jìn)水口處存在質(zhì)量差，質(zhì)量差值為234 t，需進(jìn)行調(diào)平?；诖藛?wèn)題，通過(guò)利用起重船主鉤對(duì)泵房基礎(chǔ)進(jìn)行調(diào)平，使泵房基礎(chǔ)重心逐漸趨向于其中軸線位置，將泵房基礎(chǔ)調(diào)整至平衡狀態(tài)?？紤]風(fēng)浪條件影響及泵房基礎(chǔ)調(diào)平時(shí)干舷高度較低僅1.5 m等因素，待起重船2個(gè)主鉤將泵房基礎(chǔ)調(diào)整至平衡狀態(tài)后，提升兩側(cè)大鉤及小鉤共同作用，將泵房基礎(chǔ)干舷高度提升1 m，使干舷高度達(dá)到2.5 m。

泵房基礎(chǔ)頂部設(shè)置8 個(gè)吊環(huán)，布置形式為后壁4個(gè)吊環(huán)、進(jìn)水口處4個(gè)吊環(huán)（后壁4個(gè)吊環(huán)采用大鉤起吊，兩兩共用1 條鋼絲繩。進(jìn)水口4 個(gè)吊環(huán)采用小鉤起吊，兩兩共用1 條鋼絲繩，如圖6 所示）。吊耳板采用Q345 鋼材，吊耳孔直徑d=150 mm，吊耳板厚度δ=50 mm，吊耳板寬D=600 mm，另在各吊耳板兩側(cè)加焊厚度δ=25 mm 加強(qiáng)鋼板，加強(qiáng)板寬度為400 mm。各吊孔中放置孔徑與吊孔相適應(yīng)的鋼管吊軸。該吊耳設(shè)計(jì)報(bào)設(shè)計(jì)確認(rèn)后滿足設(shè)計(jì)對(duì)混凝土抗裂要求。

圖6 泵房基礎(chǔ)吊點(diǎn)布置平面布置Fig.6 Layout Plan of Foundation Lifting Point of Pump House

⑶ 施工方法

通過(guò)輔助安裝，泵房基礎(chǔ)吃水完全滿足全天候施工要求，因此選擇在退潮時(shí)進(jìn)行安裝。通過(guò)起重船將泵房基礎(chǔ)吊運(yùn)至安裝基床附近后，測(cè)量員通過(guò)設(shè)置于泵房基礎(chǔ)頂部的GPS 精確定位，定位完成后，通知現(xiàn)場(chǎng)起重指揮人員，起重指揮人員向起重船操作手傳達(dá)信號(hào)，將泵房基礎(chǔ)緩慢下放。隨著潮位慢慢降低，泵房基礎(chǔ)隨之下沉，必要時(shí)可適當(dāng)往泵房?jī)?nèi)加水，加速下沉。下放過(guò)程中，測(cè)量員實(shí)時(shí)定位，調(diào)整偏差，待泵房基礎(chǔ)底部剛好坐底時(shí)，采用起重船二次將構(gòu)件吊起距基床約10 cm 高，測(cè)量員確認(rèn)泵房基礎(chǔ)安裝位置滿足安裝要求時(shí)，下放吊鉤將泵房基礎(chǔ)坐落于基床上，測(cè)量員再次對(duì)泵房基礎(chǔ)精確定位。確認(rèn)符合要求時(shí)，快速打開(kāi)進(jìn)水閥門(mén)，進(jìn)行注水工作，使其漲潮后仍可以穩(wěn)定地坐落于基床上。若安裝泵房基礎(chǔ)坐于基床上后，安裝偏差不能滿足設(shè)計(jì)要求，則必須重新起吊安裝，直至滿足要求為止。過(guò)濾涵出運(yùn)安裝工藝同泵房基礎(chǔ)，不再重復(fù)敘述。

⑷ 相關(guān)計(jì)算書(shū)

① 吊耳板加強(qiáng)板焊接及錨固鋼筋焊接與焊縫強(qiáng)度

泵房基礎(chǔ)、過(guò)濾涵吊點(diǎn)錨固鋼筋數(shù)量均為14根。

吊耳板焊接應(yīng)有焊接工藝評(píng)定。焊縫應(yīng)為連續(xù)焊，不應(yīng)有夾渣、氣孔、裂紋等缺陷。焊縫采用角焊縫，E50 焊條，一級(jí)焊縫，根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范：GB 50017-2003》［8］相關(guān)規(guī)定，角焊縫焊腳尺寸不得小于為較厚焊件厚度，且不宜大于較薄焊件厚度的1.2 倍，對(duì)于吊耳板與加強(qiáng)板焊接，取焊腳尺寸hf1=11 mm，對(duì)于吊耳板與錨固鋼筋焊接，取焊腳尺寸hf2=22 mm，錨固鋼筋采用HRB300 螺紋鋼D28，焊縫強(qiáng)度根據(jù)《水運(yùn)工程鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范：JTS 152-2012》校核，即：

式中：τf為沿焊縫長(zhǎng)度方向的剪應(yīng)力；N為軸向拉力設(shè)計(jì)值，取最重構(gòu)件計(jì)算，N=P×1.2×1.2×1.3×1.4；he為焊縫的計(jì)算厚度，he=0.7×hf；lw為焊縫計(jì)算長(zhǎng)度，對(duì)于吊耳板與加強(qiáng)板焊接，為單面焊，lw1=2×（L-2×4×hf），L為加強(qiáng)板周長(zhǎng)，對(duì)于吊耳板與錨固鋼筋焊接，為雙面焊，lw2=n×2×（200-2×22），n為焊條根數(shù)為焊縫的強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，取250 MPa。

吊耳板與加強(qiáng)板焊接：

吊耳板與錨固鋼筋焊接：

鋼筋錨固長(zhǎng)度計(jì)算：

式中：la為受拉鋼筋錨固長(zhǎng)度；α為鋼筋外形系數(shù)，取0.16；fy為普通鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，取270；ft為混凝土軸心抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，取1.71；d為鋼筋的公稱直徑。經(jīng)計(jì)算得：

又根據(jù)《水運(yùn)工程混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范：JTS151-2011》，錨筋埋入深度不應(yīng)小于30 倍鋼筋直徑，取單根鋼筋錨固長(zhǎng)度900 mm，滿足要求。

錨固鋼筋強(qiáng)度驗(yàn)算：

② 泵房基礎(chǔ)大鉤調(diào)平時(shí)，吊鉤受力情況：

通過(guò)計(jì)算后壁質(zhì)量差為234 t，通過(guò)2 個(gè)大鉤進(jìn)行調(diào)平，故每個(gè)大鉤所受力：

計(jì)算時(shí)取120 t。

大鉤與小鉤間距為15 m，后壁與進(jìn)水口處吊點(diǎn)間距為14 m，起吊時(shí)所用鋼絲繩為60 m 走通鋼絲繩，故可近似認(rèn)定調(diào)平及提升干舷高度時(shí)鋼絲繩為垂直狀態(tài)。即忽略鋼絲繩產(chǎn)生的水平力。

③ 泵房基礎(chǔ)調(diào)平后，整體提升1 m 時(shí)，吊鉤及吊耳受力情況

泵房基礎(chǔ)提升干舷高度1 m，鋼絲繩負(fù)擔(dān)重量為252 t。此時(shí)由4個(gè)吊鉤共同承擔(dān)（計(jì)算時(shí)取3個(gè)吊鉤算）［9］。

提升1 m干舷高度，吊鉤承受拉力大小為：

因此，由上述分析可知，泵房基礎(chǔ)調(diào)平和整體提升1 m 后：大鉤承受的最大拉力為120+84=204 t，計(jì)算時(shí)考慮卸扣及鋼絲繩重量，則單個(gè)大鉤設(shè)計(jì)吊重為210 t；小鉤承受的最大拉力為84 t，計(jì)算時(shí)考慮卸扣及鋼絲繩重量，則單個(gè)小鉤設(shè)計(jì)吊重為90 t；1 000 t起重船配置2 個(gè)大吊鉤及2 個(gè)小吊鉤，每個(gè)大吊鉤可承擔(dān)500 t 吊力，每個(gè)小吊鉤可承擔(dān)200 t 吊力。起重船輔助泵房基礎(chǔ)出塢時(shí)大吊鉤拉力達(dá)到最大值，為210 t，遠(yuǎn)小于起重船大吊鉤拉力值，查1 000 t起重船起重參數(shù)可知，吊高46.2 m，跨距49.9 m 時(shí)，扒桿角度為50°，此時(shí)大吊鉤可吊起320 t重物，滿足起重要求。

④優(yōu)點(diǎn)

a.可直接使用起重船對(duì)構(gòu)件進(jìn)行調(diào)平，無(wú)需進(jìn)行固體壓載調(diào)平，且還能對(duì)構(gòu)件起到助浮和穩(wěn)定構(gòu)件的作用；

b.安裝時(shí)可通過(guò)起重船上的船機(jī)錨纜調(diào)整泵房基礎(chǔ)位置，解決大型異形沉箱難以準(zhǔn)確調(diào)整位置的問(wèn)題；

c.采用起重船輔助安裝，若一次安裝不滿足規(guī)范要求，起重船可將泵房基礎(chǔ)重新吊起安放，無(wú)需抽水，操作方便，安裝精度高。

4 結(jié)語(yǔ)

⑴ 水上安裝自浮式的大型異型構(gòu)件原則上應(yīng)保證構(gòu)件自浮游穩(wěn)定，但在水深無(wú)法滿足安裝要求，構(gòu)件干舷高度低的情況下，可采用起重船輔助移動(dòng)安裝，能降低施工安全風(fēng)險(xiǎn)。

⑵ 通過(guò)采用建立數(shù)字三維模型圖，對(duì)構(gòu)件的關(guān)鍵部位理解、相關(guān)尺寸關(guān)系、工藝過(guò)程的控制有很好的幫助，能更加準(zhǔn)確、高效地推進(jìn)施工。

本工程的安裝施工技術(shù)對(duì)于今后水上大型異型構(gòu)件的安裝具有一定的指導(dǎo)意義。