外海水上塑料排水板施工方法.docx
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外海水上塑料排水板施工方法
外海水上塑料排水板施工方法
[摘要]本文以汕头市东部城市经济带新津片区河口治理及综合开发项目为工程实例，简述塑料排水板在外海海上定位、水上施工方法。
[关键词]塑料排水板外海施工海上定位
1工程概况
本工程位于汕头市东部沿海，是国内沿海城市向外海扩张，建设新城的典型案例。
片区堤防总长7.844km，主体结构为：
插设塑料排水板→复合砂肋软体排→袋装碎石→抛石。
塑料排水板约900万米。
分为三大区域：
西堤里程S1+442.4~S2+756.1；南堤里程S1+756.1~S4+631.5；东堤里程S4+631.5~S7+753.1。
其中东堤与西堤走向为：
沿海岸逐渐向外海延伸；南堤则位于外海中离岸平均距离约平均2km。
南堤堤防各工序均需在海上进行施工，而塑料排水板是堤防软基处理的首要施工工序。
塑料排水在外海的施工定位精度、船舶抗风浪稳定性的要求高、难度大。
在面对复杂的海况条件与紧蹙施工工期博弈中，我们力求在船舶选型、船机数量、提高工作效率、延长作业时间上有切实的保障措施，同时制定相应外海水上施工方案、合理规划船舶作业区，以最少的船机数量投入来达到最佳的工作效率和工期目标。
附图塑料排水板施工区域范围图，见图1。
图1塑料排水板施工区域范围图
2海况及气象特点
汕头市位于广东省东南沿海，濒临南海，施工区海域外部无掩护。
每年9月~翌年6月份海面强风对水上作业的影响很大，3级以下海况天气相对偏少。
1）海面风速、风向：
据汕头气象站资料统计，多年平均风速为2.7m／s，夏季盛吹东南风，台风多，秋、冬季为北风和偏北风。
该区域属季风气候区，常风向和强风向均为东北东方向。
2）本工程设计潮位见表1-1
表1-1设计潮位（珠基）
多年平均高潮位
0.36m
多年平均低潮位
-0.66m
10年一遇高潮位
1.85m
10年一遇设计低潮位
-1.80m
3）波浪
施工区地处华南强浪区，波浪方向相对集中，常浪向为E向（浪频率37.14％）、其次是SE向（浪频率为14.78％）。
E向浪和SE向浪的年平均波高分别为1.23m、0.92m，平均周期分别为6.24s、6.34s。
3特殊海况的船舶选型
南堤施工水域原地面标高为-3.0~-5.3m，靠外海受风浪影响大，选取打设船机要具备一定的抗风浪能力，一般选用在1500t左右、吃水深1~2米左右，施打完南堤排水板又可施打东、西堤大部分排水板；东、西堤施工水域原地面标高为-0.6~-4.5m渐变，靠近岸侧受风浪影响小，选取吃水在1m左右的1000t船舶。
3.1插板船舶规格选取
片区堤防设计宽度均为60m、塑料排水板间距1.2m，即横向每排塑料排水板为50根。
若要选取大型船舶一次性满足堤防全宽排水板施打，则船舶吨位、船长、吃水深度就不能满足后续在东、西堤继续施打作业，造成机械浪费，不能重复利用。
因此，将堤防横向宽度分割为内外两个层次，来作为选取插板船舶规格的依据。
选取船舶甲板规格为：
长40m×宽14m左右，可装配六台塑料排水板插设桩机，每边各3台，船舶有效作业平台规格为长36m×宽14.4m。
完成堤防宽度36m范围内排水板施打。
剩余24m宽度的排水板，可选取船舶甲板规格为：
30m×12m左右的船舶，装配4台桩机，每边各两台，船舶有效作业平台规格为24m×12m。
主选以上两种规格的船舶，相对吃水浅、机动性快，相互配合在各自层次内施打作业互不干扰，提高施工节奏，又能满足后续在东、西堤的排水板施打任务，船机得到最大利用。
附图两种规格船舶在堤防分层的位置，见图2。
图2两种规格船舶在堤防分层的位置示意图
3.2插板船舶锚重计算
3.2.1插板船规格
以1500t插板船舶湘娄底机号为例，计算配用的锚重。
船舶规格：
全长75m、宽13.3m、深3.4m；空载吃水0.77m、空载排水量518.6t、满载排水量1850t、满载吃水2.4m。
装配六台插板桩机及相关桩机行走塔机、发电机、塑料排水板材料等合计约载重180t,载重后吃水1.7m。
根据所选的插板船，经计算每船配的1.5t重的船首锚，1.2t重的船尾锚各两个，锚缆的有效长度不小于5倍船长，锚缆直径取30mm。
图3：
1500t湘娄底机号插板船装配六台插设桩机完成后照片。
图3：
1500t湘娄底机号插板船装配六台插设桩机完成后照片
4总体部署及船舶数量投入分析
1）原则：
提出先拦外后安内，争取在8、9月海况相对稳定的季节首先完成施打海域最深、涌浪较大的外海南堤塑料排水板。
一旦南堤塑料排水板施打完成，后续铺排、抛填工作衔接跟紧，目的是让南堤主体成型高出海平面，形成一道天然屏障，可抵外海御涌浪侵袭，让插板船有条件继续在东堤、西堤施工。
因此在计算所需投入的船机数量中，应选取南堤塑料排水板的工作量及工期时间为计算参素，来确定整个堤防塑料排水板施打所投入的船机数量。
2）空间上分析：
在船机数量预算中，首要规划围堤的施打先后顺序、主次顺序。
确定以南堤塑料排水板为突破口，来计划船机装配数量。
若要全面开展施工面，则投入的船机数量将超出所承受的管理范围，不论是每日安全员上船例行安检、或每船所配的技术员和监理员都超出各单位在单项工程上人员编制数量。
同时在防台避港时，港口锚位资源也有限。
3）时间上分析：
水上塑料排水板施工计划工期10个月，从2011年8月开始至11月份为第一个施工高峰期，海况涌浪与阵风相对平稳；11月到次年3月为施工平缓期（视工程区域海况安排施工）；次年3月到6月为第二个施工高峰期。
确定在2011年9月底率先完成南堤塑料排水板施打任务，为年底完成后续铺排及抛填块石创造必要条件。
4）选用流水作业方案：
集中有限船机数量首先完成南堤塑料排水板，同时选用浅基插设平台和履带插设机在东堤与西堤从岸侧向外海施打。
当南堤塑料排水板施打完成后，将插设船舶分两队施打东堤和西堤塑料排水板。
4.1计算所需船舶数量
南堤里程S2+756~S4+631，长1875m、宽60m。
设计排水板间距1.2米，得：
总根数=1641×60/1.2×1.2=78125根。
设定：
每天有效施工时间为8小时，每根施打所用综合时间5分钟，8月份、9月份有效施工天数为16天。
所需预算桩机数量=5min×78125/32d×8h×60min=25.4台。
实际桩机数量：
1500t船舶三艘，每艘配六台桩机；1000t船舶两艘、每艘配4台桩机，总桩机达26台。
各类船机所在施工区域划分，见表4-1。
表4-1根据围堤水深选取插设船机划分表
围堤部位
里程
滩地高程
平均高潮位
平均低潮位
选用船机
备注
西堤
S1+442~S1+750
-0.69m~-1.1m
+0.36m
-0.66m
履带插板机
退潮时陆打
S1+750~S2+200
-1.1m~-2.0m
+0.36m
-0.66m
传润105
搁浅也能施打
S2+200~S2+756
-2.0m~-3.0m
+0.36m
-0.66m
1000T插板船
配四台插设机
南堤
S2+756~S4+631
-3.0m~-5.3m
+0.36m
-0.66m
1500T插板船
配六台插设机
东堤
S4+631~S6+000
-4.2m~-2.7m
+0.36m
-0.66m
1500T插板船
配六台插设机
S6+000~S6+500
-2.7m~-1.0m
+0.36m
-0.66m
浅基插板平台
配两台插设机
S6+500~S7+844
-1.0m~+1.0m
+0.36m
-0.66m
履带插板机
退潮时陆打
4.2人员、船舶投入计划表，见表4-2
表4-2人员、材料、机械设备配备投入计划表
名称
规格
数量
备注
施打塑料排水板船机
1500t
3（艘）
自航
施打塑料排水板船机
1000t
2（艘）
自航
履带插设机
1（台）
浅基插设平台
12m×12m
1（艘）
无动力
交通船
2（艘）
锚艇
3（艘）
人员
160人
排水板
C型
900万米
5水上施工几个技术难点的解决方法
5.1插板船定位及移位
1）以南堤（里程S2+756.1~S4+631.5）为例，用CDA制图绘制出区域范围内所有排水板桩位布点图。
2）划分各船舶施工区，各插板船舶安装GPS和中海达施工定位软件。
将排水板布点图（cad电子版）拷入中海达定位软件中，即可显示出插板船与排水板布点图的位置关系。
3）排水板设计间距为：
1.2m，配4台桩机的插板船作业平台规格为：
长24m×宽12m，即作业平台长宽尺寸应为1.2m的整数倍。
4）船舶左右两侧各安装两台桩机，一台桩机水平移动距离为12m，即船舶定位一次每台桩机可施打十根桩。
船舶沿垂直于堤身中心线抛锚定位，通过船舶前后左右四个锚机牵引锚绳可水平左右（前后）移动船舶，以1.2m为每次纵向小移位的步距，船舶向左（向右）持续小位移十次即完成排水板设计范围内：
长（纵向）24m×宽（横向）24m范围内所有设计的桩点施打。
5）在排水板布点图（纸质）上圈出已完成的施打范围，标注施工日期、船舶名称，然后船舶移位至下一个相邻的24m×24m区域范围内施打。
图3插板船作业平台与排水板布点图的局部位置关系示意图
图4插板船作业平台与排水板布点图的局部位置关系示意图
6）每日施工因机修或海况原因中间休停时，或每日收工后都需在施工定位图中标注施工停止时的船舶位置，以便下次复工衔接，确保施打的连续性、完整性。
5.2消弱涌浪影响
插板船舶在季风海况中定位的稳定性、持久性是关系到持续施工时间及质量安全的前提保障。
由于插板船舶自身重心高、抗涌浪差的通病，要消弱船体随波摆幅及平面飘移造成的施工精度误差。
5.2.1更换缆绳
缆绳长度保证一次抛锚后满足100m~150m里程范围内施工，减少二次抛锚时间。
同时缆绳直径及强度符合施工要求。
5.2.2改抛交叉锚
海况微风微浪时抛八字锚即可，但是在季风海况时涌浪及阵风对船体左右摆动产生持续作用力，抛八字锚不足以起到稳定船体作用。
而抛交叉锚时，船体左右摆动过程中在交叉锚的交点处，上锚绳始终压制着下锚绳向上浮动的趋势。
锚绳浮动作用受到压制，都起到保护插板船舶定位稳定性及缓解摆动幅度。
附图交叉锚示意图，见图四。
图5交叉锚示意图
通过以上改进措施，在季风不良海况中延长有效施工时间，保证工程质量达到预想效果。
随时观测桩机沉管垂直度，控制垂直度偏差≤1.5%。
当交叉锚不足压住涌浪侵袭，垂直度偏差≥1.5%时，应暂停施工。
5.3插设深度控制
1）插设深度H=设计深度h1+水深h2+桩管底部至海平面间距h3。
2）挂标尺：
沿桩机塔架自上而下，在桩管顶部入口处为标尺0点位刻线，每0.5m刻线一道，标尺总长度大于插设深度H数值。
3）桩管下插时，通过读取标尺刻线即可控制插设深度H，上提时插销从桩管口与排水板端部抽出，排水板靠土压力留在地基中。
4）随着潮汐变化，应定时（每半个小时）测一次水深，调整桩机插设深度。
5.4水下剪板
1）塑料排水板从甲板上拉高至桩管顶部入口穿入，再下放至桩管底靴口处，固定在底部的插销上，同时拉紧桩管外部排水板，依靠排水板与插销之间的摩擦力连接在一起。
2）桩管上提至0点标线位置后，将塑料排水板套入环刀中，环刀下沉、人工斜向（环刀拉绳与塑料排水板呈45°夹角左右）快速拉起环刀拉绳，剪断塑料排水板,排水板装靴，桩机移位准备下个一排水板桩点施打。
附图水下剪板示意图，见图五
图6水下剪板示意图
水下剪板与预剪板相比节约剪板时间，预板需剪裁每条设计长度的排水板，水下剪板只要搭接每卷（每卷200m）排水板接头即可。
5.5外露长度控制
外露长度不足则影响排水效果，外露长度太长又浪费材料。
外露长度要求控制在20cm~35cm之间，其水下割板方法有两种：
（一）在环刀拉绳的水面以上每5cm粘一道红色胶带，当环刀自重沉至海地面时，提直拉绳，垂直方向提升环刀拉绳25cm左右，再快速将拉绳向一侧倾斜，呈一定倾角拉割排水板；
（二）根据定时观测的水深h1，减去外露长度h2，得出环刀入水深度h3=h1-h2。
在拉绳所需入水深度的位置系颗红色小浮球，每次下放拉绳至浮球在海平面时即可拉割排水板，注意水潮水变化调整浮球位置。
5.6回带控制
排水板回带控制办法：
当桩管上提时，如果排水板带在桩管顶部入口不移动，量一下沉管上提高度，此高度也就是回带长度；如果回带超过500mm，则应在旁补打一根。
5.7消弱阵风影响
海面阵风对水上排水板作业影响很大，特别是在十月末，午后阵风逐渐加强，桩管外塑料排水板随风飘动，风速越大飘幅越强，排水板受向上拉的作用力，提管时板头无法有效预留在设计深度。
阵风3级以上时，塑料排水板随风飘动对回带的影响逐渐加强。
为消除或减小风的作用力，必须将排水板固定桩管上。
延桩管至上而下每2~3米设置一个套圈把排水板与桩管套在一起，起到减缓排水板受风飘幅幅度。
附图桩管设置套圈，见图六。
图7桩管设置套圈示意图
通过增设套圈，基本上在4~5级阵风中能保证施工质量，回带得到有效控制，延长作业时间。
当风圈不能有效束缚塑料排水板时，应立即停止施工。
6外海施工注意事项
1）施工过程中，各工序均要严格按照设计要求及安全要求进行操作，当阵风加强船体摆幅加、平面误差、垂直度超过设计要求时均应立即停止施工。
2）船舶每次平面位移时，均应安排专职人员看护4个锚绳卷扬机，做到一机一人。
防止脱绳或卡绳危机船体安全。
3）插板机上下行走及插板深度等应有限位装置。
4）严禁未穿救生衣上船作业，机上操作人员必须戴好安全帽，高空作业须系好安全带。
5）钢丝绳磨损情况应做到心中有数，该更换的就更换，轧头固定情况应符合规范要求。
6）每次移位时甲板上有专人看护锚机卷扬是否顺畅；驾驶室有技术员、移位操作员、监理同时观察船舶定位的准确及定位后的船舶是否持续稳定。
7）台风来临前，当风力达到７级，浪高达到１m时，应停止作业，进行就地抛锚待泊；当预报风力达到８级，浪高达到1.7～2.5m时，应做好随时撤退准备工作；当气象预报为风力达到九级或九级以上，风浪高达到2.5m以上时，船员应预先将船只驶进避风港湾内，并抛好锚，安全固定船只后，所有人员撤退到基地待命或岸上其他安全地方。
7结语
通过本工程实践获得经验数据及难题解决办法，为类似工程及后续水上作业船舶的铺排、抛填块石施工起到同效的经验借鉴作用。
由于我们精心策划、合理配置船机，提高了施工效率，创造了良好的效益，顺利地在2011年9月底完成南堤水上塑料排水板施工，为确保后续水上铺排及抛填块石创造有利条件。
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