强涌浪开敞海域大直径钢管桩自浮运卸船技术

徐立强，周维，周端

（1.中国港湾工程有限责任公司，北京 100027；2.中交第二航务工程局有限公司，湖北 武汉 430040）

1 概述

1.1 工程概况

委内瑞拉卡贝略港集装箱码头项目，位于委内瑞拉卡贝略市。主要建设内容包括：800 m长的连续锚锭式钢管板桩码头及230 m同结构后期预留接口；总面积约57万m2的集装箱堆场；965.8 m长的直立式钢圆筒防波堤等。项目建成后可同时靠泊1艘13万吨级和1艘10万吨级集装箱货轮，年集装箱吞吐能力可达100万标箱。

码头前板桩墙采用阿赛洛公司生产的φ2 300 δ24（X70）型钢管桩，设计桩长39.5 m，单根重57.5 t，钢管桩顶部0~4 m范围内设有HZF-102厚1 500μm环氧防腐涂层；顶部4~20.7 m范围内设有HZF-102厚900μm环氧防腐涂层。前墙钢管桩共计296根，计划分批次在荷兰、土耳其等国制作完成后海运至项目所在地，第一船大直径钢管桩为50根，重2 875 t。

根据委内瑞拉地震规范中地震区划图显示项目所在地位置位于5区，基岩面地震峰值加速度（PGA）为0.3g，地面的峰值加速度（PGA）为0.34g，属于强震区。为满足抗震要求，设计规定，钢管桩必须一次性在厂内加工完成，不能分节加工现场组焊[1]。

如何保证大直径、超长钢管桩到岸后能够顺利卸船，是本项目实施的重点和难点。

1.2 老港卸船能力调查

经过对卡拉略港老码头的卸货能力、转运路况的调查，若钢管桩运输船采取在老码头卸船，再经陆上转运至项目部的方式，需穿过卡贝略市区，市区道路不满足超长钢管桩的运输要求，需报请市政部门对部分转弯半径较小的路段进行改造，且整个运输过程可能会造成市内交通瘫痪，需申请政府交通部门全程协调。此方法不仅操作困难、效率低下，且运输费用高昂。

1.3 海上卸船可行性调查

由于常规的港口卸货，陆上运输的方式难以实现，因此对海上卸船的可行性进行了调查。调查得知，在得到当地海关和海事局的同意后，可以在近海锚泊卸船。

1.4 水文情况

码头建设在强涌浪开敞海域，直面加勒比海，除远处一小岛外，无任何掩护，施工海域海况恶劣，长周期涌浪海况特征明显[2]。

常水位：+0.168 m；最低水位：-0.222 m；最高水位：+0.688 m。

第一船钢管桩预计4月底到港，卸船时间预计持续2周（含海上清关），波浪情况依照2013年4月26日—5月10日同期观测数据，日最大波高0.59～2.56 m，周期 7.5～16.6 s，日 1/3有效波高0.28～1.10 m，周期 5.7～8.6 s。

潮流：通过对工程海域布置的6个潮流测站在大潮期连续28 h潮流观测数据显示，本工程海域涨落潮流速为1～19 cm/s，潮流较弱，各测点流向较散乱，规律性不强。

2 施工方法的制定

2.1 运输船及装船方案

由于选择近海卸船，就要求运输船舶必须具备管桩起吊能力。同时，由于卸船海域有长周期强涌浪，就要求运输船舶必须具备一定的抗涌浪能力。

经过研究，最终选择阿赛洛公司“MARGRETE”号远洋海轮进行首批钢管桩运输。“MARGRETE”号海轮船长142.69 m，船宽18.25 m，型深10.15 m，满载吃水 7.325 m，满载排水量10 450 t，船首和船身各有1台最大起重量60 t的克令吊。

钢管桩摆放在船首和船中，以便2台克令吊进行双机抬吊作业。钢管桩运输过程，采用尼龙扎带绑扎，每根桩绑扎12道，绑扎间距为3 m。钢管桩装船及绑扎加固见图1。

图1 钢管桩装船及绑扎照片Fig.1 Photo of loading and colligation of steel tubular piles

钢管桩出厂时，已经涂装重型防腐涂层，为保证运输过程中涂层的完整性，单根钢管桩均采用间隔缠绕尼龙绳的方式，以防止与其它钢管桩碰撞[3]。

2.2 卸船位置

通过对项目施工海域的地理位置及水下地形图进行分析，将运输船停泊在小岛后方背浪侧，抛锚定位后进行卸船是最理想的工作位置，见图2中位置A。但在位置A处，船舶与小岛间距离太近，有安全风险，且之前在小岛附近已发生过沉船事故，沉船尚未打捞。最终决定要求将船舶停靠在距离小岛350 m，离岸600 m的开敞水域进行卸船。

图2 卸船位置Fig.2 Location of discharging ship

2.3 锚泊方式

由于运输船锚泊在强涌浪开敞海域，且波向角变换频繁，若采用前后八字锚的方式进行锚泊，对锚泊系统要求高，且受强涌浪影响，容易走锚。因此采用单点系泊的方式锚泊，以保证船体垂直迎浪。

2.4 卸船方式

运输船采用单点系泊，若采用方驳过驳的方式卸船，由于2个船体在强涌浪下的动态响应不一致，克令吊吊放大直径、超长钢管桩时，安全风险极大。

若采用钢管桩自浮运卸船，克令吊仅需将桩放入水中，小型拖轮就可直接将桩拖走，整个过程比过驳方案简单、易控，且成本较低，确定此方案为首选方案。

2.5 自浮方式

经过计算，若利用钢板将钢管桩两端封堵，钢管桩最大可产生浮力164 t，自浮平衡时吃水仅1 m左右，满足浮运要求。

本项目采用δ6 mm S355JR钢板满焊于距离钢管桩两端80 cm处作为封堵板。封堵板的加工在钢管桩生产时同步完成。

3 施工工艺流程

卸船的工艺流程为：施工准备→卸船港池施工→运输船进场锚泊→拖拽小艇就位→运输船克令吊起吊钢管桩入水→小艇拖拽钢管桩进港池→吊车起吊钢管桩出水→钢管桩装车转运至堆存场地。

4 主要施工方法

4.1 卸船港池施工

为便于浮运钢管桩上岸，考虑在现场挖掘卸船港池。港池选址在施工场地的小岛后方，利用小岛对港池形成一定的遮蔽，减少涌浪对钢管桩入池和起吊的影响。

港池宽为30 m，长为60 m，水深约3 m，边坡采用覆盖土工布、堆码砂袋的方式进行护坡。履带吊停靠侧施打10根φ1.0 mδ10 mm@3 m的钢管用于浮运的钢管桩靠位，钢管后方插入δ16~20 mm支护钢板并回填，形成直立码头岸壁（如图3所示）。

4.2 运输船进场锚泊

运输船到场后，在指定地点，下单锚停泊，船体垂直迎浪，降低涌浪引起的船体晃动。

为保证船舶安全，运输船旁边停靠1艘2 205 kW（3 000匹）拖轮，保证紧急情况下，运输船能及时脱困。

4.3 克令吊起吊钢管桩入水

图3 卸船港池Fig.3 Harbor basin of discharging ship

负责拖拽钢管桩的小拖轮就位后，运输船克令吊起吊钢管桩入水。起吊前，预先在钢管桩的桩头吊耳及桩尾上各系1根尼龙拖拽绳（尼龙绳可浮于水面）。

在钢管桩入水后，受涌浪影响，钢管桩将随着波浪不断运动，操作人员无法进行陆上施工时靠近钢管桩解钩等操作。解决方法是将1根麻绳的一端捆绑在钢管桩起吊吊带上，另一端则由运输船上的操作人员手持，当钢管桩入水并松钩后，操作人员通过拉麻绳使钢管桩与吊具分开。这种不接触钢管桩也能完成“解钩”的操作方式，不仅确保了操作人员的安全，并且大大节省了钢管桩吊带脱钩时间。

4.4 钢管桩拖拽入港池

钢管桩拖拽过程由2艘船配合进行，主力拖拽采用294 kW（400匹）小型拖轮，拖拽位置为钢管桩桩头；辅助导向采用普通交通艇负责，主要进行涌浪作用下的方向修正，拖拽位置为钢管桩桩尾。

4.5 钢管桩起吊上岸

钢管桩被拖轮喂入港池、靠泊卸船码头后，利用卸船码头上布置的1台18 m长臂反铲和1台普通反铲引导钢管桩进入130 t履带吊的吊带兜绳（兜绳一端安装在卸船码头的桩基上，一端安装在吊车挂钩上）。

进入后，130 t履带吊上提兜绳，钢管桩在兜绳作用下，滑向并贴紧卸船码头钢桩（钢桩包裹轮胎，防止自浮钢管桩与钢桩碰撞，损坏防腐涂层），固定浮运钢管桩。

钢管桩固定后，操作人员通过钢便道靠近钢管桩进行挂钩操作。挂钩后，利用1台260 t履带吊起吊钢管桩上岸装车，并利用60 t平板挂车运输至钢管桩堆存区。

5 施工工效

方案实施过程中，共2个拖航班组，每个班组各配置1艘294 kW（400匹）小型拖轮和1条交通艇，循环作业。卸船初期每小时上岸1根，施工人员配合熟练后，45 min可上岸1根。本次50根钢管桩卸船计划7 d完成，实际仅4.5 d就完成了卸船作业，施工工效完全满足现场施工要求。

6 结语

本项目利用钢管桩自浮运卸船的施工工艺，通过“绳控脱钩”、“兜吊固定”等小措施，解决了涌浪作用下钢管桩下海脱钩、上岸挂钩等施工难题，成功地进行了强涌浪海域大直径钢管桩的卸船工作，通过实践证明整套施工工艺是科学、合理的，可为类似施工提供参考和借鉴。