建筑泥浆对运输船舶稳性的影响

周剑锋 薛孝行 葛劲松 吴建军

【摘 要】 为确保运输建筑泥浆船舶的安全，通过分析建筑泥浆的特性和运输船舶货舱特点，以代表性船舶为例，计算装载不同密度建筑泥浆的代表船舶在满载时自由液面对船舶稳性的影响和货物倾侧力矩对稳性的影响。结果表明：货物密度、货舱开口和舱口围、货舱水密纵舱壁等因素是影响船舶稳性的关键因素。建议：船舶稳性计算应反映出装载不同密度货物时船舶的稳性；提高船员责任意识和业务能力，强化船舶管理，必要时安装货物液面非均衡监控装置和报警装置；排水量过小的船舶不宜设置水密纵舱壁。

【关键词】 船舶稳性；建筑泥浆；自由液面；复原力矩

0 引 言

近年来由于环保原因，建筑泥浆逐渐由陆上处理转为海上处理，海船运输建筑泥浆的情况越来越多。由于建筑泥浆的装卸特点和运输特性，目前运输建筑泥浆的海船主要来自于改建的干货船或液货船，《国内航行海船法定检验技术规则》（以下简称《法定检验规则》）对此并没有特别详细规定。在实践中，因为货物原因导致船舶稳性丧失的情况时有发生，因此有必要研究建筑泥漿对其运输船舶稳性的影响。

1 建筑泥浆的特性

建筑泥浆是盾构工程或打桩时产生的泥浆，具有以下5个特点：

（1）装卸和运输期间处于液态。建筑泥浆是由水和固体颗粒组成的悬浮性液体。

（2）一般由岸基泥浆泵装卸，装卸速度快。主要装船点的泥浆装船速度约为700 m3/h。

（3）密度大。建筑泥浆中的细小颗粒物悬浮在液体中，使得液体密度明显提高。

（4）含有少量重金属。

（5）建筑泥浆中有防止凝固的物质，因此在短时间内不会出现明显的沉淀现象。

2 海船运输建筑泥浆的安全性

2.1 运输要求

使用海船运输建筑泥浆是我国近些年新出现的运输方式。部分海事主管部门出于环保需要，要求建筑泥浆运输船不能采用开底驳船运输，因此，在实践中采用闭底的普通货船运输建筑泥浆。与挖泥船和开底驳船相比，闭底的普通货船具有舱口大、舱口围高的特点。

2.2 船舶稳性计算原理

由于《法定检验规则》未将闭底建筑泥浆运输船列为特殊船舶，因此，参照普通货船标准根据船舶原理知识和《法定检验规则》推荐方法计算船舶稳性。

由于建筑泥浆处于液态，需要考虑泥浆自由液面对船舶稳性的影响。另外，为了降低泥浆自由液面对船舶稳性的影响，部分船舶在货舱中设置水密纵舱壁，但在实际营运中发现由于人员失误或者设备故障，装卸货物时存在货物左右不均衡现象，由此产生货物倾侧力矩。因此，建筑泥浆对船舶稳性的影响需要考虑其自由液面和货物装载左右不均衡等因素。

货物自由液面对船舶稳性的影响与液体密度和货舱舱型密切相关，在船舶稳性衡准中表现为自由液面对船舶初稳心高度和复原力臂的影响，三者之间的关系可用公式（1）和（2）表示为

3 舱内建筑泥浆对船舶稳性的 影响

以M公司代表性船舶A船和B船为例，分析建筑泥浆对船舶稳性的影响，其中：A船由干货船改建而成，货舱没有设置水密纵舱壁，1 736总吨； B船由油船而成，货舱设置有水密纵舱壁，482总吨。

3.1 货物的自由液面对船舶稳性的影响

3.1.1 船舶初稳心高度和复原力臂的计算

装载不同密度货物的船舶在满载时自由液面对船舶初稳心高度的修正、船舶复原力臂的影响分别见图1和图2。

3.1.2 计算结果

由图1可得：当货物密度超过1.2？03 kg/m3或者小于1.1？03 kg/m3时，密度变化对船舶初稳心高度影响呈线性变化，但影响不大；当货物密度处于两者之间时，密度变化对船舶初稳心高度影响大，出现影响突变现象。

由图2可得：当货物密度超过1.2？03 kg/m3时，密度变化对船舶复原力臂影响不大；当货物密度小于1.1？03 kg/m3时，密度变化对船舶复原力臂影响也不大；当货物密度处于两者之间时，密度变化对船舶复原力臂影响大，出现影响突变现象。

对比分析货物的不同密度对船舶稳性的影响可知：不同密度货物自由液面对船舶初稳心高度和船舶复原力臂的影响明显分为低密度区、高密度区、中间过渡区等3个区域。这是由于当船舶满载时不同密度货物的液面高度不同，舱口围对自由液面作用的影响明显（当液面高于舱口围时货物自由液面影响相对较小，当液面低于舱口围时货物自由液面影响相对较大），因此货舱舱口围影响自由液面的作用会发生突变。

需要注意的是，上述计算方法并不能真实反映中间过渡区自由液面对船舶稳性的影响。虽然图1显示的中间过渡区类似于线性变化，但这只是线性内插作图的结果，实践中中间过渡区自由液面对船舶稳性的影响并不一定如图所示。

3.2 货物倾侧力矩对船舶稳性的影响

3.2.1 力臂和船舶横倾角的计算

为了比较不同船舶吨位时货物倾侧力矩对船舶稳性的影响，假定A船设置一道水密纵舱壁。在不同装载量下货物倾侧力矩对A船稳性的影响分别见图3、图4、图5；在不同装载量下货物倾侧力矩对B船稳性的影响分别见图6～图10。

3.2.2 计算结果

由图3、图4、图5可得：当A船货物非均衡装载量为116 t时，货物倾侧力矩对船舶稳性影响很小，造成的船舶横倾角一般为3啊？埃渲饕蛟谟贏船排水量大，船舶稳性抵抗倾侧力矩能力强。

由图6～图11可得：B船计算结果显示货物倾侧力矩对船舶稳性影响明显，船舶稳性丧失较多，导致船舶严重横倾。当B船货物非均衡装载量为56 t时，船舶抵抗货物倾侧力矩后船舶剩余复原力臂明显减少，船舶横倾角达10白笥遥坏盉船货物非均衡装载量为116 t时，船舶抵抗货物倾侧力矩后船舶剩余复原力臂明显减少，且船舶少量装载和满载时剩余复原力臂几乎为零，船舶横倾角达20白笥摇T斐缮鲜鼋峁脑蛑饕谴拔刃孕 ⑴潘啃 ？

3.3 建 议

通过上述计算和分析可以发现：（1）当货物密度发生变化时，满载状态下货物液面高度会发生相应的变化，自由液面倾侧力矩存在突变现象，因此船舶稳性计算应反映出装载不同密度货物时船舶的稳性；（2）设置货舱水密纵舱壁虽然可以显著降低货物自由液面对船舶稳性的影响，但是同样可能会导致严重的船舶稳性事故，因此设置有水密纵舱壁的船舶需要提高船员的责任意识和业务能力，强化船舶管理，同时有必要安装货物液面非均衡监控装置和报警装置，防范人为失误；（3）当货物非均衡装载时，船舶排水量越大，船舶受货物倾侧力矩影响越小。由于小型船舶抵抗货物倾侧力矩能力弱，加之货物装卸速度快，留给船员响应和纠正时间非常短暂，因此排水量过小的船舶不宜设置水密纵舱壁。

4 结 语

在计算货物自由液面影响时，采用《法定检验规则》规定的方法并不能准确计算货物液面在舱口围附近时货物的自由液面倾侧力矩，因此，对于拥有大开口舱口和高舱口围的船舶，需要进一步研究装载液货对船舶自由液面影响的计算方法。