摘要：嘉于硖线航道改造工程是作为嘉兴地区“ 十五”重点项目之一, 新工艺、新技术的采用为航道改造工程的建设发挥了重要作用。本文介绍了水上搅拌船在航道工程建设中起到了关键技术及作用, 并对工程特点和工艺研究进行阐述, 同时说明了该项技术在航道工程建设中的推广应用前景。
关键词：航道改造搅拌船
1 工程概况
嘉于硖线航道改造工程中的海盐段工程起点为嘉兴市海盐县于城镇, 桩号为K30+572.35; 航道为东西走向,航道基本沿盐硖乙线,终于海盐、海宁交界处, 终点桩号为K41+649.98,全长11.07km。本合同段为第Ⅱ 合同段, 起点桩号为K36+186.27, 终点桩号为K41+649.98 ,全长5.46 km。
主要工程数量为: 陆上土方开挖67248m3; 航道土方开挖707404m3; 航道水下土方疏浚248026m3; A2型护岸205m; B2 型护岸9256m; B3 型护岸500m。
设计标准按四级航道标准实施, 通航500t 级船舶。航道设计断面为复式梯形断面, 底宽40m, 面宽≥60m, 设计水深2.5m。弯曲半径: 一般地段Rmin=330m; 困难地段Rmin =260m; 特别困难地段Rmin=170m。设计最高通航水位1.86m( 黄海基准面, 下同) ; 设计最低通航水位0.46m。
2 工程特点分析
( 1) 本工程施工战线长、交叉作业多, 现场施工便道、水电接驳、材料运输等都存在一定难度, 施工的平面布置是保证工程正常施工的关键之一。
( 2) 本工程施工中不可避免地将受到业主的征地、拆迁等事宜的影响。
( 3) 本工程的施工必然要与当地的居民产生相互影响, 如何协调与处理这些关系也是本工程的主要方面。
( 4) 工程工期为2006 年10 月23 日至2007 年10 月22 日, 整个工程必须跨汛期施工, 因此如何落实防汛措施, 同时又不影响工程施工且保证工期, 也是本工程施工中工期保证的关键。
3 常用施工方法的不足
目前护岸施工, 一般是在施工点附近临时借地设置拌和场, 设砂、石、水泥堆料场和拌和机械, 人工进料进行拌和, 人力三轮推车推运至作业点进行混凝土浇筑, 施工用电为就近接电或发电机组发电。这种施工工艺存在以下不足:
( 1) 工程质量难以控制。人工配合搅拌机搅拌在计量过程中不准确, 使混凝土的配合比难以真正控制到位; 同时, 采用的运输方法易促使混凝土产生离析、泌水现象。
( 2) 施工进度缓慢, 工期难以按期完成。由于劳动强度大, 作业面狭窄, 原始的劳作对现代施工提出了严峻的考验。一是工人在施工过程中受雨季、阴冷气候制约大; 二是护岸施工和土方开挖不能同步展开。通常工人们在这个工作面完成了又要到下一个工作面,从借地、场地硬化、原材料搬移、机械设备的摆放到退耕还田都是既劳民又伤财的重复而无用的工作。
( 3) 借地费用大, 不经济,标化工地建设难以实施, 对环保有影响。
①每个点必须借用一亩地( 即667m2) 作为包括碎石、黄砂、水泥堆场及搅拌机发电机组的摆放场地, 并且相邻点之间的距离不得超过200m, 导致借地数量多、面积大、费用高、极不经济。
②材料堆场按规范及设计要求应进行硬化处理( 混凝土浇筑) , 每个点浇筑施工完成后, 硬化的场地需进行清理, 以满足耕植等环保要求。同时对环境保护极其不利, 标化工地建设很难实现。
③安全隐患多, 由于原有老航道深浅不一, 工程船舶靠岸经常会产生搁浅现象, 严重的会使船舶遭受重大损坏。另外, 施工材料、机械上岸均要人工作业, 稍不小心人员就会落水, 安全隐患大。
4 改进建议
针对上述问题, 我们根据自身条件, 大胆提出把海上混凝土作业的施工方法应用到航道改造工程中的设想, 即建立一个小型水上搅拌站来进行混凝土作业,以对现有的施工工艺进行改进,提高工效。水上混凝土搅拌站, 实际上就是一艘经过改装的搅拌船和一艘或( 多艘) 运输船在水上组成混凝土拌和场, 并把混凝土泵送至作业点。把浇筑护岸混凝土基础所要用的砂、石料、水泥等建材均由运输船运到现场, 在水上形成材料堆场, 随时随地供应集料; 再由改装而成的搅拌船( 船上配置吊机、搅拌系统、泵车、输送管等设施) , 通过自动计量系统( 电脑操作) 进行全自动拌和, 将拌和后的混凝土直接泵送到作业点。
5 结构设计
考虑到结构的稳定性和运料的灵活性, 以及该地区的地理环境、气候条件和该地区的经济来源和经济合理性, 移动式搅拌船采用280t 浮船, 料船用200t 浮船, 其结构形式、断面结构形式如图1 所示。
6 结构原理及特点
6.1 结构原理
280 型水上移动式搅拌船由浮船、锚锭系统、搅拌主机、砂石和水泥储料系统、砂石配料系统、供水系统和混凝土输送系统等设备组合而成。由于嘉于硖线航道改造工程海盐段工程地处东江的繁忙航段, 航道上来往船舶很多, 河道狭窄, 太大的浮船会影响航道上船舶的航行安全。通过对浮船稳定性分析后决定选用长23m、宽5.8m、排水量200t 的浮船。经过我们的多次论证, 该船稳定性好、移动灵活, 适合在狭窄的航道上昼夜施工, 同时还能保证航道的安全和提高搅拌船的机械利用率。整个搅拌系统布置在浮船甲板的前半部分, 包括搅拌主机、砂石配料系统、供水系统和混凝土输送系统, 其中砂石储料系统可储存200t 的砂石料, 单独采用一艘200t 的料船。
搅拌船的位置, 尽量避开渔民放养的网箱, 尽量避开狭窄航道, 如有必要, 应派疏浚船先疏浚到搅拌船安全停靠位置, 选择最宽处作业。搅拌船吊机操作人员将抓斗徐徐升起, 转向料船, 再将材料缓缓放进JZM750 搅拌机料斗。该吊机布置在浮船的后半部分, 并可以360°旋转, 如图2 所示。
( 1) 锚锭系统。在搅拌船前后舷各安装一台卷扬机, 陆上根据需要均布地垅, 地垅埋设深度根据需要设定, 用钢丝绳与地垅连接。如搅拌船需小范围移位, 可通过前后卷扬机收放来实现, 既机动又稳定。实践证明, 锚锭系统能保证浮船的稳定性。
( 2) 搅拌主机。搅拌主机采用1 台JZM750 型搅拌机组合工作, 该机结构简单, 维修方便, 易于操作,且造价低廉。1 台搅拌机, 出料口离甲板面高2m,通过溜槽将混凝土送往混凝土输送泵的集料斗。
( 3) 配料系统。采用1 套GZJ1200×2 的电子计算配料机向1 台搅拌机配料, 配料机根据预先设定的程序, 通过电子称量系统准确地将砂石料配送到搅拌机的上料斗内, 配料精度达到国家规定的标准和施工规范要求。由于水上作业使用袋装水泥比较方便, 因此水泥的添加采用人工操作。
( 4) 供水系统。JZM750 搅拌机的供水系统为使计量准确, 使生产出来的混凝土质量得到保证, 将储水池整体提高, 使储水池的水面保持和搅拌机供水泵的进水口处于同一水平面, 杜绝了倒虹吸现象的产生, 保证了供水量的准确。
( 5) 储料系统。一般情况下, 搅拌站的砂石上料系统均采用来回上料。其缺点是造价高, 占用场地大, 制造工艺复杂。根据船上工作面小的特点, 决定取消传统的上料系统, 采用一艘200t 的料船, 该料船中间用钢板分割成2 个独立箱体, 一个存放黄砂,一个存放碎石。随时停靠在搅拌船旁边, 采用搅拌船上的吊机直接上料。
( 6) 混凝土输送系统。输送系统由一台水平单动双列液压活塞式70kW 泵车及若干长约1m 的钢直管和弯管组成。采用泵送混凝土可提高生产效率和降低工人的劳动强度, 加快工程进度。由于水上施工大部分采用固定平台施工, 在搅拌船到岸上的距离内采用软式导管。为了解决潮汐影响布管的问题, 特设计制造了1 座小型的铰接便桥, 自动调节输送泵管道的位置, 避免了因波浪变化使管道拉长或缩短,减少了断管、堵管等问题的发生。
6.2 技术特点
( 1) 搅拌船稳定性能好、移动方便、机械利用率高, 适于点多、线长及水上大体积混凝土施工。
( 2) 砂石料的配料系统计量准确, 自动化程度高, 水泥、水和混合料称量误差不大于±1% , 骨料不大于±2% , 混凝土质量有保证。
( 3) 集料系统结构简单实用, 成本低廉, 立体布置占用场地小。可减少陆域借地占用数量及耕土污染危害。
( 4) 搅拌站可根据需要在满足强度要求的前提下, 灵活添加粉煤灰掺和物, 以减少水泥的用量, 降低工程成本。
( 5) 采用泵送混凝土, 在搅拌船和固定平台处利用铰接便桥, 解决了潮汐影响输送泵布管的问题。
( 6) 由于机械化作业, 昼夜均可施工, 最大限度保证工期。对突击地段及应急性强的任务可满足时间要求。
( 7) 搅拌机可各自独立工作, 也可组合使用, 节约了机械的台班使用费。该搅拌船的整体设计改造效果良好, 适应性强, 我们坚信能在嘉于硖线航道改造工程海盐段工程施工中发挥重要的作用。
7 水上搅拌船护岸基础的施工
水上搅拌船护岸基础的施工工艺流程图如图3所示。
8 实施水上搅拌站应把握的几个环节
( 1) 在搅拌船作业前应完成借地的相关工作, 否则会产生作业条件具备而不能开工的状况。
( 2) 按有关规定, 搅拌船作业不能占用老航道,必须开进围堰内, 因此陆上土方开挖应提前大规模展开, 保证形成相应的作业条件。
( 3) 陆上混凝土基础浇筑的各分项应及时跟进,必须精心准备、周密安排、科学组织。施工流程如下:测量放样→机械开挖基槽→人工修基槽→铺设碎石垫层→立模→挖齿沟→浇筑混凝土基础→基础养护。在正常情况下陆上作业的进度要满足混凝土每日能泵送; 同时, 陆上作业应配备足够的人力及机械。
( 4) 材料供应也要及时跟进, 应根据当地市场情况及进度需要, 合理配置运输船; 同时还要灵活采用多种方式, 如租船等, 使材料供应满足要求。
( 5) 混凝土配合比要注意使其满足泵送要求, 为此可能会提高水泥的用量, 在必要时可添加一定的缓凝剂。
9 搅拌船作业应急措施
( 1) 合理选择搅拌船作业时的停靠点, 尽量避开狭窄航道, 如有必要应派疏浚挖泥船先行疏浚到搅拌船安全停靠位置, 选择最宽处作业, 以利航行船只通行; 避开渔民放养网箱位置, 减少施工作业对渔民造成的环境及其他影响。
( 2) 在作业过程中, 加强环保管理, 不随意向航道抛弃废物和散倒油污水, 避免污染航道。
( 3) 搅拌船施工作业应合理安排, 遵守交通管理规则, 施工时应有专人监护, 确保其他航行船只安全通行。
( 4) 搅拌船施工作业应有专人定人定岗进行机械维修保养作业, 保证船只技术性能良好, 消除设备隐患。一旦出现机械故障, 能及时维修, 确保工程顺利进行。
( 5) 搅拌船上的施工作业人员应穿救生衣, 不穿救生衣严禁上船作业; 夜间施工应有良好的照明设施。
10 结语
( 1) 在原老航道狭窄、淤积、弯曲, 并有其它船舶航行等复杂工况条件下, 面对工程量大、工期短等, 且雨水天气多的情况, 通过采用水上移动搅拌船技术, 使工程质量、工期、安全等目的得以圆满实现。实践证明, 所采用的施工工艺和施工技术参数是可靠的, 合理的。
( 2) 水上移动式搅拌船工艺有效解决了航道工程护岸混凝土基础浇筑的施工借地不经济性、借地混凝土硬化造成的退耕还田后的对老百姓耕作的不合理性及不环保性。
( 3) 通过水上搅拌船作业, 提高了劳动强度, 加快了施工进度, 由原始的用人力三轮车运送混凝土, 改成导管泵送混凝土直接泵送至施工作业点, 提高了施工效率, 保证了工程质量, 使“百年大计, 质量第一”真正落到实处。
( 4) 通过机械化施工, 护岸施工和土方开挖可以同步展开, 同时对工程船舶靠岸施工材料, 机械上岸及人工作业的安全也得到了保证。不仅消除了安全隐患, 也为标化工地的建设创造了良好的条件。
( 5) 航道工程水上移动式搅拌船施工技术在国内属首次提出。实践证明是成功的。通过施工工艺的研究和开发, 形成了具有自主产权的核心技术, 在内河航道改造工程中具有广泛的推广应用前景。
参考文献：
[1]丁名驹, 陈明宪, 刘德成, 杨镇华. 铜陵大桥50m3/h 水上混凝土搅拌站的研制及使用. 桥梁建设, 1995 年第2 期
[2]朱春华. 混凝土搅拌船中新的废混凝土污水处理方法. 机电设备,2006 年第5 期
[3]黄文海. 苏通长江大桥STP150 型混凝土搅拌船的设计和应用.建筑机械, 2005 年12 期
[4]何炳林. 水上移动搅拌船简介. 水运工程, 2001 年第2 期
[5]刘宏波. 水上移动搅拌船. 广东公路交通, 1995 年第4 期
[6]贺方虎, 周春华. 水上混凝土搅拌船的选型设计. 山西建筑,2004 年6 月第3 卷第11 期
[7]杨福平. 混凝土搅拌船整体设计的特点. 建筑机械与管理,2002 年7 月
[8]焦于民, 王梯品. STC150 系列混凝土搅拌船在水上基础施工工程中的应用. 建筑机械与管理, 2006 年9 月
[9]罗平生, 黄剑波. 160m3/h 水上混凝土搅拌船的设计与应用. 公路,2006 年6 月
