港口科技·港口建设 带马腿实心方块预制与安装工艺 汪玮昕 郭素明 （１．中交上海航道局航道建设有限公司， 浙江 宁波３１５２００； ２．中交上海航道局有限公司， 上海２００００２） 摘要：为解决传统吊环安装工艺精度低、成本高、操作不便，预埋吊环不可重复使用， 易因锈蚀而致强度降低产生安全隐患等缺点，研究带马腿结构实心方块预制与安装 工艺，使工艺更加完善，满足工程要求。 关键词：港口；实心方块；预制；安装 Ｐｒｅｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｏｌｉｄ Ｂｌｏｃｋ ＷＡＮＧ Ｗｅｉｘｉｎ ，ＧＵＯ Ｓｕｍｉｎｇ （１．ＳＤＣ Ｗａｔｅｒｗａｙ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｎｉｎｇｂｏ ３１５２００，Ｚｈｅｊｉａｎｇ，Ｃｈｉｎａ； ２．ＣＣＣＣ Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｄｒｅｄｇｉｎｇ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２００００２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｔｈａｔ ｌｅｓｓ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｃｃｕｒａｃｙ，ｈｉｇｈ ｃｏｓｔ，ｉｎｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ，ｎｏｎｒｅｕｓａｂｌｅ ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｒｉｎｇｓ，ａｎｄ ｕｎｓａｆｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｓｔｅｅｌ ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ ａｒｅ ｏｃｃｕ￣ｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｐｒｅｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｐｒｅｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｏｌｉｄ ｂｌｏｃｋ ａｒｅ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ｔｏ ｏｐｔｉｍｉｚｅ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｃｃｕｒａｃｙ ａｎｄ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｐｏｒｔ；ｓｏｌｉｄ ｂｌｏｃｋ；ｐｒｅｆａｂｒｉｃａｔｉｏｎ；ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ １ 工程概况 床顶标高一４．５ ｎｌ，码头顶标高＋３．０ ｉｎ，采用重力 式方块结构。方块总共３层，最大方块重量为 ６８．０６ ｔ，预制方块混凝土强度等级为Ｃ３０，方块数 量总计２６３块，Ｃ３０混凝土总方量６ ７１３．８０ ｎｉ 。预 岱山县大衢渔港防波堤工程位于舟山市衢山 岛西侧，设计总长２ ０８３．９４ ＩＴＩ，采用离岸岛堤结 构，北堤头距岸边２００ ＩＴＩ，由桥梁与渔港护岸连 接。南口门处设进港航道，渔船经南口门进人港 区。防波堤设计挡浪标准为１００年一遇，能同时满 足７５０艘一类和二类渔船的避风要求。 制完成的方块采用马腿吊装工艺进行安放。 由于本工程是在开挖后的防波堤内侧进行作 业的，对方块安装的精度要求高。使用的马腿吊装 施工工艺与传统的吊环安装施工工艺区别较大， 现有的施工经验相对较少，需要依托工程实际，对 带有马腿结构的方块预制及马腿结构本身进行进 一防波堤工程主体结构为斜坡式防波堤，其中： Ｋ０＋０６０～Ｋ０＋４６０段防波堤内侧为渔船靠泊码头， 码头基础为爆破挤淤处理后的抛填混合块石，基 · 步研究，使施工工艺更加完善。 １ ２ · 港口科技·港口建设 ａ）马蹄盒正立面图 ｂ）马蹄盒侧立面图 ８００ 预埋马腿盒 广———］ 盒 ｃ）马蹄盒平面图 ｄ）马蹄盒安装示意图 图２马蹄盒结构及安装示意图 出每块方块模板安装的边线。预制方块的模板支 立依照“前模一两侧模板 后片模板”的顺序进行 组装，模板底面与混凝土底模之间应设置止浆条。 组装后的模板经测量校核，通过模板四周的垂直 十字抱角螺栓进行加固。加固时，用人力进行细微 调整，将模板各部件按要求上紧，检查符合质量要 求后即可进行马腿盒的安装。 本工程中马腿盒为细长的倒四棱台型，采用 ８ ｍｍ厚钢板制作而成，马腿盒顶面通过限位装置 固定在方块模板顶面，底部与马蹄盒顶面相连。马 腿盒与马蹄盒接口处应连接严密，防止在方块浇 筑过程中过量拌合物进人马蹄盒空腔内。方块模 板及马腿盒全部支立完成后即可开始混凝土浇筑 施工。施工过程中应注意：由于单块方块混凝土浇 筑方量较大，浇筑时间较长，而混凝土的水化热又 会加速内部硬化速度，通常方块底部混凝土在顶 面尚未浇筑完成或完成后不久即达到初凝状态， 此时，应适当将马腿盒拔出一定的距离，防止底部 混凝土终凝后拔出困难。 ４方块安装工艺 ４．１方块安装施工流程 对以爆破挤淤处理后的抛石基床重力式码头 工程而言，方块安装施工流程包括土石方开挖、水 下土方疏浚、基床抛石整平、方块吊装、现浇胸墙、 ．１４· 墙后回填和橡胶护舷安装等步骤。本文重点对方 块吊装进行研究。 ４．２ 吊索及马腿各部分尺寸设计 对马腿吊装施工而言，确定合适的吊索及马 腿尺寸是整个施工工艺的关键。在本工程施工中， 使用最大方块的尺寸为３．９８ ｍ×３ ｍ×２．６ ｍ，重量 ６８．０６ ｔ，以该方块尺寸进行各部分构件尺寸的计 算。在施工过程中，所有马腿及吊索尺寸统一，马 腿和吊索可循环利用。方块吊装及马腿结构见图 ３，马腿结构受力分析见图４。 吊孔 图３方块吊装及马腿结构 图４马腿结构受力分析简图 ４．２．１ 吊索设计 在方块吊运过程中，每个方块使用２根吊索、 ４个马腿，即每根吊索串２个马腿，属四点吊。钢 索强度应该满足相应的强度要求，计算公式为 ｋ２Ｇ≤Ⅳ厂 （１） 式中：ｋ。为安全系数，取６．０；ｋ 为动载系数，取 １．１；ｋ：为不均匀荷载系数，取１．２； 为结构重要 性系数，取０．９；Ⅳ为承受重力作用的吊索数量，取 ８；Ｇ为作用在吊索上的重力标准值，施工中，两马 腿间距２．３ ｍ，吊索长度大于１０ ｍ，吊索与垂线夹 港口科技·港口建设 角小于５。，重力标准值可近似取为方块的重力 值；厂为每根吊索所承受的拉应力。经计算，每根吊 索上所受拉应力／￣６０６．４２ ｋＮ。选取直径３９ ｍｍ，抗 拉强度１ ４００ ＭＰａ的钢丝绳（破断拉力总和７９０ ｋＮ） 制作吊索，即可满足要求。 ４．２．２马腿尺寸设计 截面对中性轴的惯性矩，因马蹄两侧断面为矩形， ：８．３３×１０ ｍ４。计算得到ｏ－＝１８１．８７ ＭＰａ￣＜２３５ ＭＰａ， 满足要求。 马蹄两侧部分挤压强度可按照以下公式进行 验算 ０。ｋ＝ ｏ， ｋ≤［ ］ （５） 马腿采用热轧Ｉ级钢（Ｑ２３５）制作，马蹄盒混 式中：ｋ。为安全系数，取６．Ｏ； 为马蹄两侧分别 受到的挤压应力，为１０１．０７ ｋＮ；Ａ 为马蹄两侧部 凝土的强度等级为Ｃ３５。工程中需要对马腿结构 进行尺寸设计及强度验算。在设计和验算时，由于 分挤压面面积，Ａ ＝０．１ １１３×０．１ ｍ＝０．０１ ｉｎ 。计算得 马腿本身重量远小于方块重量，马腿重量可忽略 不计。 马腿截面尺寸应满足相应的抗拉强度要求， 计算公式为 ＝ ０×Ｆ／Ａ≤【 ］ （２） 式中： 。为安全系数，取６．０；Ｆ为每根马腿所承受的 拉应力，为１０１．０７ ｋＮ×２＝２０２．１４ｋＮ；Ａ为马腿断面 面积；－０为马腿内部应力。进行尺寸设计时，取容许 应力［－０１＝２３５ ＭＰａ，计算得到Ａ ＞Ｉ０．００５ １６ ｍ ；暂取马 腿直径为１００ ｍｍ，其截面面积Ａ＝０．００７ ８５ ｍ２，满足 抗拉强度要求，其他强度还需进一步分析计算。 马蹄截面尺寸应满足弯曲时的抗剪强度，计 算公式为 ｒ＝ｋｏ３ＦＪ２Ａ≤ （３） 式中： 。为安全系数，取６．０； 为马蹄每侧所受的 剪切应力，为１０１．０７ ｋＮ； 为马蹄每侧截面面积； 为马蹄每侧所受切应力。进行尺寸设计时，容许 应力［ ］按照材料力学第四强度理论计算，为 １３５．６ ＭＰａ，即得Ａ≥０．００６ ７１ １３３ ；考虑马蹄与马腿 连接时，尽量保证尺寸相同，避免局部应力集中， 暂定马蹄两侧外伸部分的长、宽、高均为１００ ｍｍ， 其截面面积 ＝０．１ ｍ×０．１ ｍ＝Ｏ．０１ ｍ ，满足抗剪强 度要求，其他强度还需进一步分析计算。 ４．２＿３马腿强度验算 在吊装作业过程中，可将马腿部分视作不发 生形变的刚性体，将马蹄两侧部分简化为悬臂梁 结构进行分析计算，其所受荷载视作均布荷载。 马蹄两侧部分纯弯曲时的正应力可按照以下 公式进行验算 ＝ ｏ２ｌ ｊｚ≤［ｃｒ］ （４） 式中： 。为安全系数，取６．０；Ｍ为横截面上的弯矩， 马蹄两侧结构中，与马腿相交断面为不利断面，取 该断面进行计算，Ｍ＝１０１．０７ ｋＮ×０．０５ ｍ＝５．０５ ｋＮ·ｍ； Ｙ为计算应力点到中性轴的距离，取０．０５ ｍ；／ｚ为横 到ｏｒｋ＝６０．６４ ＭＰａ≤２３５ ＭＰａ，满足要求。 马蹄与吊孔的接触面积为０．０１ ＩＴＩ ，三面受 限，方块局部承压验算理式为 ≤１．５ｒ／ｌｆｆｄｔｌ ｄ （６） 式中： 为局部受压面上作用的局部荷载或局部 压力设计值；ｒ／为高强混凝土的修正系数，取 ０．９３； 为混凝土局部受压时的强度提高系数，可 按、／Ａ 进行计算， 为混凝土局部受压面积， Ａ 为局部受压时的计算底面积，计算得／３＝３； 为结构重要性系数，取０．９；Ａ 为混凝土局部受 压净面积， ＝０．０１ ｉｎ ； 为混凝土轴心抗压强 度，取２３．４ ＭＰａ。经计算可得到１．５ｒ／／３ｆＡ。 ＝ １ ０８８．０９ ｋＮ，而 ＝１．７×１０１．０７ ｋＮ＝１７１．８２ ｋＮ， ≤１．５ｒｌｌｆｆ￣ｔ ，马腿孔局部抗压满足要求。 方块抗冲切强度可按以下理式进行验算 Ｆｉｎ≤０．７ｆ，ｕｍｈｇ￣ｄ （７） 式中： 为冲切承载力设计值； 为结构重要性系 数，取０．９；／Ｚ 为临界截面的周长，计算得３．１４ｍｍ； 为混凝土轴心抗拉强度设计值，取２．０１ ＭＰａ；ｈ。 为受冲切混凝土高度，取２．０ ｉｎ。经计算 ０．７ ｕ ＝９ ８１８ ｋＮ，而实际所受冲切强度 仅 为１０１．０７ ｋＮ，方块抗冲切能力满足要求。 ４－３方块安装方法 方块混凝土养护至等级强度达到要求后才能 进行吊装作业，施工采用四点吊装。把４根马腿分 别穿入预留的４个吊孔内，将钢丝绳挂在起重船 的挂钩上，使方块在吊起时保持水平。起吊时使用 １５０ ｔ起重安装船起吊沉块。吊方块时，吊装指挥 人员指挥起重船颠钩使马腿端部落人马腿盒内， 施工人员旋转马腿手柄９０。后起吊；安装时，潜 水员在水下布置导轨，控制块体位置，起重船吊起 方块后，根据需要安放的位置缓慢移船，移至距离 （下转第１９页） · １ ５ · 港口科技·港口建设 图３运桩流程 能够直靠、直离。对于大型船舶、重载船舶的进出、 离靠，应安排足够的拖船进行协助。除了协助进行 船舶操纵外，还应安排拖船对影响船舶操纵的其 他船舶进行警戒，必要时申请警戒艇协助。 ３结语 造施工过程中的措施得当、管理到位，２０１３年度 码头集装箱装卸作业量达到６１０万ＴＥＵ，完 成当年生产任务，当年７—１２月的集装箱装卸作 业量也未见明显减少。工程中所采取的措施减少 了施工作业对码头生产运营的影响。 参考文献 ［１】ＪＷ￥１５１－－２０１１，水运工程混凝土结构设计规范【Ｓ】． 石 石＼！ ｌＩ、 石 写 ．、 石 ； ．、 ｌ、 石 ＼！ ｌ、 石 ： 、 为保障工程质量，本工程进行了第三方检测， １ １个项目的检测结果全部为合格。因码头加固改 写＼！ 石 、缔Ｉ ．、 －、 写 ｌ、 －、 （上接第７页） 式——半遮帘式深水板桩码头结构的推出［Ｉ】． 港工技术，２００２，３（１）：１５－１８． 海岸工程，１９９８，１７（２）：３５－３９． 『５１刘永绣．板桩码头向深水化发展的方案构思和 ［２】蔡正银，李景林，徐光叽等．土工离心模拟技术及 其在港口工程中的应用Ｕ】．港工技术，２００５，１２ （Ｓ）：４７—５０． 实践——遮帘式板桩码头新结构的开发［『］＿港 工技术，２００５，１２（Ｓ）：１２—１５． ｆ６１侯伟．分离卸荷式板桩码头结构关键问题研究 『Ｄ１．上海：同济大学，２０１５：１－１５． 【３］刘进生，刘永绣．卸荷式板桩码头结构在汉堡港 的应用卟港工技术，２００５，１２（４）：２０—２２． ［７】蔡正银，侯伟，周健，等．２Ｏ万吨级卸荷式板桩码 头数值分析Ｕ］＿岩土工程学报，２０１５，３７（２）：２１８—２２４． 写 ｆ 石 －＼ ； 蝣 ； 石＼ 筇 ； ＝； ［４】杨云龙，褚良清．板桩码头在黄河油港的实践卟 石＼蠕 蛤 石＼ 、呀 ； ； ； 石 牙 （上接第１５页） 整平基床４ ５ Ｉ１１处，松钩使方块下落至其底面距 基床顶面约１ ｍ处，再移船靠近，指挥起重船就 位，松钩安装。潜水员检测缝宽、错牙和偏位，合格 后２名潜水员在水下各把握１个马腿，转动９０。 后，起重船起钩，使吊索发生串动，２个马腿端部 幅减少混凝土用量，经济效益明显。方块预制时， 与预埋的吊环相比，马腿模板加固安装过程简单， 安装后的方块表面平整度高。使用吊环吊装的施 工工艺时，混凝土养护洒水作业会加速吊环的锈 蚀，严重的锈蚀会降低吊环本身的强度，在吊装作 业时产生隐患，锈蚀后的吊环也会对方块混凝土 胶结等产生不利影响。马腿结构较好地解决了钢 脱离马腿盒，但不脱离马腿孔；潜水员再把握剩余 的２个马腿，起重船少许颠钩，潜水员转动手柄 ９０。后，起重船起钩，使４个马腿脱离马腿盒。 ５结论 结构锈蚀的问题，施工中更加方便、安全。带马腿 实心方块预制和安装工艺研究成果在岱山县大衢 渔港防波堤工程中得到了较好的应用，具有一定 使用马腿吊装的施工工艺，相对于普通的吊 环安装具有节约成本、施工简单和方便安全等优 点。马腿结构采用可循环的钢结构制成，与预埋的 吊环相比，施工成本大幅减少。方块内部预留的马 腿孔在不影响码头结构稳定性的前提下，也可大 的推广应用价值。 参考文献 ［１】邱田金，李宗军．马腿吊装工艺的设计与施工Ｕ１ 水／ｇ＿ｒ＿程．２００６（３）：１００—１０１． · １９·
