1 前言
在港口、海洋和水利工程中,有一些大型建筑结构,如码头使用的混凝土沉箱、海洋采油平台等,均是先在陆地上预制,然后运输到现场水域安装的。在这个过程中,需要将这些重量在数百吨到数千吨的大型结构从预制场地转移到运输驳船上或放到上漂浮。目前,这个工作可采用大型水上船吊、可移动升降船坞、潜水驳船、下水滑道等设备和设施辅助完成,但这些设备和设施建造费用昂贵,租用费用和维护、使用费用也高,使得工程建造成本增加;另外,这些设备需要特定的使用环境,如升降船坞、潜水驳船需要有一定的水深条件等。
本文将介绍一种利用入泥式气浮升降平台对大型结构物进行过驳和下水的方法。
2 入泥式气浮升降平台
入泥式气浮升降平台由气浮筒、气浮筒连接刚架、上都平板和滑车轨道组成,如图1示。其中气浮筒可以是箱体结构,也可以是简体结构,如图1(b)和图1(c)示。如果气浮筒为箱体结构,则需在箱体中设置竖向隔板,将箱体分成至少4个舱格。如果气浮筒为简体结构,则至少需要4个简体组成。
气浮筒有顶盖,无底。在气浮筒的上部设置横向隔板构成顶都密封舱,这种密封舱相当于普通的驳船舱,一方面可以将一些辅助设备放置于此,另一方面也为平衡结构自重提供浮力,密封舱的大小根据这两方面的需要确定。
气浮筒的筒壁或筒顶设有充气和排气孔及抽水和注水孔。根据需要,气浮筒的底部筒壁可以插入到海床泥土中。如果气浮筒由多个圆筒组成,则简体间通过刚架连接,并且圆筒之间可以有适当的间距。气浮简顶铺设平板,构成平台,在平台板的下侧设置适当的粱助。平台板上侧铺设滑车轨道。
为了增加平台结构的浮稳性,可以在平台外侧挂设浮筒,如图2所示;也可以在平台外侧设置阻斜桩,阻斜桩可以为大直径的钢管桩,也可为直桩和斜桩的组合结构,如图3示。或者在平台靠码头的相对侧设置阻斜桩,在平台的另两俺挂设浮筒。
3 过驳和下水的工作原理
3.1 大型结构物过驳
当需要将大型结构物从岸上过驳到运输船上时,利用人泥式气浮升降平台的工作过程如下:
(a)向升降平台的气浮筒(充气舱)内充气,使其顶面的轨道与码头面上的轨道齐平,并移动气浮升降平台,与码头面对接好。
(b)将出运结构从码头滑移到升降平台上,滑移过程中,先向升降平台靠近码头侧的气浮筒内充气,然后向另一侧的气浮筒内充气。在出运结构向升降平台滑移的过程中,通过调节各简内的充气量,使升降平台顶面保持水平状态,如图4(b)示;
(c)当出运结构完全滑移到升降平台上后,使其位于升降平台的中间位置,并将滑移车固定住,之后向气浮筒内继续充气,使升降平台和码头面的搭接部分完全脱离,并将升降平台向外拖移一段距离;
(d)将升降平台充气筒内的气体放出,使升降平台匀速下沉,升降平台的下部筒壁会逐渐插入到海底泥土中,直至升降平台上的滑移轨道能与驳船上的滑移轨道对接上,如图4(c)示;
(b)直桩和斜桩的组合
(e)将出运结构从升降平台滑移到驳船上,滑移过程中,调节升降平台气浮筒中的气量,使升降平台顶面保持水平,如图4(d);
(f)出运结构完全滑移到驳船上后,将驳船移走;
(g)向升降平台的气浮筒中注水,使升降平台插入到海底泥土中的筒壁拔出,如图4(e);
(h)向升降平台的气浮筒中充气,使升降平台漂浮在水面上,准备下一个出运结构过驳。
3.2 大型结构物下水
当需要将大型结构物从岸上放到水上漂浮时,利用人泥式气浮升降平台的工作过程如下:
(a)向升降平台的气浮筒(充气舱)内充气,使其顶面的轨道与码头面上的轨道齐平,并移动气浮升降平台,与码头面对接好。
(b)将出运结构从码头滑移到升降平台上,滑移过程中,先向升降平台靠近码头侧的气浮筒内充气,然后向另一侧的气浮筒内充气。在出运结构向升降平台滑移的过程中,通过调节各筒内的充气量,使升降平台顶面保持水平状态,如图5(b);
(c)当出运结构完全滑移到升降平台上后,使其位于升降平台的中间位置,并将滑移车固定住,之后向气浮筒内继续充气,使升降平台和码头面的搭接部分完全脱离,并将升降平台向外拖移一段距离;
(d)将升降平台充气筒内的气体放出,使升降平台匀速下沉,升降平台的下部筒壁会逐渐插入到海底泥土中,直至升降平台淹没于水中,其上的出运结构漂浮起来。当升降平台和出运结构的自重不能使升降平台入土下沉至出运结构能漂浮起来时,可通过抽出气浮筒底部的水来使其下沉到位,如图5(c)。
(e)将出运结构从升降平台的顶部浮移走,如图5(d);
(f)向升降平台的气浮筒中注水,使升降平台插入到海底泥土中的筒壁拔出,如图5(e);
(g)向升降平台的气浮筒中充气,使升降平台漂浮在水面上,准备下一个出运结构下水,如图5(f)。
4 应用:
本方法的一个应用例如下:出运码头面顶标高为+6.5m,水底泥面标高为一5.Om,有保证的施工水位为+1.Om,需要将直径12m、高22m、重470t的混凝土圆筒结构过驳到驳船上。由于码头顶面较高,水位又较低,而驳船的干舷高度有限,这样无法直接将圆筒结构过驳到驳船上。
除了采用船吊外,还可以采用入泥式气浮升降平台按上述的过驳方法来进行过驳。升降平台的气浮筒为边长21m,高1Im的箱体,箱体内用十字隔板等分成4个舱格,整个升降平台重约330t,平台在升降过程中,最大入泥深度约为4m(驳船装载后的干舷高度按lm考虑)。对上述圆筒结构进行过驳时,该平台自身具有浮稳性。如果利用附加浮筒或阻斜桩来保证结构的浮稳性,则升降平台及气浮筒的尺度可以减小。
5 结论
采用入泥式气浮升降平台对大型结构物进行过驳和下水是可行的。该方法适用的环境条件广泛,平台建造、使用和维护费用低,操作使用简便。