提高水運工程技術,開展技術情報活動(2 / 3)

在地基方麵,北侖礦石堆場的回填部分采用了排水砂井加固,寶山鋼鐵廠的礦石和煤堆場采用了擠實砂樁,天津港三港池集裝箱堆場采用了袋裝砂井-堆載預壓,四港池集裝箱堆場采用袋裝井-堆載預壓的麵積達34萬平方米、袋裝砂井-真空預壓的麵積近6萬平方米,秦皇島港一、二期煤堆場軌道基礎和上海港九、十區的集裝箱堆場均采用了強夯加固,石臼港煤堆場根據地質情況分11種類型分別進行了處理。

船塢、船台滑道和過船建築物建設技術

一、船塢

六十年代初期建設的文衝船廠1號塢(1.5萬噸級),塢首和塢室均采用整體重力式結構,整體性好、耐久、施工簡便。七十年代初,在岩基上建設的北海船廠1.5、2.0萬噸級幹塢采用了錨杆襯砌式結構,以錨杆幫助塢體保持穩定,減少結構內力。坐落在強風化岩層上的文衝船廠2號塢(2.5萬噸級),采用排水減壓分離式結構,改善了結構受力條件,底板厚1.2米,僅為相鄰1號塢的50%。在淤泥質粘土層上建設的新港船廠2.5萬噸級幹塢,采用了鋼板樁承台式塢牆和鋼筋混凝土樁基底板;天津航道局3000噸級幹塢為鋼板樁錨定式塢牆;而海洋石油勘探局船塢采用了樁基扶壁式塢牆。七十年代中期,上海航道局船廠3000噸級幹塢采用了樁基、預製整體浮箱式結構,省去了常規施工中的圍堰,工期短、造價低。稍後,廣州航道局瀝窖船廠建設了同類船塢,浮箱坐落在4米厚的砂墊層上。

在改建、擴建技術方麵,六十年代探索出了充分利用原塢體構件和簡化施工圍堰的經驗。七十年代後期,在改建江南船廠3號塢時,保留了原塢的全部木樁基礎和L形低樁承台結構的西側塢牆。在施工中,利用老塢門和在其東側加打的一段鋼板樁圍堰臨時擋水,采用了先塢室、後塢口,先建塢牆、後築底板的工序,縮短了圍堰,避免了大開挖,保全了施工場地和通道,並減少了對相鄰船塢、船台生產的影響。

在塢門型式方麵,六十年代沿用了浮箱式塢門。七十年代初,在新港船廠幹塢中試製成功氣壓式臥倒門,節省了鋼材,操作方便,且縮短了開關時間。七十年代後期,在馬耳他30萬噸級船塢中建造了重達970噸的單麵板氣壓式臥倒門。

在結構設計理論方麵,六十年代是按平麵問題進行結構計算,七十年代中期開始采用差分法和有限元法,通過電子計算機進行二維和三維的空間計算,使結構更為經濟合理。此外,還通過對錨杆受力情況、減壓排水設施的可靠性、水泵振動和鋼筋混凝土溫度場等課題的研究,提出了錨杆和溫度應力的計算方法以及保證質量的措施。

二、船台滑道

五十年代初期,修複和加固了幾座3000和5000噸級造船台。一九五七年,大連造船廠開始建造兩座1.5萬噸級造船台,八十年代初又建造了一座10萬噸級造船台。六十至七十年代,塗油楞木滑道得到廣泛應用。八十年代,滬東船廠改用了鋼珠滑道,效果更佳。

六十至七十年代,根據地基情況,船台滑道分別采用軌枕道碴和樁基井字梁等基礎。八十年代,大連造船廠10萬噸級滑道的水下部分采用了預製鋼筋混凝土箱形基礎,頂部的透空段則采用鑽孔灌注樁基礎。

在修、造船兩用橫向船台滑道建設方麵,五十年代後半期興建的金陵船廠2000噸級和青山船廠3000噸級梳式滑道是第一批,稍後又建設了橫向斜架車滑道和橫向高低軌滑道。七十年代初,在高低軌滑道的基礎上,開發出了橫向高低輪滑道,減輕了水下滑道施工的難度。這類滑道的軸線與上(下)水船舶的縱軸線正交,占用的水、陸域進深較小。

六十年代,還開始建造了船排、雙支點、斜架車、搖架和變坡轉盤等各具特色的縱向滑道。這些滑道雖比橫向滑道占用岸線短,但仍需配備船舶橫移車或轉盤,操作工序較多。七十年代初,在杭州船廠首次建造了一座變坡橫移船台滑道,省去了橫移車,工序少,占地小,節省了投資。隨後又在新河船廠興建了同類型的1000噸級船台滑道。

三、船閘

在規模方麵,五十年代中期興建的最大船閘,閘室尺度210×15×3米,可通行2×1000噸級駁船船隊。稍後建設的大型船閘,最大閘室尺度為230×20×5米,可通行2×2000噸級駁船船隊。七十年代建設的葛洲壩2號船閘,閘室尺度為280×34×5米,最大工作水頭27米,可通行4×3000噸級的頂推駁船隊。六十年代還建設了總工作水頭43米、閘室尺度為198×l5×4.5米的兩級船閘。

在平麵布置方麵,五十年代建設的淮陰船閘,根據地形和水流情況,建了長約1000米的引航道,采用了非對稱的導航架。七十年代,在葛洲壩樞紐中建了長1750米的防淤導流堤和六孔衝砂閘。在六十年代建設的兩級船閘中,還建了長185米的中間渠道,在改善流態、少淤積和保障航行安全方麵起了重要作用。

在結構方麵,五十年代中期建設的幾座大型船閘的閘室和閘首均采用鋼筋混凝土整體式結構。稍後,在整體式閘首中開始采用空箱式閘墩,而閘室為分離式,有的還用了框格式透水底板。解台船閘的閘牆為漿砌石結構,首次采用了底麵有倒坡的衡重式斷麵,工程量比重力式減少15%。六十年代建設的巢湖船閘,閘首采用了鋼筋混凝土空箱式門墩和雙鉸式底板。同期還引進了懸臂式、扶壁式和鋼筋混凝土板樁等各具特色的閘牆形式。七十年代建設的皂河、劉老澗和諫壁等船閘,采用了有倒拱式底板的整體式閘首。

在輸水型式方麵,五十、六十年代多采用短廊道集中式,而總工作水頭43米的雙牌兩級船閘開始采用了長廊道分散式。七十年代建設的葛洲壩船閘,采用了雙側灌、泄水的分散式輸水係統。

閘門型式也因地製宜,多種多樣。五十、六十年代,大、中型船閘較廣泛地使用了人字門和橫拉門。七十年代建設的皂河船閘開始采用了拱形人字門,而諫壁船閘采用了拱形三角門,受力日臻合理。葛洲壩2號船閘下閘首的人字門高達33.5米,單扇重600噸,門上設了預應力背拉杆。

六十年代,相繼采用了圓筒式和蝴蝶式輸水閥門。葛洲壩船閘率先采用了反向弧形門,減少了高水頭開啟時的振動。

在閘、閥門的啟閉方麵,五十年代後期建設的大型船閘開始采用電動卷揚機,七十年代的葛洲壩船閘工作閘門采用了連杆傳動式啟閉機,而諫壁等船閘的閘門和葛洲壩船閘的輸水閥門則開始采用了液壓式啟閉機。七十年代中期,在施橋、淮安和葛洲壩等船閘中,相繼安裝了無觸點自動控製係統。施橋船閘的自控係統設計獲得了一九七八年全國先進科技成果獎。

四、升船機

升船機建設技術的研究始於一九五八年。一九六六年七月,在安徽省壽縣建成了第一座濕運式高低輪斜麵升船機。它采用了盛水船廂,船廂下裝設了高低輪。在壩頂設置了換軌段和一台可逆轉鏈條機,以克服單繩牽引過壩頂的"死點"。至一九八五年底,全國共建成高低輪式斜麵升船機44座,占已建成升船機總數的75%。

一九七○年,在四川省潼南縣建成一座壩頂設有轉盤的半濕式斜麵升船機。同年七月,在湖北省蒲圻縣建成了第一座用鋼質網架承船、橋式起重機提升過壩的垂直升船機。提升高度42米,載船能力20噸,一次過壩時間十九分。一九七三年建成的丹江口升船機,吸取了壽縣斜麵升船機和蒲圻垂直升船機的建設經驗,采用了斜麵與垂直並用、中間建有渠道的兩級式方案。一九八二年,在安徽省龍灣興建了一座試驗性小型水坡式升船機。

八十年代,湖南、浙江的航務工程科研和技術工作者相繼設計和製造了4種慣性自動控製儀,開發了小型幹運斜麵升船機通過壩頂"死點"不用輔助設施的新技術。

防波堤、護岸和燈塔工程技術

一、斜坡式防波堤

五十年代初,開始對斜坡和混合式拋石堤進行修複、加固和擴建,麵層多為幹砌和漿砌塊石。一九五三年,在廈門海堤中采用了插砌條石。一九五五年,在秀英港東防波堤中使用了50厘米厚的竹筋混凝土塊護坡和壓頂。一九五八年,在八所港北防波堤堵口工程中使用了重34.4噸的混凝土方塊。一九五九年,在秦皇島港7號泊位接長段的防波堤中采用了重4噸的混凝土四腳錐體護麵。一九六六年,大連某廠的東防波堤采用了2.5噸重的四腳空心混凝土塊體護麵。一九七○年,北海船廠防波堤采用了重2.54噸的扭"工"塊體護麵。一九八三年,石臼港煤碼頭引堤的外側采用了重8.0噸的扭"工"塊體護麵。八十年代援建的毛裏塔尼亞友誼港的防波堤,在設計波高6.2米、周期24秒的情況下,護麵層采用了重12噸的扭"工"塊。由於當地缺乏石料,大部分堤身均由0.8-1.6噸的混凝土四麵體和重5.0噸的扭"工"塊組成。而在馬爾薩什洛克港防波堤斜坡段外側的施工中,首次采用了重20噸的扭"工"塊護麵。

二、直立式防波堤

一九六八年興建的青島中港西北堤,是中國自行設計施工的第一座直立式防波堤。防波堤為混凝土方塊結構,采用了港外側削角的頂層塊體,減小了水平波壓力。一九七二年興建的渤海船廠防波堤,采用了沉箱式結構,胸牆的外側也采取了大削角。一九八二年興建的山東某船廠直立式防波堤,采用了高14米、寬20米的大型沉箱。而馬爾薩什洛克防波堤直立段,在設計波高9.0米、周期10.7秒的條件下,采用了26.7×26.1×21.5米、重5900噸的巨型沉箱;在拋石基床的外側采用了重10噸的扭"工"塊護坡。一九八四年,天津築港工程公司在援建毛裏塔尼亞友誼港防波堤堵口段中,采用了單排鋼管樁直立堤。

三十多年來,通過現場觀測和模型試驗,還相繼提出了破碎水深、破碎波壓力、直立堤前劃分波型界限、堤後繞射係數計算公式和不規則波二維方向譜在淺水中的變形規律等理論成果。

三、護岸

七十年代以來,港口碼頭和堆場的護岸在沿用砌石和板樁結構的同時,先後開發了拋石層外護網格板、拋石層外護扭"工"塊和地下連續牆等新結構。

五十至六十年代,內河航道的護岸多用砌石結構。一九七三年,江蘇揚州地區開始采用外形整齊美觀、砌築簡便、造價較低的預製混凝土空箱結構。一九七八年,浙江省在土質軟弱且緊臨城鎮街道、房舍的河段,先後建造了沉井基礎、鑽孔灌注樁基礎和肋形底座基礎的幹砌、半幹砌塊石直立牆。八十年代初期,江蘇省在泰興南官河試建了"法布"式護岸,浙江省在桐鄉試建了水泥土護岸。武漢市在天興州使用了大型鉸鏈板柔性沉排護岸。至一九八四年底,桐鄉已建成水泥土護岸2.3萬餘平方米,其中最初建設的護岸已經受了四、五年的自然凍融、洪水浸泡、風浪和船行波拍擊,至今質量完好。

四、燈塔

六十年代,中國開始自行設計和建造了若幹座小型燈塔,且多在陸上。七十年代,修建了天津大沽和西沙群島浪花礁等大型燈塔。大沽燈塔全高56.45米,燈光中心高程+39.0米,射程17海裏,建在水深10米的外海中。其基礎為低樁沉箱墩台,施工中采用了無線電定位儀,定位速度快、精度高。

航道工程技術

一、山區河流航道

五十年代初,在長江上遊秭歸附近的急流中成功地進行了炸礁。在六十年代後期治理金沙江和七十年代治理烏江脫弓灘、赤水河落妹老灘等河床窄、比降大、水流急的淺灘工程中,炸礁技術進一步發展。八十年代,在長江上遊雞扒子山滑坡搶險工程中,在水深5-20米、流速3-7米/秒的情況下,成功地進行了裸露爆破,並在流速2-3米/秒的條件下實現了鑽孔爆破。

六十年代中期,對一些多次疏浚而效益不佳的淺、險河段,采取了築壩與疏浚相結合的整治措施。整治水位和整治線寬度的確定,初期曾按蘇聯的造床流量理論進行計算,整治效果不夠理想。後來,改用枯水流量法,計算結果與實際比較吻合,在川江、嘉陵江和沅江的淺灘治理中獲得了較好的效果。一九六九年,根據模型試驗結果,采用修築下挑丁壩的方法對川江上的著名險灘--折桅子灘進行治理,使水深、流態和河勢都得到了明顯的改善,顯示了整治建築物的作用和模型試驗的意義。此後,在川江小米灘、烏江老土坎灘和資水洲尾灘等治理中,應用此項技術都取得了成功。在川江治理中,還曾采用了耙砂船扒砂卵石,采用草土圍堰實現幹炸礁和清渣等技術。工程中采用的有丁壩、順壩和潛壩等多種。江西省交通廳和黑龍江航道局分別采用幹砌塊石麵卵石填心壩和楔式潛屏壩,取得了良好的技術經濟效益。七十年代,黑龍江航道局還創造了冬季冰上築壩的經驗。同期,廣東省在連江的渠化工程中,吸取前期的經驗,將原來的4個梯級改為11個,降低了水頭,減少了淹沒損失,進一步提高了航運、灌溉和發電的綜合效益。

二、平原河流和河口航道

五十年代初,曾對長江中下遊、黃浦江和鬆花江等航道的淺段進行了疏浚。初期曾采用了蘇聯的"準備時期挖泥"、"挖槽要靠近上深槽尖端"和"拋泥要拋到上邊灘"等經驗。六十年代,各地開始因地製宜地選擇疏浚時機,因勢利導地確定挖槽位置。七十年代,黑龍江航道局采用了"搬尖"挖泥法,投入少,見效快。

一九五四年,在長江中遊沙質淺灘整治中,采用了爆破鬆動河床、疏浚、築壩壅水、調整河勢等綜合技術,使枯水期水深比整治前增加0.4米,曲率半徑由600米增加到800米。此項技術在八十年代鬆花江中遊的三姓淺灘治理中得到了發展。

一九七○年開始的甌江口航道整治工程,經過水工模型試驗驗證,先後在溫州港老港區對岸上遊修築順壩、潛壩,下遊修築丁壩,而在港區下遊挖槽引流,圓滿地實現了"塞支強幹"、"引流歸槽"和"束水攻沙",航道水深由0.5米增加到5.0米,3000載重噸級海船可順利通行。稍後的甬江口和閩江口航道治理,再次顯示了整治措施的作用和模型試驗的可靠性。

七十年代中期和八十年代中期,根據河勢的變化,在長江口分別因勢利導,開挖了南槽和北槽的2萬噸級雙向航道。

三、海港航道

在天津新港,一九五三年六月開始在航道維護中采用超挖1.0米作為備淤深度,保障了航道暢通。五十年代後期,支持水利部門在海河口修建擋潮閘,並提出了加固和延長防波堤的減淤措施。七十年代,經整體模型試驗驗證,封堵了北防波堤缺口。一九七七年七月至一九八四年底,通過疏浚,在深廣的淤泥灘上建成一條長24.8公裏、底寬150米、水深9.0米的雙向航道。在連雲港港和防城港的廣闊淺灘上,也因地製宜地選取了航道軸線,開挖並維護了深水航道。

五十年代中期,把絞吸式挖泥船改裝成耙吸式,在湛江港鬥龍村的沙質硬層上開挖出深7.0米的航道。七十年代,在長江口試用邊拋式自航耙吸式挖泥船。七十年代中、後期,在礁石林立的珠江口內外,采用爆破與疏浚相結合的方法,將黃埔港航道擴建成了"內九外八"的2萬噸級雙向航道。

四、泥土排放

五十年代初,疏浚泥土都是直接排到附近的窪地、邊灘和深槽。一九六○年,天津航道局利用開挖秦皇島航道的砂土為天津新港造地。"建設"號自航耙吸式挖泥船通過技術革新,實現了自挖、自運、自吹。六十年代以後,為了支援農業和廠礦、港口建設,各航道局部進行了吹泥造田。

一九六四年,上海航道局在黃浦江畔敷設了第一條陸上排泥管線,通過接力泵可將泥上吹至4公裏以外,設計年排放能力200萬立方米。一九七一年,敷設了長達22公裏的第二條管線。一九八二年,在連雲港建成大路口吹泥站,設計年排土能力300萬立方米,減少了氣候對排土的影響,增加了挖泥船的工作天數,縮短了運距,效益顯著,被評為交通部一九八五年度優秀設計。

一九七八年,長江航道局在荊江大堤加固工程中,成功地敷設了水底排泥管線。一九八○年,天津航道局敷設了一條穿越天津港主航道的海底排泥管,避免了施工對船舶進出港的影響,縮短了工期,獲得交通部技術改進成果二等獎。

五、測量定位

五十、六十年代,水深測量和挖泥定位都是使用六分儀和船上後方交會法。五十年代末,上海和廣州航道局開始采用圓弧格網法,加快了工程進度。一九八○年,天津航道局在秦皇島煤碼頭主航道施工中,采用雷達定位,解決了離岸遠、霧氣重、霧天多等難題。一九八二年,在天津港主航道建設中,拋設了一具柱式浮標,啟用了微波測距儀和以國產304型定位儀為核心的自動定位導航係統,測量精度和效率均有顯著提高,使工程提前一年竣工。一九八四年五月,廣州航道局在304型定位儀、自動測深儀和八位通用電子計算機的基礎上,研製成功自動測深和導航係統,並通過了部級技術鑒定。利用這一係統,可以完成預置航線自動導航、測深、繪製水深圖和計算挖方量等工作。

地基和基礎工程技術

一、土坡穩定

五十年代,普遍使用快剪指標進行土坡穩定計算。七十年代,根據具體工程情況,分別按規範取用快剪、固結快剪和十字板剪切時的安全係數,進一步提高了計算的可靠性。

在岸坡加固方麵,一九五四年在長江岸邊首次采用了砂井。一九五八年在天津新港工程中,使用帶活瓣樁尖的套管打設了直徑45厘米、長12米的砂井。一九七五年,二航局又在荻港成功地使用了袋裝砂井。

五十年代,在上海等地較陡的岸坡上打樁時采用了削坡減載技術。六十年代,製定了"在危險的岸坡上,低水位時不打樁","在安全度不大的岸坡上,用重錘輕打、隔樁位跳打"等措施。六十年代中期,在上海港張華浜碼頭加固工程中,研製成功了無振動、無噪音的靜力壓樁工藝和設備。

在維護基坑的邊坡穩定方麵,五十年代中期在青山船廠使用了深層井點降水,六十年代較廣泛地采用了輕型井點。七十年代初,在位於地下水位以下10餘米的文衝船廠2號塢基坑,用一級輕型井點降水實現了幹開挖。

交通部於一九七六年底組織力量對水運工程中發生的重大滑坡進行了調查研究,並於一九七九年十月頒發了《關於防止碼頭岸坡滑動的注意事項》。

二、軟弱地基加固

水運工程部門研究和使用得較多的軟弱地基加固技術,有砂井、振衝碎石樁、強夯和真空預壓等4項。

(一)砂井法。

五十年代,開始采用陸上打樁架和鋼套管打設砂井。六十年代,大連某防波堤工程首次在水上打設砂井,用砂井和砂墊層對厚達10米的海底淤泥進行了加固,經受了台風、巨浪和強地震的考驗。七十年代後期,在天津新港的堆場地基加固中,開始應用了袋裝砂井,並研製成功專用灌裝機和打砂井機。至一九八四年底,天津港采用袋裝砂井-堆載預壓法加固的堆場已近30萬平方米,共打砂井19萬根、總長195萬米,其中使用袋裝砂井節省的砂料達5萬立方米。

(二)振動水衝法。

一九七七年,南京水科所與水規院合作研製出第一台振衝器,隨即在南京船廠的淤泥質亞粘土地基上進行振衝碎石樁加固試驗,一舉獲得成功。實踐證明,對粗砂和卵石層可直接采用振動加水衝;對細顆粒土壤,可在振動和水衝的同時填加碎石和卵石,形成碎石樁的加固效果顯著。振衝加固法設備簡單,操作容易,無需鋼、木、水泥等材料,工期短,效果可靠。

一九八○年,水規院與江陰振衝器廠合作研製成功可水平和垂直雙向振動的振衝器。至一九八三年底,已研製出的振衝器有13、30和55千瓦等三種規格,加固的工程已達420多項,加固總進尺300萬米。一九八四年,南京水科所推導出單樁的極限垂直應力計算公式,為計算複合地基的承載能力提供了有效的方法。

(三)強夯加固法。

一九七八年,一航局通過試驗,摸索出了一套施工工藝、監測手段和控製方法。隨後,在秦皇島港煤堆場,正式利用強夯法加固了粉細砂地基。同期,三航局等單位利用強夯法加固淤泥質亞粘土地基也獲得成功。一九八五年,使用強夯法加固的土層已擴展到砂礫、中細砂、粉煤灰、雜填土和不飽和亞粘土等,有效加固深度達8-10米,錘重發展至1-15噸。同時總結出了以孔隙水壓力、夯擊貫入量確定最佳夯擊次數的有效方法。河海大學和三航局還分別提出了計算模式和計算方法。

(四)真空預壓法。

一九八○年,一航局科研所開展袋裝砂井-真空預壓法的研究和實驗。稍後又進行了用真空預壓法加固水上和水下岸坡的試驗,隨即總結出一套切實可行的施工工藝。僅一九八三年和一九八四年,天津新港就用袋裝砂井-真空預壓法加固堆場地基約5萬平方米,其真空度可長期維持在80千帕(600毫米汞柱),加固效果與堆載70千帕相當。但卻比堆載法操作簡便,節省能源,成本低,見效快,工期短。天津大學通過室內模型試驗,提出了負壓作用下土體固結模式和相應的計算方法。

(五)其他加固方法。

八十年代初,水規院、一航局、河海大學等單位分別在天津新港、煙台等地成功地進行了深層水泥拌合法、水下振衝法、塑料板排水法等現場加固試驗,並已研製出相應的機械設備。二航局在赤灣港防波堤基礎處理中,采用尼龍編織布取代部分換砂已獲得成功。

三、樁基

五十年代以前,水運工程中的基樁多是木樁。五十年代中期,開始采用鋼筋混凝土樁。為了解決裂樁問題,一九五七年在塘沽開灤碼頭首次引進並試用了預應力鋼筋混凝土樁。七十年代中期,開始使用斷麵為60×60厘米的預應力鋼筋混凝土空心樁,並在外海和地質條件複雜的工程中使用大直徑鋼管樁。八十年代,三航局引進並生產了後張法預應力鋼筋混凝土大直徑管樁。

五十年代初期,鋼筋混凝土樁大多在現場的簡易場地上製做。一九五八年,相繼在天津和上海建設了有固定台座的預製廠,並采用木籠式芯模預製空心樁。一九六九年,一航局引用充氣膠囊取代木籠。稍後,天津和上海等地又先後采用了蒸汽養護技術。

一九五四年,上海工程隊把打樁架搬到方駁上進行水上打樁。翌年,在湛江港夾有砂薑石的亞粘土層上采用衝搗孔法沉樁。六十年代,在長江沿岸的粉細砂層中采用水衝加錘擊法。七十年代,內衝內排法的樁頂偏位已可控製在15厘米以內。八十年代,二航局用真空吸渣法使鋼管樁穿過了4-5米厚的砂卵石層。

一九六五年,三航局金東振研究出無噪音、無振動的靜力壓樁法,並在有關部門的協助下,研製成功150噸的壓樁機和壓樁船,為岸坡較陡、距已有建築物較近、靈敏度較高的軟弱土層沉樁,開辟了成功之路。