提高水運工程技術,開展技術情報活動(3 / 3)

六十年代後期,在碼頭、船塢、船台和船閘等工程中開始應用鑽孔灌注樁,並在中小型工程中逐步得到推廣。一九七四年至一九八一年,僅浙江省交通廳海港工程處就在21個工程中采用了此項工藝,鑽孔達69250米,水下灌注混凝土31434立方米。八十年代初,四航局采用了振動沉管灌注樁;二航局采用了鑽孔嵌岩樁,並研製出大直徑的鑽岩機。

七十年代末,三航局在寶山原料碼頭施工中采用"超頂起吊、一次沉樁"法,用架高60米的打樁船施打了一批長78米的鋼管樁。一航局在援建毛裏塔尼亞的工程中,采用平台船吊打法完成了全部鋼管樁的沉設。

在板樁施工方麵,七十年代初一航局采用了成組打入法。四航局使用無導架施工法打了3000多根鋼板樁。在設備方麵,一九五五年上海工程隊建造了一艘架高25米、起吊能力15噸、樁架可俯仰並配有蒸汽錘的打樁船,可在水上打設3∶1的斜樁。一九五八年,上海市築港工程局建造了一艘架高38米、起吊能力20噸、吊龍口可外伸8米、裝有6.5噸和8噸汽錘的打樁船,可打設36米的長樁。七十年代中期,各航務工程局購置了一批架高45-55米、起吊能力50-80噸、配有M40和MB70柴油錘的新式打樁船。八十年代初,三航局引進一艘架高80米、吊樁能力120噸、自行改裝後龍口可外伸21米的大型打樁船,在張華浜集裝箱碼頭施工中跨越3排樁而施打岸邊樁。

五十年代末,開始進行打樁拉應力的測定,相繼研究出按土質選擇適當錘型、錘重、錘墊(替打木和紙墊等)等防止樁頭開裂的措施。七十年代後期,三航局研製成功柴油打樁錘的遙控自動停錘裝置。八十年代初,開始應用波動方程分析和計算打樁應力。

四、沉井

沉井對地基的適應性強,而且無大型機械也可預製和沉設,在水運工程中的應用日益增多,規模不斷擴大。秦皇島港一期煤碼頭翻車機房基礎,沉井直徑達24米。武漢化工二廠水泵房基礎,沉井全高25米。上海某船廠的塢門墩,沉井總高25.5米。防城港的兩個1萬噸級泊位全部采用了沉井墩基礎。

(一)沉井的預製。

沉井大多在現場就位澆注。秦皇島港一期煤碼頭工程翻車機房的沉井,采用了磚砌刃腳底模。武漢化工二廠的沉井采用了滑升式模板。六十年代中期,上海幾座船塢的塢門墩沉井,都是在其他船塢中預製下部幾層,浮運到現場沉設後再逐節加高。七十年代,廈門水產衝水碼頭的沉井,是在臨時平台上預製的,由起重船吊到駁船上,運至現場後再逐個吊裝就位。

(二)井體的沉設。

五十、六十年代,挖土和填土均由人工完成。八十年代初,建在回填砂和粉細砂等鬆散土層中的秦皇島港煤碼頭翻車機房沉井,施工時在外圍打了10個深30米的排水井,在井壁外側注入觸變泥漿潤滑、防滲,實現了井外降水、井內機械幹開挖。在井外地麵上還安設了井體下沉深度觀測尺,井內吊放了傾斜指示器,使井內、井外都可直觀地看到井體下沉的情況。

建在風化岩層上的武漢化工二廠水泵房基礎,采用了風鎬碎岩、人工裝石渣入料鬥、15噸履帶起重機吊運的工藝。在岩石裂隙滲水嚴重的情況下,結合基坑排水,安裝並使用了水力機械。用壓力為800千帕的高壓水槍衝散石渣,以便人工裝鬥。用射流泵在排幹積水的同時,把小塊的石渣和石粉帶到井外。

在淤泥質亞粘土中建造塢墩時,三航局采用濕法施工,用高壓水槍破土,用負壓加水力排土。竣工驗收時,高25.5米的沉井,任意二對角的刃腳高差均小於3.7厘米,平麵上的最大誤差為12厘米,完全達到了優質標準。

五、地下連續牆

在一九七六年唐山地震後的搶險工程中,一航局用自製的四頭組合鑽機在新河船廠開裂的岸坡上建造了深15米、厚55厘米、長60米的地下連續牆,成功地防止了土體滑動。一九七九年在澄西船廠的吹填砂和粉細砂層中,二航局用鑽抓法和組合鑽機鑽進法,建造了長121米的船塢翼牆。牆體最大深度37米,厚80厘米,垂直精度在1/200以上。施工中,改進了護壁泥漿的配方和拌製、回收工藝,進一步完善了在泥漿中澆注混凝土的工藝。一九八一年五月至一九八二年五月,四航局改進了潛水電鑽和鬥體推壓式抓鬥,在湛江磷礦碼頭有深厚砂層的多層土地基中,用以當地材料為主拌製的泥漿護壁,成功地建造了一座直徑為24.6米的圓筒形翻車機房地下倉和一條長40米的地下廊道。牆的最大深度21米,厚80厘米。一九八四年,在秦皇島港第三期煤炭工程中也采用了大型地下連續牆。

水工建築材料和鋼筋混凝土技術

建國以來,在水運工程中相繼開發和大量使用了混凝土、鋼筋混凝土、混凝土外加劑,橡膠護舷和充氣膠囊,引進了鋼材防蝕技術,並不斷地提高了混凝土施工機械化和預製裝配化程度。

一、混凝土和鋼筋混凝土

在水運工程中,五十年代開始用鋼筋混凝土構件取代緊缺的鋼材和木材,並按破壞階段進行強度計算。

一九五七年,在塘沽開灤碼頭改建中試用了預應力鋼筋混凝土樁,增強了抗裂性能,且使受力鋼筋減少40%。隨後又開發了預應力鋼筋混凝土梁、板和疊合板等,並開始用重量比取代體積比進行混凝土配合比設計。這是新中國水運工程技術發展的一個重要裏程碑。七十年代初,在長壽駁船廠和秦皇島港油碼頭相繼使用了高強鋼絲後張法預應力鋼筋凝土魚腹式梁。稍後又開始使用了幹硬性和流態泵送混凝土。八十年代,交通部頒發了《混凝土和鋼筋混凝土設計規範》,規定了各種構件的附加安全係數,開始推行按半極限狀態理論進行計算。

二、混凝土外加劑

一九四九年秋,新港工程局在製做防波堤塊體時,摻用鬆香熱聚物加氣劑,提高了混凝土的抗凍性能。曆經三十餘年的風吹浪打,塊體仍然完好無損。五十年代後期,各航務工程局相繼使用了氯化鈣早強劑和紙漿廢液塑化劑。七十年代初,一航局與中國科學院力學所合作研製出三乙醇胺係複合早強劑,可使混凝土七天內強度提高25%以上。二航局研製出"NNO"減水劑。七十年代中期,由南京水科所、中國科學院力學所和4個航務工程局組成的交通部混凝土減水劑協作研究組,開發了以"NNO"為主的複合減水劑。當水泥用量不變時,拌和水可減少12-30%,三天抗壓強度可提高50-95%,二十八天強度可提高25%,還可提高抗滲性;保持同樣的抗壓強度,可節省水泥10-20%。七十年代末,二航局研製出雜環係超塑化劑"CRS"。它具有減水、早強和流化等多種效能。當水泥用量不變時,可減水19-29%,三天抗壓強度可提高42-138%。使用700號水泥並摻用"CRS",水灰比降至0.22,拌合物仍有良好的和易性。一九八三年,四航局與廣州造紙廠合作,利用木漿廢液研製出減水劑"MY"。單獨摻用它,在水泥用量和坍落度不變時可減水12%,二十八天強度可提高15%。八十年代,各航務工程局還分別研製和應用了混凝土流化劑,保證了泵送質量。

三、提高混凝土質量的其他技術

五十年代初,在秀英港預製方塊時采用了真空脫水。六十年代,在煙台港客貨碼頭和文衝船廠1號塢施工中采取了分層減水、二次振搗和限製每次澆注高度等措施,有效地防止了大體積混凝土的"鬆頂"。同期還對上海船廠和文衝船廠的大體積混凝土進行了水化熱的觀測和研究,提出了選擇低水化熱水泥、摻用大塊石、控製澆注速度、加強養護和減少相鄰構件的約束等防止出現溫度裂縫的有效措施。

為了提高混凝土和鋼筋混凝土的強度和耐久性,從六十年代起,各工程局除研究、使用高效外加劑外,還改進了混凝土的配合比,強化養護製度,采用了蒸汽養護和噴塗塑料薄膜養護。八十年代,三航局還引進了離心、震動和擠壓成型的製樁技術。

四、混凝土和鋼筋混凝土施工的機械化、工廠化

五十年代末,開始普遍使用自落式攪拌機和中頻振搗器,初步實現了混凝土的拌合和澆注機械化。六十年代中期,一、三航,局分別研究、使用了由索鏟(或皮帶機)、卷揚機和電磁鐵等組成的後台砂石料運輸和稱量聯動線,研製了高頻振搗器,並試用了風動混凝土輸送泵,預製廠的材料運輸實現了機械化。七十年代中期,現場砂石料和混凝土的運輸開始使用小型翻鬥汽車。後期又引進了強製式攪拌機、拌合車(船)和液壓式輸送泵,大型鋼模板的裝拆則使用起重機,沿海港口的施工現場基本上實現了機械化。同期,三航局高橋預製廠采用了程序控製的液壓、氣動式粗鋼筋加工流水作業線,使生產效率提高一倍,而作業場地減少一半。

一九五八年,渤海工程處在海河口內建成一座永久性混凝土構件預製廠,占地3萬平方米,具有8條雙線壓柱式預應力台座,日製樁能力達40根,使新港16-18號泊位裝配化程度達到86%,預應力鋼筋混凝土達到混凝土總量的51%。同年,上海市築港局興建了高橋預製廠,建成長200米的預應力台座,年預製能力7600立方米。翌年,河北省航務工程局在秦皇島建成一座滑道下水能力為700噸的沉箱預製廠。七十年代中期,各航務工程局相繼新建和擴建了預製廠,使沉箱的預製下水能力提高到1000噸,梁、板、塊體的起吊能力增加到200噸。八十年代初期,一航局又在大連和秦皇島興建了具有載重2000噸斜架車和滑道的沉箱預製廠,在石臼興建了采用坐底式浮塢接運、下水能力為3000噸的大型沉箱預製廠。同期,塊體的預製、起吊能力提高到了500噸。至一九八五年底,四個航務工程局已擁有混凝土構件預製廠17個,年生產能力30餘萬立方米。其中,一航局一公司兩個預製廠的最大年生產能力已達5.59萬立方米。三航局高橋預製廠的年生產能力達到4.7萬多立方米,使上海地區高樁碼頭的預製裝配化程度保持在70-80%。

五、新型材料和鋼材防蝕

六十年代後期,三航局等單位開始研究並使用粉煤灰水泥。一航局試驗成功用充氣膠囊取代木籠芯模預製空心樁,稍後又用其預製大孔板。七十年代中期,各航務工程局開始推廣鋼模板,並使用滑模澆注了大型沉井、沉箱、扶壁和圓筒倉等,節約了大量木材,加快了工程進度。

從六十年代起,各局先後使用環氧樹脂、聚酰胺、丙凝、甲凝等材料進行了構件粘接和水下修補。一九七三年,水規院與沈陽橡膠製品廠等單位協作,開發了橡膠護舷的係列產品。

六十年代初,南京水科所與三、四航局合作,在上海、舟山和湛江等地建立暴露試驗站,開展了鋼材鏽蝕機理和防蝕技術的研究。六十年代後期,三航局與上海冶金局協作,研製和試用了耐海水腐蝕的新鋼種。南京水科所在江蘇省三河閘試用了通電陰極保護。一九七四年,三航局與南京水科所等單位合作,開展鋼材耐海水腐蝕塗料、陰極保護設施和陽極材料的研究,為陳山原油碼頭基樁選擇了耐腐蝕鋼種和防鏽油漆,並開始在海港中對鋼樁采用了陰極保護。隨後,連雲港、三亞和北侖等港區的鋼板樁、鋼管樁碼頭都采用了陰極保護。在石臼港建設中,對鋼梁采用了熱噴鋁防蝕新技術。

試驗和勘測技術

一、試驗

一九五一年和一九五三年,在天津新港相繼組建了中國水運工程係統的第一個混凝土、土工和水工模型試驗室,分別開展了材料和土壤的物理力學性能試驗,以及新港地區的水文、氣象調查和觀測。六十年代,各航務工程局先後成立了科研所,各專業的試驗研究工作迅速展開。

在混凝土和材料試驗方麵,六十年代先後引進了回彈儀、超聲波探傷儀、γ射線探傷儀和老化儀等,分別開展了混凝土構件強度、密實性和鋼結構焊縫的無破損測驗,以及高分子材料的抗老化試驗。七十年代,把工業電視引進了水下構件的質量探查,八十年代引進了英國的新型超聲波探傷儀。

在結構試驗方麵,六十年代開始使用電阻應變儀測定打樁拉應力和構件內力。七十年代初,一、三航局都購進了靜動態電阻應變儀。一九七九年,一航局又引進了200點巡回檢測靜態應變儀,增強了應力測試能力。

在水工模型試驗方麵,七十年代,一、四航局先後興建了大型水工試驗室,開展了碼頭、防波堤布置和斷麵、構件選擇等試驗;八十年代,一航局又引進了寬水槽不規則波造波機,試驗技術又前進了一步。

在地基觀測方麵,六十年代一航局研製出了孔隙水壓力儀、測斜儀和鋼弦式壓力盒接收器;七十年代研製出連續振蕩式壓力盒接收器和磁性沉降儀,完善了應力變形測試手段。

在試樁方麵,三航局於七十年代進行了快速加荷法的研究;八十年代開始應用波動方程處理試樁資料,並製造和使用了1200噸的荷載架。

在土工試驗方麵,一九六五年一、三航局購進了靜力三軸儀;八十年代一航局引進振動三軸儀,增添了動態研究的能力;同期還研究出塑限試驗的新方法--最大結合水含量法。

二、水文測驗

在波浪觀測方麵,五十年代初期是采用打樁設置水尺觀測波高,利用秒表記錄波浪周期。稍後引進了一批蘇聯的測波儀,在鏡筒內的網格上觀測拋在海麵的浮標的波動範圍,按相似關係求得波高,並用秒表記錄周期,用儀器上的水平度盤觀測波向。七十年代末期,引進了荷蘭的"騎士"測波儀。隨波浮動的浮筒產生的加速度信號以電波發射,岸台接收後通過解調得出波浪尺度。八十年代初,引進了美國"恩迪柯"測波儀。現場記錄采用盒式磁帶,並配有Z80型計算機和專用軟件,可以根據需要分析各種特征波要素和波譜。956型可以觀測波向,使用比較理想。

在海流觀測方麵,六十年代在航務工程中多使用"奈克曼"海流計觀測海流。自一九七八年起,采用了山東海洋學院生產的ZD0-3型和SLC9-1型儀器,可同步測量流速、流向和水深值,也可測量瞬時流速和時段積分平均流速。一九八三年,開始使用重慶水文儀器廠生產的ZSX-1型流速流向儀。它利用電子線路計時,可測出某時段的平均流速和流向值。

在潮位觀測技術方麵,臨時驗潮站一直采用水尺目測潮位;永久驗潮站從六十年代起采用HCJ-1型和HCJ-2型卷筒式自動驗潮儀。八十年代,上海航道局引進了自動報潮係統。

三、工程測量

陸上測量,五十年代末期采用了較精密的光學經緯儀。七十年代中期開始使用精密經緯儀和紅外測距儀。

打樁定位,五十年代多采用拉線定位法,六十年代推廣了直角前方交會法,七十年代開始采用任意角前方交會,減少了搭設測量平台的臨時工程量。

水深測量,五十年代初多使用"水砣"和測杆,稍後引進了少量的MS10測深儀,六十年代開始使用南京和丹東無線電廠相繼研製出的晶體管測深儀。七十年代,淄博無線電五廠研製出集成電路數字式測深儀,性能穩定,便於攜帶,得到廣泛應用。八十年代,又引進了日本、美國的部分測深儀。

五十年代,海上定位都是采用六分儀後方交會法,內河則多用經緯儀或大平板儀前方交會法。六十年代後期試用4950O-1型海上無線電定位儀。七十年代中期開始使用了測程為100海裏的"304"定位儀。八十年代,廣州航道局在"304"定位儀和無線電測深儀的基礎上,增加微機處理係統,把測深、定位、成圖各項功能組成"自動測深和疏浚導航係統",實現了現場完成水深圖。

四、地質勘探

五十年代,地質勘探大多采用人力手搖和人力加壓鑽進方法。六十年代,鑽探人員將人力絞車改為機動絞車,海上作業則多采用二條木船拚成操作平台。一九七五年,一航局首次購進配有SDJ-300型鑽機的鑽探專用船。隨後,各航務工程局相繼使用了雙體鑽探船。八十年代,航務工程勘察隊伍已能在水深20米、流速節、潮差7-8米的海上進行鑽探作業。

在取樣方麵,六十年代采用了密閉取樣器,七十年代開始按不同的岩、土特性采用不同的鑽機,並分別選用回轉、衝擊和水衝等鑽進方法,提高了取樣率,減少了振動。七十年代中期,推廣了十字板剪力儀並研製成功靜力觸探儀。八十年代初,引進了淺地層剖麵儀。

水運工程規範和定額

舊中國沒有統一的建設法規,定額更是空白。

一九五二年至一九七八年,交通部先後組織了三次規模較大的規範和定額編製工作,從而使水運工程逐漸有了比較完整的技術、經濟法規。一九八四年三月召開的全國水運工程基礎工作會議,對規範和定額的編製、修訂作了新的布署,成立了交通部港口工程規範技術委員會和定額站等專門機構,為水運工程規範和定額編製工作開拓了新局麵。

一、規範

水運工程技術規範的編製工作始於五十年代。六十年代初,交通部相繼頒發了重力式碼頭、高樁碼頭和港工混凝土等8個規範單行本,國家計劃委員會頒發了《全國內河通航標準》(試行),對水運工程的設計和施工起到了指導和推動作用。但因多是按蘇聯經驗製定的,與中國的國情差距較大。

為適應水運工程建設發展的需要,根據原國家建委的部署,交通部於一九七二年組織了一次大規模的規範修訂、編製工作,隨後頒發了一套體現中國水運工程建設特點的技術規範,在港口建設中發揮了重大作用。至一九八五年,交通部編製、修訂和頒發的水運工程技術規範共計32冊,內含現行的18冊。其中,一九七八年頒發的《海港水文規範》獲得了國家科學技術進步二等獎。一九八五年已基本編製完稿的還有《海港總體及工藝設計規範》、《海港鋼筋混凝土結構防腐蝕技術規定》、《海港預應力混凝土結構防腐蝕技術規定》、《船閘設計規範》、《幹船塢設計規範》和《水運工程設計節能技術規定》等。

二、定額

一九五五年至一九五七年,交通部相繼製定、頒發了《航務水工建築安裝工程統一施工定額》、《航務水工建築設計預算定額》、《航務工程間接費定額》、《工程船舶艘班費定額》等,對推動各施工單位的生產和加強基本建設的經濟管理,起到了良好的作用。一九七二年至一九七六年,根據國家計委關於加強工程概預算和定額工作的決定,交通部組織了定額的修訂和編製工作,先後頒發了《水運工程預算定額》、《水運工程概算定額》和《水運工程概預算編製規定》等七種基礎定額。一九七八年召開的定額工作會議、一九八四年召開的水運工程基礎工作會議和隨後成立的定額站,進一步加強和促進了定額工作。

水運工程科技情報網

為配合大規模的港口建設,一九七三年交通部決定由水規院負責組織水運工程科技情報網(時稱情報站),開展技術情報活動。一九八四年,為適應新技術、新領域的發展需要,對情報網進行了改組,將原來的港工、航道分網調整和擴大為沿海港口、內河港口、沿海航道、內河航道、勘察技術、地基基礎、過船建築物、技術經濟、電子計算機應用和水上交通管理與通信導航等10個專業分網。總網網長由水規院指派主管情報工作的副院長擔任。一九八五年已有全行業100多個單位參加,成為交通係統最大的一個情報網。

水運工程技術情報網貫徹"科學技術必須麵向經濟建設,經濟建設必須依靠科學技術"的方針和"專業化、小型化、多樣化"的原則,麵向全行業,全方位、多層次、多種內容地開展活動,使技術交流的專業性和針對性更強,更緊密結合生產實際。水運工程科技情報網自組建以來,組織了各類技術交流活動,包括設計、施工、科研、管理等方麵的新技術、新成果、新經驗和國外技術情報的交流,以及網內各單位的技術協作和谘詢服務。這些活動緊密結合生產實際,效果突出。例如,在北侖港、石臼港離岸式碼頭的規劃、設計階段,情報網組織設計、施工、科研單位間開展情報交流和協作,為工程方案的決策獻計獻策,取得顯著的經濟效益。在工程建成之後,沿海港口分網又組織了"離岸式碼頭建設經驗交流會",對建成的離岸式碼頭設計、施工、計算技術和波浪對結構的作用力等課題進行探討,為"七五"期間計劃建造的離岸式碼頭提供了經驗。此外,在蛇口工業區管理委員會的協助下召開了"淤泥質海岸港口建設經驗交流會",受到了有關方麵的歡迎。

航道分網為促進泥泵耐磨技術的發展和推廣應用,組織了攻關協作和經驗交流活動。上海航道局、廣州航道局、長江航道局、黑龍江航道局、江蘇省交通廳工程管理局等單位通過協作和情報交流,促進本單位的技術革新,取得較顯著的科技成果和經濟效益。地基基礎分網組織的"港口樁基工程沉降、負摩擦以及軟弱地基加固技術經驗交流會",對上海港14區軟土層在大麵積回填後地基加固的問題進行技術谘詢,並提出了有較大參考價值的書麵報告。分網組織的"碼頭岸坡穩定會議",除交流碼頭岸坡穩定分析方法的現狀和發展外,還為臨海市紅光碼頭滑坡後的修複方案提供了谘詢。會後提出的"關於修複紅光碼頭的意見和方案",使工程取得了顯著的技術和經濟效益。技術經濟分網完成的"北海港建設初步可行性研究"谘詢報告很快付諸實施,為國內第一個港口建設"交鑰匙"工程的順利完成,創造了良好的條件。水運工程科技情報網先後進行的水墊搬運技術谘詢工作,支持二航局實現了大型T形梁水平和坡道搬運工藝;協助四航局實現了八所港工程中180噸混凝土方塊的搬運工藝,取得了明顯的經濟效益。勘察技術分網先後組織兩次技術交流交易會,在技術交流活動的同時,也形成了一個技術交易市場,取得了多項協作成果。內河港口分網和內河航道分網分別組織的"內河港口設計施工經驗交流會"、"湖區航道整治技術交流會"等,均屬國內開拓性的技術交流會議。為促使內河礙航閘壩複航,過船建築物分網多次組織專業技術交流活動,受到各方麵的重視。水運工程科技情報網不斷地開拓國際交流渠道。通信導航分網組織的"雷達導航技術講座會"和海岸電台通信等專業技術交流會,分別邀請了日本、英國和香港地區的有關單位和專家參加交流活動。

同時水運工程科技情報網還重視溝通信息和資料交流,至一九八五年,先後編印了總網的《網訊》(雙月刊)、各分網的《通訊》和專題文集,組織翻譯國際航運會議、國際港口會議、國際疏浚會議和國際航標會議等文獻,合計1500餘萬字,為國內外技術交流和促進水運工程科技發展做出了積極貢獻。