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摘 要：修船厂经常需要更换船底板，或者在船底开工艺孔，这些工程都需要在船舶进坞坐墩后拆除相关位置的坞墩，待船底换板后再重新装上坞墩。本文介绍我司研制的一种新型坞墩，它由基座、砂箱、铁凳，坞木组成。这种坞墩可以快速拆装，不需要把坞木凿碎，没有木材损耗，大大缩短了拆墩的时间，特别适用于修船厂。新型坞墩的研制成功和推广应用，对提高船舶坞修的工作效率，降低劳动强度，缩短坞修周期，降低成本，效果显著。
关键词：修船;沙箱;坞墩
中图分类号：U673.33 文献标识码：A
Development of a New Dock Block for Ship Repair
FENG Mushui1， WANG Xingce1， ZHOU Shiji1， YANG Shengqiang1， DENG Xijuan2
（ 1.Guangzhou Wenchong Dockyard Co.，Ltd.， Guangzhou 511462; 2. Guangzhou Marine Engineering Corporation， Guangzhou 510250 ）
Abstract： During ship repair， it is often necessary to replace the bottom plating of the ship， or to cut holes in the bottom of the ship， these projects require the removal of the dock block at the relevant location after the ship is docked， and the dock block is added again after the bottom plating is replaced. This paper introduces a new dock block developed by our factory， which is composed of base， sand box， iron stool and dock wood. The dock block can be quickly detached and installed without breaking dock wood， has no wood loss and the time of block dismantling is greatly shortened， it is especially suitable for ship repair and will improve the efficiency of ship dock repair， reduce labor intensity， shorten dry dock repair cycle and reduce cost.
Key words： Ship repair; Sand case; Dock block
1 前言
很多船舶因為海损或者腐蚀，经常需要在船坞内大面积更换船底板，这项工作涉及到坞墩的拆除。目前多数船厂采用的坞墩是由两件枕木和水泥墩构成，两件枕木分别设置于水泥墩上，枕木之间有木尖和逼件。图1是常用坞墩结构图和船舶进坞的坐墩图。
这种常用的坞墩存在如下缺陷：
（1）木材损耗大。在拆墩过程中通用的办法是用凿子把木尖和逼件凿碎，从而使坞墩高度降低，与船底脱离接触后用卷扬机将其移走，然后进行船底换板作业。在实际操作中，拆一个边墩会凿碎12件木尖和6件逼件，拆一个中墩会凿碎16件木尖和8件逼件，这些被凿碎的木材只能作废，木材损耗很大;
（2）由于坞墩被船体压住，承受很大压力，拆墩需要的时间较长。一般拆卸一个坞墩需要3个人合力拆除2小时，不仅劳动强度大，费时费力，而且拆装效率低，影响船坞的周转;
（3）布墩时需要在两个坞木之间加木尖和逼件，比较费时费力。
为了缩短坞期，提高生产效率，我们研制了一种新型沙箱式坞墩。它由基座、砂箱、铁凳，坞木组成。这种坞墩在拆墩过程中使用高压水将砂箱内的沙子冲走，从而使坞墩高度降低与船底脱离接触，没有木质材料损耗，而且拆装快，拆一个墩约10分钟，大幅度降低劳动强度、提高拆墩效率。
为了解决现有坞墩存在的问题，降低工人的劳动强度，提高生产效率，缩短坞修周期，本设计方案在水泥墩和坞木之间增加一个沙箱和一个铁凳，沙箱的端面和侧面均设有门，拆墩时只需要打开沙箱上的门，用高压水将沙箱内的沙子冲走，坞墩面就会自然下降并脱离与船底板的接触，实现快速拆墩的目的。
坞墩高度的确定要根据船舶进出坞规范的要求，综合考虑船的进坞吃水和施工要求等因素。我司有200000 t和300000 t干船坞各1座，目标船型是300000 t级的各种超大型船舶.根椐船坞的设计深度和所处位置的水文资料等具体情况，以及超大型船舶进坞吃水等参数，经过计算确定坞墩高度为1.6 m，并根据布墩要求和船底承受能力，设计了两种坞墩：，一种为长2 m的边墩;另一种为长3 m的中墩。坞墩承压能力≥400 t/m2。
2 沙箱墩设计
坞墩由混凝土基座、坞木、铁凳、砂箱组合而成。砂箱底部通过插销与基座的顶部连接，砂箱内装着沙粒（河沙、石英沙或矿石沙），铁凳的底部从砂箱的顶面开口伸进砂箱内，铁凳的底面置于沙粒上;坞木置于铁凳的顶部上，坞木与砂箱之间设有将坞木、铁凳、砂箱三者紧固于一起的连接件（连接件为码钉，码钉的两端分别具有钩部，一端的钩部钩紧坞木，另一端的钩部穿过设于砂箱上的钩孔内），连接件位于坞木的两侧面或四个侧面处，如图2、图3所示。 基座为常规的水泥墩，由钢筋混凝土浇铸而成，下大上小，中间有叉车孔用于移位，顶部设有向下凹进的插孔用于固定砂箱，2 m边坞设计负荷为400 t，3 m中坞设计负荷为800 t，如图4所示。
砂箱由金属制成，顶面开口，底部设有两条销子与基座的顶部凹槽连接，销子插于相应的插孔内;砂箱的两端设有两个门，砂箱本体和门之间用门闩固定，门闩上连有铁链，可防止使用过程中丢失;砂箱侧面也设有2个门，同样用门闩固定，每个砂箱4个门，这些门与砂箱的箱体易装拆。拆墩时把4个门都打开，用高压水将砂箱内的沙子冲出来;砂箱的侧面设有多个加强筋，加强筋上有开孔，可用钢丝穿过这些孔捆绑坞墩，起到固定的作用，如图5所示。
铁凳由上面板、腹板、肋板、底板、侧板组成。中间腹板两侧面分别连接有多块肋板，肋板的上、下端分别连接顶板、底板，两端分别设有端面板;铁凳顶部比底部大，是个半封闭的箱梁，既可保证强度，又减少了重量;铁凳是坞墩的主要受力构件，要求平直，它的两个端面设有连接孔，可通过码钉固定坞木，如图6所示：
坞木材质为红木，不可以拼接，每块坞木的两个端部设有紧套铁箍，防止其爆裂，如图7所示。
3 强度校核
（1） 坞木
坞木材质为红木，抗压强度为65.6～86.9 MPa，每个2 m边墩的抗压能力为525 t，3 m中墩的抗压能力为984 t。
（2）铁凳
铁凳高25 cm，材料Q235，其抗压许用应力[σ]=1700 kg/cm2，抗剪許用应力[τ]=1 000 kg/cm2。
经过计算，3m铁凳（中墩）可以承受1881 t压力，2 m铁凳（边坞）可承受973 t压力。
4 压力试验
（1）边墩压力试验
边墩长*高：2 m*1.6 m，用400 t压力机进行试压。边墩各部件组合后，在坞木上垫一块20 mm的钢板，其大小与坞木面积相同，将2 m边墩放在400 t油压床下，使坞墩与油压机的油缸头充分接触，以防坞墩在受压时由于底部没有垫平而损坏;试验开始，所有人远离坞墩，工作人员开始操作油压床对坞墩施加压力，采取逐步加大压力的方法，压力分别是100 t/200 t/300 t/400 t，并且在每次压力加大以后稍作暂停，让坞墩在某一个压力下保持一段时间（15分钟），以观察坞墩的可靠性与稳定性;试验人员一边观察坞墩在每次加压后有没有变形或遭到破坏的情况，一边记录所加的压力大小和出现的现象。压力卸载后，通过对坞墩各个部件的仔细观察，没有发现有裂纹、破碎和变形等情况。
（2）中墩压力试验
中墩长*高：3 m*1.6 m，用800 t压力机进行试压。中墩各部件组合后，在坞木上垫一块20 mm的钢板，其大小与坞木面积相同，将3 m中墩放在800 t油压床下，使坞墩与油压床的油缸头充分接触，以防坞墩在受压时由于底部没有垫平而损坏;试验开始，所有人远离坞墩，工作人员开始操作油压床对坞墩施加压力，采取逐步加大压力的方法，压力分别是500 t/600 t/700 t/800 t，并且在每次压力加大以后稍作暂停，让坞墩在某一个压力下保持一段时间（15 min），以观察坞墩的可靠性与稳定性。试验人员一边观察坞墩在每次加压后有没有变形或遭到破坏的情况，一边记录所加的压力大小和出现的现象。压力卸载后，检查坞墩各个部件，没有发现有裂纹、破碎和变形等情况。
（3）试验结果
经过油压床的试压，坞墩达到设计要求，取2倍安全系数，确定每个2 m边墩的安全负荷为200 t，每个3 m中墩的安全负荷为400 t，满足我司两座船坞船舶进坞坐墩的技术目标值。
5 沙箱墩的实船验证和应用推广
为了进一步检查其效果，试制20个边墩和20个中墩，在 “韩进马耳他”船上试用。该船是大型集装箱船，船长*型宽：289.5 m*32.2 m。将新型砂箱坞墩摆放在船尾坞墩受力较大的地方：
（1）船尾中龙连续摆放20个间距1.5 m的沙墩，由技术部计算实船沙墩的受力数据;
（2）坐墩后，现场检查沙墩的变化，记录沙墩下沉量;
（3）在离坞口6 m处，横向放置一个由8个码钉组装固定的3 m中墩，放水时观察其受水浪冲击的稳定性;
（4）现场抽查拆墩一个，计算所需时间;
（5）试用后沙墩继续放在坞底给后续船使用，尽量排到大型船下，并记录使用中的实船受力数据等现场实际情况。
试验结果：本次试验数据完全达到设计各项指标，可以批量制作。
6 新型坞墩应用效果
使用时先在砂箱内装上砂子用刮板刮平，依次在水泥基座上安装砂箱、铁凳、坞木，用码钉固定坞木和铁凳，最后用铁丝把坞木和砂箱捆绑在一起，组合成一个完整的坞墩，如图8所示。
这种新型坞墩采用了一件坞木加砂箱的结构方式，代替原有两件枕木的结构：枕木的使用量是原有坞墩用量的50%，节约了采购枕木的成本，结构简单，基本消除了木尖和逼件的使用，在拆墩过程中没有木质材料的损耗，也不需要加工木尖和逼件;砂箱在拆装过程中要填充的沙粒损耗非常小，可以忽略不计。拆墩时所需要的时间和加墩所需要的时间大幅减少，一个墩拆墩只需要5分钟，加上用水淘砂5分钟，大大提高了拆墩效率，有效缩短坞期和降低劳动负荷，提高劳动生产率。
我司每年修理和改装各类船舶200多艘，海损船进厂修理也比较多，每年船底换板量超过1 000 t，每月船舶进坞修理需要拆除的坞墩约100个，可减少木材消耗，节省材料费约20多万元;对于船底换板的船舶，每艘船平均可减少1天坞期，一年总坞期可以减少30天左右，经济效益显著。
参考文献
[1]李金兰. 南沙区砂箱坞墩的设计与运用[J]. 广船科技，2018（01）.
[2]郑亚中. 可移式液压坞墩设计及其使用方法[J].中国修船，2018（04）.
[3] 朱太原、王俊华、冯木水、王国球. 一种坞墩， 专利号ZL200920049613.9.
关键词：修船;沙箱;坞墩
中图分类号：U673.33 文献标识码：A
Development of a New Dock Block for Ship Repair
FENG Mushui1， WANG Xingce1， ZHOU Shiji1， YANG Shengqiang1， DENG Xijuan2
（ 1.Guangzhou Wenchong Dockyard Co.，Ltd.， Guangzhou 511462; 2. Guangzhou Marine Engineering Corporation， Guangzhou 510250 ）
Abstract： During ship repair， it is often necessary to replace the bottom plating of the ship， or to cut holes in the bottom of the ship， these projects require the removal of the dock block at the relevant location after the ship is docked， and the dock block is added again after the bottom plating is replaced. This paper introduces a new dock block developed by our factory， which is composed of base， sand box， iron stool and dock wood. The dock block can be quickly detached and installed without breaking dock wood， has no wood loss and the time of block dismantling is greatly shortened， it is especially suitable for ship repair and will improve the efficiency of ship dock repair， reduce labor intensity， shorten dry dock repair cycle and reduce cost.
Key words： Ship repair; Sand case; Dock block
1 前言
很多船舶因為海损或者腐蚀，经常需要在船坞内大面积更换船底板，这项工作涉及到坞墩的拆除。目前多数船厂采用的坞墩是由两件枕木和水泥墩构成，两件枕木分别设置于水泥墩上，枕木之间有木尖和逼件。图1是常用坞墩结构图和船舶进坞的坐墩图。
这种常用的坞墩存在如下缺陷：
（1）木材损耗大。在拆墩过程中通用的办法是用凿子把木尖和逼件凿碎，从而使坞墩高度降低，与船底脱离接触后用卷扬机将其移走，然后进行船底换板作业。在实际操作中，拆一个边墩会凿碎12件木尖和6件逼件，拆一个中墩会凿碎16件木尖和8件逼件，这些被凿碎的木材只能作废，木材损耗很大;
（2）由于坞墩被船体压住，承受很大压力，拆墩需要的时间较长。一般拆卸一个坞墩需要3个人合力拆除2小时，不仅劳动强度大，费时费力，而且拆装效率低，影响船坞的周转;
（3）布墩时需要在两个坞木之间加木尖和逼件，比较费时费力。
为了缩短坞期，提高生产效率，我们研制了一种新型沙箱式坞墩。它由基座、砂箱、铁凳，坞木组成。这种坞墩在拆墩过程中使用高压水将砂箱内的沙子冲走，从而使坞墩高度降低与船底脱离接触，没有木质材料损耗，而且拆装快，拆一个墩约10分钟，大幅度降低劳动强度、提高拆墩效率。
为了解决现有坞墩存在的问题，降低工人的劳动强度，提高生产效率，缩短坞修周期，本设计方案在水泥墩和坞木之间增加一个沙箱和一个铁凳，沙箱的端面和侧面均设有门，拆墩时只需要打开沙箱上的门，用高压水将沙箱内的沙子冲走，坞墩面就会自然下降并脱离与船底板的接触，实现快速拆墩的目的。
坞墩高度的确定要根据船舶进出坞规范的要求，综合考虑船的进坞吃水和施工要求等因素。我司有200000 t和300000 t干船坞各1座，目标船型是300000 t级的各种超大型船舶.根椐船坞的设计深度和所处位置的水文资料等具体情况，以及超大型船舶进坞吃水等参数，经过计算确定坞墩高度为1.6 m，并根据布墩要求和船底承受能力，设计了两种坞墩：，一种为长2 m的边墩;另一种为长3 m的中墩。坞墩承压能力≥400 t/m2。
2 沙箱墩设计
坞墩由混凝土基座、坞木、铁凳、砂箱组合而成。砂箱底部通过插销与基座的顶部连接，砂箱内装着沙粒（河沙、石英沙或矿石沙），铁凳的底部从砂箱的顶面开口伸进砂箱内，铁凳的底面置于沙粒上;坞木置于铁凳的顶部上，坞木与砂箱之间设有将坞木、铁凳、砂箱三者紧固于一起的连接件（连接件为码钉，码钉的两端分别具有钩部，一端的钩部钩紧坞木，另一端的钩部穿过设于砂箱上的钩孔内），连接件位于坞木的两侧面或四个侧面处，如图2、图3所示。 基座为常规的水泥墩，由钢筋混凝土浇铸而成，下大上小，中间有叉车孔用于移位，顶部设有向下凹进的插孔用于固定砂箱，2 m边坞设计负荷为400 t，3 m中坞设计负荷为800 t，如图4所示。
砂箱由金属制成，顶面开口，底部设有两条销子与基座的顶部凹槽连接，销子插于相应的插孔内;砂箱的两端设有两个门，砂箱本体和门之间用门闩固定，门闩上连有铁链，可防止使用过程中丢失;砂箱侧面也设有2个门，同样用门闩固定，每个砂箱4个门，这些门与砂箱的箱体易装拆。拆墩时把4个门都打开，用高压水将砂箱内的沙子冲出来;砂箱的侧面设有多个加强筋，加强筋上有开孔，可用钢丝穿过这些孔捆绑坞墩，起到固定的作用，如图5所示。
铁凳由上面板、腹板、肋板、底板、侧板组成。中间腹板两侧面分别连接有多块肋板，肋板的上、下端分别连接顶板、底板，两端分别设有端面板;铁凳顶部比底部大，是个半封闭的箱梁，既可保证强度，又减少了重量;铁凳是坞墩的主要受力构件，要求平直，它的两个端面设有连接孔，可通过码钉固定坞木，如图6所示：
坞木材质为红木，不可以拼接，每块坞木的两个端部设有紧套铁箍，防止其爆裂，如图7所示。
3 强度校核
（1） 坞木
坞木材质为红木，抗压强度为65.6～86.9 MPa，每个2 m边墩的抗压能力为525 t，3 m中墩的抗压能力为984 t。
（2）铁凳
铁凳高25 cm，材料Q235，其抗压许用应力[σ]=1700 kg/cm2，抗剪許用应力[τ]=1 000 kg/cm2。
经过计算，3m铁凳（中墩）可以承受1881 t压力，2 m铁凳（边坞）可承受973 t压力。
4 压力试验
（1）边墩压力试验
边墩长*高：2 m*1.6 m，用400 t压力机进行试压。边墩各部件组合后，在坞木上垫一块20 mm的钢板，其大小与坞木面积相同，将2 m边墩放在400 t油压床下，使坞墩与油压机的油缸头充分接触，以防坞墩在受压时由于底部没有垫平而损坏;试验开始，所有人远离坞墩，工作人员开始操作油压床对坞墩施加压力，采取逐步加大压力的方法，压力分别是100 t/200 t/300 t/400 t，并且在每次压力加大以后稍作暂停，让坞墩在某一个压力下保持一段时间（15分钟），以观察坞墩的可靠性与稳定性;试验人员一边观察坞墩在每次加压后有没有变形或遭到破坏的情况，一边记录所加的压力大小和出现的现象。压力卸载后，通过对坞墩各个部件的仔细观察，没有发现有裂纹、破碎和变形等情况。
（2）中墩压力试验
中墩长*高：3 m*1.6 m，用800 t压力机进行试压。中墩各部件组合后，在坞木上垫一块20 mm的钢板，其大小与坞木面积相同，将3 m中墩放在800 t油压床下，使坞墩与油压床的油缸头充分接触，以防坞墩在受压时由于底部没有垫平而损坏;试验开始，所有人远离坞墩，工作人员开始操作油压床对坞墩施加压力，采取逐步加大压力的方法，压力分别是500 t/600 t/700 t/800 t，并且在每次压力加大以后稍作暂停，让坞墩在某一个压力下保持一段时间（15 min），以观察坞墩的可靠性与稳定性。试验人员一边观察坞墩在每次加压后有没有变形或遭到破坏的情况，一边记录所加的压力大小和出现的现象。压力卸载后，检查坞墩各个部件，没有发现有裂纹、破碎和变形等情况。
（3）试验结果
经过油压床的试压，坞墩达到设计要求，取2倍安全系数，确定每个2 m边墩的安全负荷为200 t，每个3 m中墩的安全负荷为400 t，满足我司两座船坞船舶进坞坐墩的技术目标值。
5 沙箱墩的实船验证和应用推广
为了进一步检查其效果，试制20个边墩和20个中墩，在 “韩进马耳他”船上试用。该船是大型集装箱船，船长*型宽：289.5 m*32.2 m。将新型砂箱坞墩摆放在船尾坞墩受力较大的地方：
（1）船尾中龙连续摆放20个间距1.5 m的沙墩，由技术部计算实船沙墩的受力数据;
（2）坐墩后，现场检查沙墩的变化，记录沙墩下沉量;
（3）在离坞口6 m处，横向放置一个由8个码钉组装固定的3 m中墩，放水时观察其受水浪冲击的稳定性;
（4）现场抽查拆墩一个，计算所需时间;
（5）试用后沙墩继续放在坞底给后续船使用，尽量排到大型船下，并记录使用中的实船受力数据等现场实际情况。
试验结果：本次试验数据完全达到设计各项指标，可以批量制作。
6 新型坞墩应用效果
使用时先在砂箱内装上砂子用刮板刮平，依次在水泥基座上安装砂箱、铁凳、坞木，用码钉固定坞木和铁凳，最后用铁丝把坞木和砂箱捆绑在一起，组合成一个完整的坞墩，如图8所示。
这种新型坞墩采用了一件坞木加砂箱的结构方式，代替原有两件枕木的结构：枕木的使用量是原有坞墩用量的50%，节约了采购枕木的成本，结构简单，基本消除了木尖和逼件的使用，在拆墩过程中没有木质材料的损耗，也不需要加工木尖和逼件;砂箱在拆装过程中要填充的沙粒损耗非常小，可以忽略不计。拆墩时所需要的时间和加墩所需要的时间大幅减少，一个墩拆墩只需要5分钟，加上用水淘砂5分钟，大大提高了拆墩效率，有效缩短坞期和降低劳动负荷，提高劳动生产率。
我司每年修理和改装各类船舶200多艘，海损船进厂修理也比较多，每年船底换板量超过1 000 t，每月船舶进坞修理需要拆除的坞墩约100个，可减少木材消耗，节省材料费约20多万元;对于船底换板的船舶，每艘船平均可减少1天坞期，一年总坞期可以减少30天左右，经济效益显著。
参考文献
[1]李金兰. 南沙区砂箱坞墩的设计与运用[J]. 广船科技，2018（01）.
[2]郑亚中. 可移式液压坞墩设计及其使用方法[J].中国修船，2018（04）.
[3] 朱太原、王俊华、冯木水、王国球. 一种坞墩， 专利号ZL200920049613.9.