大型沉箱构件的出运与安装施工工艺

　　摘要:本文通过对广东华厦阳西电厂配套码头工程沉箱出运与安装过程的阐述，浅析大型沉箱构件的出运与安装的施工工艺。
　　关键词:沉箱；出运；安装
　　大型沉箱结构具有整体稳定性好、施工速度快、经久耐用等特点，现已被广泛应用于重力式码头工程中。本文结合广东华厦阳西电厂配套码头工程实例，介绍沉箱的出运与安装。
　　一、基本概况
　　（一）本工程使用的A型沉箱尺寸为长×宽(带趾)×高＝13.52m×19.9m×20.8m，趾长2.00m，单块自重约2500t，共28块。
　　（二）沉箱的出运设计采用气囊直接顶升脱模，再使用气囊出运上驳施工工艺,3000吨级半潜驳运输。
　　二、沉箱出运
　　（一）卷扬机选用
　　已知：Q=2500t，µ摩擦系数=0.05（在压实的砂地上，气囊的滚动摩擦系数接近0.05），前后高差最大为△d=20cm，沉箱拉绳数量n=2)
　　 单台卷扬机牵引力F=（fG+F1）/n
　　=（2500×0.05+2500×0.2/17.9）/2=76.45（t）
　　 卷扬机牵引力为10t，配9股滑轮组。
　　 ΣF8t=9Fη=9×10×0.9=81（t）>76.45（t）（满足使用要求）
　　（二）滑轮组计算
　　 依据卷扬机最大拉力设计使用95t级，4轮滑轮组，现验算其起重力是否足够。
　　 已知：ΣF最大=9×10=90t<95t（满足使用要求）。  
　　（三）钢丝绳计算
　　1.沉箱拉绳用φ70mm（6×37）合成纤维芯钢丝绳
　　已知：d=70mm（公称直径）卷扬机水平牵引力F牵=76.45t
　　最小破断拉力总和为F破=50d2=50×70×70=245t
　　安全系数K1=F破/F牵=245/70.2=3.2（倍）
　　满足要求。
　　2.卷扬机水平牵引用φ28mm（6×37）合成纤维芯钢丝绳
　　已知：d=28mm（公称直径）水平牵引F牵=70.2/9=7.8t
　　最小破断拉力总和为F破=50d2=50×28×28=39.2t
　　安全系数K2=F破/F牵=39.2/7.8=5.0（倍）
　　满足要求。
　　（四）气囊计算
　　1.2500t沉箱顶升气囊选用计算
　　拟用φ1m气囊进行顶升。
　　 已知：G=2500t，沉箱底面积为长×宽(带趾)＝13.52m×19.9m，依据设计要求，需要直接顶升。
　　依据构件底面尺寸，选用气囊有效长度为L=13.52m；设计顶升高度h=0.4m；使用气囊数量n=9；安全系数K=1.1,所以：
　　单条气囊承载面宽B=π（D-H）/2=3.14×（1-0.40）/2=0.942m
　　气囊受力的总长度：L=121.68m
　　总承载面积：S=BL=121.68×0.942=114.62m2
　　选用气囊压力：P=KG/S=1.1×2500t/114.62m2=0.24MPa
　　建议使用0.3Mpa超高压气囊。
　　2.2500t沉箱出运气囊选用计算
　　拟用φ1m气囊进行出运。
　　已知：G=2500t，沉箱底面积为长×宽(带趾)＝13.52m×19.9m，依据现场情况，直接出运上驳，不需要纵横移转换,依据气囊的直径及出运时气囊之间需要足够的空间以避免气囊相互挤压，所以设计两条气囊间距为2.0m。
　　沉箱纵移采用气囊有效长度L=13.52m，出运高度h=0.4m,安全系数K=1.5，所以：
　　沉箱底需用气囊数：n=L1/2=10
　　单条气囊承载面宽B=π（D-H）/2=3.14（1-0.4）/2=0.942m
　　气囊受力的总长度约：L=135.2m
　　总承载面积：S=BL=135.2×0.942=127.36m2
　　选用气囊压力：P=KG/S=1.5×2500t/127.36m2=0.29MPa
　　建议使用0.3Mpa超高压气囊。 
　　（五）沉箱顶升设计
　　沉箱预制时，采用枕木组成槽及槽内填沙并振捣密实形成底模，上铺木板。沉箱出运时将填沙冲走，放入气囊充气顶起沉箱。
　　沉箱脱模以满足穿入气囊进行出运作业，要求沉箱离底模至少25cm。
　　顶升使用的是直接在底模上预留顶升气囊槽，沉箱达到出运强度后使用顶升气囊穿入顶升槽直接顶升。该方法的优点是施工简洁，操作方便可以保持工地清洁。
　　（六）沉箱出运(陆上部分)
　　沉箱的陆上平移示意如图1所示：

　　图1构件的陆上平移工艺示意图
　　（七）半潜驳搭板
　　半潜驳长54m，宽33.6m，满载吃水3.6米,每次可装沉箱1个，因在现场预制，出运方便，将沉箱长方向平与半潜驳的长方向，在半潜驳中间摆放。
　　1.搭接操作
　　为确保码头的安全，整个搭接上驳过程要在涨潮期间操作。进入搭接前，半潜驳按上图系缆、抛锚就位，艉部压水调节吃水，艉吃水的多少要根据码头标高来确定。在船艉高过码头面约0.2m时，移船进入搭接；搭接后艉部压载舱继续加水，以抵消船舶由于涨潮而上浮，使船艉在沉箱上船前始终压住搭接码头。
　　2.牵引沉箱上驳
　　沉箱用气囊形式出运，岸上尽量将沉箱移到码头前沿，并使沉箱中线与出运通道一致（横向偏移不得超过50cm）。半潜驳搭接后，将沉箱上钢丝绳扣头接到半潜驳动滑轮组，用船上两台卷扬机牵拉沉箱上驳。注意沉箱应沿半潜驳中线移动，进入装载区域就位时横向偏移不得超过50cm。
　　上驳过程，半潜驳同时将压载水排空。
　　沉箱移到半潜驳装载区就位后，垫入枕木，气囊放气，枕木要均匀排放，气囊间所有间隙都要放入枕木，枕木规格：200×25×25（cm）。定位后要将所有枕木用马钉钉起来并用钢丝绳串起，以免下潜安装时遗失。
　　至此完成了沉箱的陆上平移工艺，转入沉箱的水上运输与安装。
　　三、沉箱浮运下潜出驳
　　（一）沉箱装驳后，半潜驳排水上浮，采用1艘980HP拖轮及1艘600HP拖轮进行拖运半潜驳至潜坞坑,沉箱下水区域的水深要求-20.0m以下，水域宽度为50米*80米。
　　（二）半潜驳下沉搁底：下潜过程中，锚缆要处于似紧非紧状态，同时时刻注意调节各水舱压载水，使半潜驳一直处于平稳状态，以保证沉箱的安全出驳。松开固定沉箱的钢丝绳，半潜驳船艉加压舱水平稳下沉至沉箱起浮，当半潜驳下潜使沉箱吃水达到沉箱起浮的临界水深时，半潜驳与沉箱脱离同时沉箱起浮。
　　（三）在半潜驳下沉过程中因沉箱自身不能保证浮游稳定的要求，故此半潜驳均匀下沉至沉箱刚能起浮的深度前，沉箱通过预留的进水孔进水，使沉箱前仓水深达到4米，后仓达到4.84米，沉箱达到浮游稳定的要求。在灌水过程的同时，用缆绳将沉箱捆绑固定在驳船的船艏。沉箱移至安装位置后再进行精确定位安装。
　　四、沉箱安装
　　（一）安装工艺流程如下图所示

　　图2沉箱安装工艺流程示意图
　　
　　（二）沉箱安装
　　1.沉箱安装顺序
　　本项目的沉箱安放顺序：与基床抛石、夯实的顺序相同，即从码头与引桥相接处第1个沉箱开始。基床整平一段安装一段，以防回淤。
　　2.沉箱安装方法
　　沉箱安装：由于安装水域水深仅为13m左右，不能满足半潜驳脱驳吃水要求，因此只能在潜坞坑脱驳，潜坞坑尺寸为50m×80m，水深－20.0m以下（基床顶面标高为-19.6m）。同时打开沉箱阀门，使得沉箱同时进水下沉。根据之前的计算，当半潜驳下潜至水深约18m左右时，沉箱达到浮游稳定（沉箱内水深约为4m～4.8m），此时关闭沉箱阀门停止进水，沉箱不再下沉从而与半潜驳脱离，沉箱脱驳离开后，用锚艇将其拖至基床处,半潜驳靠紧沉箱，利用钢丝绳和沉箱顶预埋的拉环与沉箱连接，半潜驳抛锚将船身固定，上述准备工作完成后，沉箱灌水缓慢下沉，灌水采用水泵人工灌水，水泵共4台，分别对应沉箱4角同时灌水。下沉的同时，放松钢丝绳。当沉箱下沉至吃水17m左右时(即沉箱内水深8m左右时),安装人员登上沉箱顶,对沉箱平面度进行检查,在沉箱下沉距基床顶面约30～50cm时，停止灌水，开始沉箱精确定位。
　　定位方法：开始粗定位时可用方驳调节锚缆，使得连接一起的沉箱纵向、横向和扭角均大致位于准确位置，之后较小的偏差利用钢丝绳的松紧器放松或收紧一边的钢丝绳达到精确定位。
　　定位完成后继续灌水，沉箱下沉直至座落在基床顶面上，在下沉的过程中，注意随时检查沉箱的水平度，沉箱座落至基床面时，再检查沉箱的纵、横向和扭角偏差，若不符合设计和规范要求，则抽水再次安装直至合格为止。
　　五、结论
　　大型沉箱结构现已被广泛应用于重力式码头工程中,本文通过广东华厦阳西电厂配套码头工程中沉箱的出运与安装实例，为以后的沉箱出运与安装提供借鉴。
　　参考文献：
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　　[2]郑文康、刘翰湘主编.水力学中国水利水电出版社，2004
　　[3]交通部第四航务工程局编.重力式码头设计与施工规范人民交通出版社，1996
　　[4]交通部第一航务工程局编.港口工程质量检验评定标准人民交通出版社，1999