異型沉箱拖運及安裝工藝

國春風，劉盛祥

（中交一航局第三工程有限公司，遼寧 大連 116083）

0 引言

梳式防波堤是近幾年來出現(xiàn)的新型防波堤，在傳統(tǒng)直立防波堤基礎上，用翼板結構代替了部分沉箱。當梳式結構的翼板不直接連接到基床時，部分波浪會通過下方的空洞傳入港內(nèi)，此結構稱為透空式梳式防波堤。與傳統(tǒng)防波堤相比，梳式防波堤具有造價相對低廉、有效減小波浪反射、減小波浪力、有效吸收波能等特點。

作為梳式防波堤墻身結構的“梳式沉箱”，其拖運、安裝是一項施工難度較大、成本較高的工序。本文結合大連港大窯灣北防波堤異型沉箱拖運、安裝的實踐經(jīng)驗，概要介紹異型沉箱施工的問題、解決措施和優(yōu)化工藝，滿足了工程組織要求，保證了安全、質量和工期，降低了施工成本。

1 工程概況

大連開發(fā)區(qū)大窯灣港區(qū)北防波堤工程全長667m，由斜坡段和直立段兩部分組成，直立段由18個沉箱組成，其中分布于直立段主體范圍內(nèi)的A、B、C型沉箱為異型沉箱（見圖1），A型為單側翼板兩面大腳、B型為兩側翼板三面大腳、C型為單側翼板三面大腳，安裝時要求翼板與翼板相接[1]，翼板厚0.8m，長3m，高14.5m[1-2]。

2 施工組織要求

1） 考慮到沉箱預制周期和強度增長周期較長，為避免影響現(xiàn)場安裝需求，要求提前進行沉箱預制施工。

2） 預制場預制臺座數(shù)量有限，且任務量飽滿，要求預制完畢的沉箱及時進行溜放、拖運施工。

3）本工程工期緊，地處開敞式海域，基礎施工完畢后要求及時進行沉箱安裝施工。

4）由于大連周邊在建工程項目較多，起重船數(shù)量有限等因素，要求研究可替代起重船進行異型沉箱安裝的施工工藝。

3 異型沉箱拖運安裝工藝

圖1 防波堤直立段效果圖Fig.1 Effectdraw ing of the verticalbreakwater section

為滿足“施工組織要求”的需要[3]，異型沉箱必須經(jīng)歷“拖運→儲存→二次拖運→安裝（非起重船）”的工藝流程，為此，需解決“壓艙物比選、隔墻配筋核算、浮穩(wěn)敏感度試驗、安裝工藝優(yōu)化”等關鍵問題[2]，針對上述問題采取相應措施。

3.1 壓艙物比選

3.1.1 固體壓載

考慮到異型沉箱縱向（最不利方向）不平衡力矩很大，需要恢復平衡的壓載物重度很大，而沉箱內(nèi)隔墻厚度僅200mm，壓載物高差過大可能造成隔墻的破損，為此，考慮固體壓載法（壓石），并進行浮游穩(wěn)定計算。

經(jīng)計算，滿足浮游穩(wěn)定要求，但由此帶來兩個問題，一是施工方法繁瑣，且裝載壓載塊石過程中存在很大的質量和安全隱患（沉箱倉格深度達14m），二是沉箱儲存時倉格內(nèi)勢必會進水，進入壓載塊石空隙的水無法抽干又會造成沉箱浮游再次不穩(wěn)定，且無法進行準確計算。

3.1.2 液體壓載

為滿足“沉箱儲存后二次拖運”的施工要求，規(guī)避壓石法出現(xiàn)的不利問題，考慮采用液體壓載法（壓水），并進行浮游穩(wěn)定計算。

經(jīng)浮游穩(wěn)定性計算可行，但壓載物高差很大，需對沉箱隔墻配筋進行核算。

3.2 隔墻配筋核算

沉箱內(nèi)隔墻厚度僅200mm，液體壓載物高差很大，對沉箱隔墻配筋進行核算。

核算結果表明，需對沉箱隔墻配筋進行調(diào)整。

3.3 浮穩(wěn)敏感度問題

由于異型沉箱最不利方向（縱向）不平衡力矩很大，理論計算表明其需平衡水很多（條件最差的C型沉箱壓載水達9.36 m高），沉箱干弦高度較小，其浮游穩(wěn)定敏感度很高，為此，制作C型沉箱模型進行液體壓載浮穩(wěn)敏感度模擬試驗。鑒于玻璃和混凝土的重度比較接近，模型制作選用玻璃材料，比尺為1∶0.052，見圖2。

圖2 C型沉箱模型壓載水示意圖Fig.2 The liquid ballast sketch of type C caissonmodel

通過對模型相關數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，得出了異型沉箱液體壓載法浮游拖運可行的結論。3.4 沉箱安裝工藝優(yōu)化

由于異型沉箱設計安裝要求為翼板與翼板相對，無翼板的沉箱海側間距為兩個翼板長6 m（見圖3），造成沉箱安裝時難以控制待安沉箱的位置。

圖3 異型沉箱安裝示意圖Fig.3 Specially profiled caisson installation

考慮施工組織的要求，參考其他工程沉箱安裝方法，結合本工程特點，研究使用“手扳葫蘆和微調(diào)鋼架的組合工藝”替代起重船安裝沉箱的工藝。

4 方案實施

4.1 沉箱拖運

通過對異型沉箱“壓艙物比選”的浮游穩(wěn)定性計算、隔墻配筋核算和模型試驗，確定了液體壓載法拖運異型沉箱的可行性和優(yōu)越性，沉箱隔墻配筋計算過程及調(diào)筋結果由設計單位復核、修改、確定后，在沉箱預制時進行調(diào)整，使用拖輪進行異型沉箱的拖運及儲存后的二次拖運施工。

4.2 沉箱安裝

購買手扳葫蘆6套（沉箱安裝使用4套，備用2套，見圖4），手扳葫蘆配16 mm直徑的鋼絲繩，最大控制長度54m。

加工制作微調(diào)鋼架，上梁長6.05 m，下梁長5.45m，微調(diào)長度10 cm，總重量1.12 t，見圖4。

沉箱安裝時，每個手扳葫蘆位置留1人控制鋼絲繩長度，根據(jù)待安沉箱與前沿線偏差情況調(diào)整松緊。微調(diào)鋼架位置處留1人控制其微調(diào)絲杠，在保證兩沉箱后沿間距6m左右的情況下，根據(jù)待安沉箱與前沿線偏差，以及待安沉箱與已安沉箱錯牙和安裝縫情況利用絲杠微調(diào)。

圖4 異型沉箱安裝施工照片F(xiàn)ig.4 The picture of specially profiled caisson installation construction

5 結語

經(jīng)實踐檢驗，異型沉箱拖運安裝施工具有如下特點：

1）從滿足施工組織要求角度出發(fā)，嚴密分析沉箱拖運各環(huán)節(jié)，計算比選沉箱拖運壓艙物。

2）浮游拖運壓艙物與設計不一致時，必須進行沉箱隔墻受力計算[3]，尤其是沉箱倉隔間薄隔墻。對于不平衡力矩大、敏感度強的異型沉箱，必要時進行模型試驗。

3）手扳葫蘆和微調(diào)鋼架的組合工藝安裝異型沉箱，既滿足了工程實施背景的要求，又降低了施工成本。

隨著近年港口工程的蓬勃發(fā)展，更多的大型深水化、新型結構水工建筑物應運而生，本工程中異型沉箱拖運和“手扳葫蘆與微調(diào)鋼架組合”沉箱安裝工藝的順利實施，解決了工程實際問題，對類似工程的施工也具有一定參考價值。

[1]中交水運規(guī)劃設計院有限公司.大連大窯灣港區(qū)北防波堤施工藍圖[R].北京：中交水運規(guī)劃設計院有限公司，2006.CCCCWater Transport Planning and Design Institute Co.,Ltd.Construction plans for Dalian north breakwaterofDayaowan Port in Dalian[R].Beijing:CCCCWater Transport Planning and Design Institute Co.,Ltd.,2006.

[2]JTJ267—98，港口工程混凝土結構設計規(guī)范[S].JTJ 267—98,Design code for harbor engineering concrete structure[S].

[3]中交一航局第三工程有限公司.大連大窯灣港區(qū)北防波堤施工組織設計[R].大連：中交一航局第三工程有限公司，2006.No.3 Eng.Co.,Ltd.of CCCC First Harbor Engineering Co.,Ltd.Construction organization design for Dalian north breakwater of Dayaowan Port in Dalian[R].Dalian:No.3 Eng.Co.,Ltd.of CCCC FirstHarbor EngineeringCo.,Ltd.，2006.