大型沉箱預(yù)制場(chǎng)地規(guī)劃與配套機(jī)械設(shè)備的選擇

井光水+藍(lán)家香

摘 要：文章結(jié)合福州港松下港區(qū)牛頭灣作業(yè)區(qū)12#、13#泊位工程預(yù)制場(chǎng)地建設(shè)與配套機(jī)械設(shè)備的選擇，分析影響預(yù)制場(chǎng)地建設(shè)因素、怎樣合理選擇配套機(jī)械設(shè)備，總結(jié)施工經(jīng)驗(yàn)，為類似工程提供借鑒。

關(guān)鍵詞：地基承載力 塔吊布設(shè) 機(jī)械效能 沉箱預(yù)制場(chǎng)

1.工程概況

1.1工程概況

福州港松下港區(qū)牛頭灣作業(yè)區(qū)12#、13#泊位工程位于福州市長(zhǎng)樂(lè)市松下鎮(zhèn)，碼頭結(jié)構(gòu)型式為重力式沉箱結(jié)構(gòu)，總長(zhǎng)度為576.99m，其中12#泊位碼頭長(zhǎng)度311.49m，13#泊位碼頭長(zhǎng)度265.5m。沉箱預(yù)制共計(jì)31件，甲型沉箱23件、乙型沉箱6件、乙1型沉箱2件。

1.2地質(zhì)條件

根據(jù)業(yè)主提供的地質(zhì)勘察資料，沉箱預(yù)制場(chǎng)地所在區(qū)域原泥面標(biāo)高為-3.0m左右，地質(zhì)情況由上而下大致可分為6層：①灰～灰黃色粉細(xì)砂，厚度3～4m，標(biāo)貫擊數(shù)為9～15擊；②灰色粉質(zhì)粘土夾粉砂，厚度2～6m，標(biāo)貫擊數(shù)為12～20擊；③灰～灰黃色含礫粉細(xì)砂，厚度6～12m，標(biāo)貫擊數(shù)為15～25擊；④灰色黏土，厚度6～9m，標(biāo)貫擊數(shù)為18～28擊；⑤雜色中粗砂，厚度11～13m，標(biāo)貫擊數(shù)為25～40擊；⑥砂土狀強(qiáng)風(fēng)化層，標(biāo)貫擊數(shù)>50擊。

1.3場(chǎng)地回填

沉箱預(yù)制場(chǎng)地全部由開(kāi)山碎石陸上回填而成，頂標(biāo)高為+8.0m（基準(zhǔn)：當(dāng)?shù)乩碚撟畹统泵妫峦?，回填厚度約為11m，石料規(guī)格為10～100kg。

1.4地基承載力驗(yàn)算

該工程甲型沉箱重4100t，單位面積重9.838t/m2。

參考《重力式碼頭設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》（JTS 167-2-2009）相關(guān)規(guī)定，沉箱通過(guò)基床對(duì)地基的荷載，可有應(yīng)力擴(kuò)散，因此，單件沉箱的地基承載面積可相應(yīng)擴(kuò)大，即988.04m2。

經(jīng)計(jì)算，單件甲型沉箱面積內(nèi)回填石料重8251.505t（回填石堆積密度1.8t/m3），加上沉箱重合計(jì)為12351.505t，作用在地基上的單位面積重12.501t/m2。

根據(jù)《港口工程地基規(guī)范》（JTS 147-1-2010）附錄G中表G.0.3-3，砂土承載力設(shè)計(jì)值fd（KPa）取最小值140KPa（合力方向與豎向的夾角為0°）。經(jīng)換算，砂土承載力為14.0t/m2>12.501t/m2，滿足承載力要求。

2.場(chǎng)地規(guī)劃

2.1自然條件

（1）風(fēng)況。根據(jù)長(zhǎng)樂(lè)氣象站多年風(fēng)速資料及福州港松下港區(qū)一年測(cè)風(fēng)資料并結(jié)合在本地多年的施工經(jīng)驗(yàn)，對(duì)該工程影響最大的為東北風(fēng)。因此，門機(jī)、塔吊的行駛方向應(yīng)盡量與東北向垂直，如受其他因素影響，無(wú)法在垂直方向布設(shè)，應(yīng)加強(qiáng)防風(fēng)措施，如：增加防風(fēng)地垅的數(shù)量、自重；改用直徑較大的纜風(fēng)鋼絲繩等。另外，生活區(qū)布設(shè)在沉箱的下風(fēng)向，可有效的降低風(fēng)況對(duì)工人生活的影響，以滿足文明工地要求。

（2）潮汐。潮汐主要影響預(yù)制場(chǎng)地標(biāo)高的確定。

該區(qū)理論最低潮面在85黃海高程以下3.81 m，羅星塔基面以下1.631m。

根據(jù)設(shè)計(jì)資料，該工程設(shè)計(jì)潮位如表1所示。

預(yù)制場(chǎng)地標(biāo)高應(yīng)保證在極端高水位時(shí)不被海水倒灌淹沒(méi)，以滿足沉箱預(yù)制安全施工的要求。

2.2出運(yùn)碼頭及出運(yùn)通道坡度

出運(yùn)碼頭的位置、標(biāo)高及出運(yùn)通道的坡度對(duì)沉箱預(yù)制場(chǎng)的標(biāo)高和朝向有一定的影響。

（1）出運(yùn)碼頭位置的選擇主要考慮以下方面：

碼頭前沿水深滿足半淺駁低潮靠泊要求；碼頭前水域滿足半淺駁調(diào)頭半徑要求；進(jìn)出航道水深滿足船舶航行要求；盡量減少沉箱在場(chǎng)地內(nèi)的倒運(yùn)，避免沉箱拐彎運(yùn)移。

（2）出運(yùn)碼頭標(biāo)高應(yīng)滿足以下兩個(gè)要求：

①盡量保證在較低的高潮位時(shí)能夠進(jìn)行沉箱上駁施工；②盡量減少高水位時(shí)海水淹沒(méi)出運(yùn)碼頭的區(qū)域和深度；

（3）出運(yùn)通道的坡度應(yīng)小于2%，以滿足沉箱運(yùn)移的安全。

綜合自然條件和出運(yùn)碼頭及出運(yùn)通道坡度的因素影響，該工程沉箱預(yù)制場(chǎng)地標(biāo)高最終確定為+8.9m，沉箱出運(yùn)碼頭頂標(biāo)高為+7.0m，出運(yùn)通道長(zhǎng)度為142.0m，通道坡度1.34%（滿足安全施工要求）。

3.配套機(jī)械設(shè)備的選擇3.1門機(jī)高度和跨度選擇

在選擇門機(jī)時(shí)，首先應(yīng)根據(jù)沉箱尺寸確定門機(jī)的凈高（吊鉤有效起升高度）和跨度。門機(jī)凈高如下：

h2—沉箱標(biāo)準(zhǔn)層外模高度或標(biāo)準(zhǔn)層內(nèi)模高度；

h3—吊鉤距模板頂?shù)淖钚〈怪备叨龋?/p>

該工程沉箱尺寸（單位：m）：18.986×21.95×24.0（長(zhǎng)×寬×高），分六層澆筑，底層高1.5m，標(biāo)準(zhǔn)層高4.5m，標(biāo)準(zhǔn)層外模（含護(hù)欄和模板下平臺(tái)）高6.1m，內(nèi)模高4.6m。

因此，門機(jī)凈高和跨度有以下兩種方案選擇：

（1）方案一 沉箱澆筑至頂層后，標(biāo)準(zhǔn)層外模從沉箱頂?shù)踹\(yùn)

由于標(biāo)準(zhǔn)層外模高度大于內(nèi)模高度，h3取吊鉤距外模頂?shù)拇怪备叨取８鶕?jù)規(guī)范要求，模板吊裝時(shí)鋼絲繩與模板夾角不得小于60°，故該工程h3=5.5m。

門機(jī)凈高H=24+6.1+5.5=35.6m?？缍取?7m。

（2）方案二 沉箱澆筑至頂層后，標(biāo)準(zhǔn)層外模從沉箱側(cè)邊吊運(yùn)

此時(shí)h2取沉箱標(biāo)準(zhǔn)層內(nèi)模高度，經(jīng)計(jì)算，吊鉤距吊點(diǎn)的最小垂直高度為3.86m。為降低門機(jī)高度，內(nèi)模吊點(diǎn)可適當(dāng)降低，該工程內(nèi)模吊點(diǎn)降低1.3m，因此，吊鉤距模板頂?shù)淖钚〈怪备叨萮3=3.86-1.3=2.56m。

門機(jī)凈高H=24+4.6+2.56=31.16m。

由于外模從沉箱側(cè)邊吊運(yùn)，門機(jī)跨度和沉箱間距需適當(dāng)增加。經(jīng)演算，沉箱一側(cè)與門機(jī)支腿間距應(yīng)≥10m，因此門機(jī)跨度≥33m，且沉箱間距應(yīng)≥8m。

結(jié)合該工程所在地的自然工況，為降低門機(jī)的施工安全風(fēng)險(xiǎn)和建造成本，同時(shí)降低塔吊高度，選擇方案二：門機(jī)凈高為33.0m，跨度為34.1m，沉箱間距為8m。

門機(jī)在設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)布設(shè)時(shí)，駕駛室盡可能按圖1進(jìn)行安裝，以保證駕駛員在內(nèi)模吊放時(shí)有良好的視野，降低施工風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)縮短門機(jī)與塔吊間距，降低場(chǎng)地建設(shè)成本。

3.2門機(jī)機(jī)械效能參數(shù)選擇

（1）吊鉤起重量。該工程沉箱最重模板為標(biāo)準(zhǔn)層內(nèi)模（15t），單個(gè)吊鉤起重量為35t。

（2）吊鉤起升速度。吊鉤起升速度對(duì)模板安裝施工效率影響較大，但速度過(guò)快則會(huì)有一定的安全隱患。因此在與廠家及公司安全部門溝通后，根據(jù)沉箱高度，該工程門機(jī)起升速度確定為5.0m/min。

（3）吊鉤聯(lián)動(dòng)。該工程門機(jī)設(shè)有兩個(gè)吊鉤，在門機(jī)設(shè)計(jì)或改造時(shí)，兩個(gè)吊鉤應(yīng)既能單獨(dú)升降、行走，又能同時(shí)升降、行走，以節(jié)省模板安拆時(shí)間，提高施工效率。

3.3 塔吊

塔吊高度根據(jù)門機(jī)高度進(jìn)行設(shè)定，作業(yè)半徑則由場(chǎng)地規(guī)劃及半潛駁相關(guān)參數(shù)確定，應(yīng)確保鋼筋加工和綁扎、沉箱運(yùn)移和上駁均在塔吊的作業(yè)半徑之內(nèi)。塔吊尾端起重量應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工需求確定。該工程兩臺(tái)塔吊作業(yè)半徑均為60m，尾端起重量為3.6t，滿足現(xiàn)場(chǎng)施工需要。

4.結(jié)束語(yǔ)

實(shí)踐證明，該工程沉箱預(yù)制場(chǎng)地規(guī)劃建設(shè)合理，基礎(chǔ)穩(wěn)定，未產(chǎn)生不均勻沉降，滿足沉箱預(yù)制、堆放荷載要求。通過(guò)對(duì)配套機(jī)械設(shè)備型號(hào)、性能方案的比選和優(yōu)化，施工效率較高，能夠滿足工程進(jìn)度要求，可為類似沉箱預(yù)制場(chǎng)地建設(shè)和機(jī)械設(shè)備的配套選擇提供借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1]JTS 167-2-2009.重力式碼頭設(shè)計(jì)與施工規(guī)范[S].

[2]JTS 147-1-2010.港口工程地基規(guī)范[S].