1600t起重船助浮3000t半潛駁出運(yùn)沉箱施工技術(shù)

任思光

摘 要：唐山港曹妃甸港區(qū)通用散貨泊位三期工程水工結(jié)構(gòu)工程沉箱浮游穩(wěn)定吃水14.4m，由于公司自有半潛駁3#最大潛深18.7m，半潛駁型深4.5m，甲板上臺(tái)座高1m，因此沉箱可下潛至吃水13.2m，不能滿足沉箱浮游穩(wěn)定條件，需采用大型起重船助浮。本工程中，我們根據(jù)沉箱助浮出運(yùn)的施工技術(shù)難點(diǎn)進(jìn)行研究，制定出技術(shù)方案并成功實(shí)施，取得了一定的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，值得類(lèi)似工程借鑒。

關(guān)鍵詞：浮游穩(wěn)定吃水 起重船助浮 沉箱出運(yùn) m值

1.工程概況

1.1 工程規(guī)模

唐山港曹妃甸港區(qū)通用散貨泊位三期工程水工結(jié)構(gòu)工程位于曹妃甸一港池西岸，建設(shè)15萬(wàn)、10萬(wàn)、5萬(wàn)噸級(jí)泊位各1個(gè)，水工結(jié)構(gòu)按照20萬(wàn)噸級(jí)泊位預(yù)留，碼頭主體為正南正北方向，采用重力式沉箱結(jié)構(gòu)，岸線長(zhǎng)度855m。

本工程主體段共有沉箱4 6座，其中A型1 8座、B型2 1座，且A、B型沉箱尺寸最大，為17.45m×16.1m×21.6m（長(zhǎng)×寬×高），沉箱單重約2750t，浮游穩(wěn)定校核吃水14.414m，故選擇對(duì)A、B型沉箱進(jìn)行出運(yùn)工藝研究。

1.2沉箱浮游穩(wěn)定分析

本工程A、B型沉箱校核吃水如表1。

正常出運(yùn)時(shí)，m值取0.3，此時(shí)A、B型沉箱浮游穩(wěn)定吃水14.4m，由于公司自有半潛駁3#最大潛深18.7m，半潛駁型深4.5m，甲板上臺(tái)座高1m，因此沉箱可下潛至吃水13.2m，不能滿足沉箱浮游穩(wěn)定條件，需采用大型起重船助浮。

采用起重船助浮時(shí)，m值可取0 . 1 m，此時(shí)沉箱穩(wěn)定校核吃水14.1m，5、8、9～12倉(cāng)格壓載3.62m海水，1～4、6、7倉(cāng)格壓載4.59m海水。

沉箱調(diào)離臺(tái)車(chē)的距離按0.3m考慮，則需起重船起吊高度1.2m，此時(shí)起重船起吊沉箱和壓倉(cāng)水的重量，等于排開(kāi)海水的重量17.45×14.8×1.2×1.025=318t。同時(shí)考慮到4根鋼絲繩重7t，8個(gè)卡環(huán)重0.6t，6人重0.4t，因此需起吊總重量326t，重力3195kN，需配備500t以上起重船輔助沉箱出運(yùn)。

結(jié)合公司自有的起重28（1600t全回轉(zhuǎn)起重船）良好的起重能力和操縱性能，因此采用起重28進(jìn)行沉箱助浮出運(yùn)。

2.工藝難點(diǎn)分析

（1）本工程屬水上大型構(gòu)件吊裝，在吊浮計(jì)算時(shí)必須認(rèn)真仔細(xì)，再三校核，確保吊索具受力滿足規(guī)范要求。

（2）大型船機(jī)起重28與半潛駁3#相互配合是關(guān)鍵，在半潛駁壓水至接近最大下潛深度時(shí)，起重28即開(kāi)始準(zhǔn)備加載起吊力，避免此時(shí)沉箱m=0.1時(shí)受風(fēng)浪、暗流影響而導(dǎo)致沉箱傾斜。

（3）沉箱下潛時(shí)，各倉(cāng)格的壓水精確度是關(guān)鍵，采用刻度明顯的鋼芯膠皮測(cè)繩。

（4）潮流流速大，潮差大，最大潮差可達(dá)3.0米，對(duì)沉箱出運(yùn)的穩(wěn)定性有一定影響。

3.助浮工藝研究

3.1 吊浮計(jì)算

3.1.1吊環(huán)布設(shè)位置

下潛起浮A型沉箱需起吊重量P = 3 2 6 t，自重力標(biāo)準(zhǔn)值Gk=3195KN；起重船作業(yè)時(shí)采用主鉤（4個(gè)鉤爪）起吊，吊環(huán)及鋼絲繩布置見(jiàn)圖2。施工中必須保證4根串扣鋼絲繩長(zhǎng)度相同、吊環(huán)埋設(shè)位置精確，以保證按照8點(diǎn)吊裝計(jì)算的正確性。

3.1.2吊環(huán)受力計(jì)算

①依據(jù)《水運(yùn)工程混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTS 151-2011），構(gòu)件單個(gè)吊環(huán)鋼筋截面面積可按下式計(jì)算：

A=3F/（2nfy）

其中

A——單個(gè)吊環(huán)鋼筋截面面積（mm2）；

F——構(gòu)件的總重力設(shè)計(jì)值（N）；

n——吊環(huán)數(shù)，當(dāng)一個(gè)構(gòu)件設(shè)有4個(gè)吊環(huán)時(shí)，按3個(gè)受力計(jì)算，設(shè)置8個(gè)吊環(huán)時(shí)，按6個(gè)吊環(huán)受力計(jì)算；

fy——鋼筋的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值（N/mm2），吊環(huán)采用Q235圓鋼制作，取190N/mm2。

計(jì)算得，A=4204mm2；吊環(huán)半徑r=36.6，直徑d=75mm；

選用直徑d=80mm，Q235圓鋼制作吊環(huán)，滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求。

3.1.3卡環(huán)選擇

連接鋼絲繩與吊環(huán)的卡環(huán)，選擇85噸弓形卸扣，共8個(gè)。

3.1.4吊浮用鋼絲繩計(jì)算和選擇鋼絲繩允許拉力按下列公式計(jì)算：[Fg]=αFg/K

式中[Fg]——鋼絲繩的允許拉力（kN）；

Fg——鋼絲繩的鋼絲破斷拉力總和（kN）；

α——換算系數(shù)，6×37取0.82；K——鋼絲繩的安全系數(shù)，作吊索、無(wú)彎曲時(shí)，安全系數(shù)取6～7。

①鋼絲繩吊索的允許拉力取決于所吊構(gòu)件的重量及吊索的水平夾角，水平夾角應(yīng)不小于30°，一般用45°～60°；本項(xiàng)目每根吊索的豎向拉力3195kN/6=533kN。

②每支吊索的斜向拉力[Fg]= F=533/cosβ（kN），β為吊索與垂直線的夾角；在此取β=20°，則[Fg]= 533/ cos20°=533/0.94=566kN。

圖3中a、b為吊環(huán)位置，h為選用的起重船重載作業(yè)時(shí)吊鉤在吃水線以上高度減去（沉箱干舷與吊環(huán)高度之和）；沉箱提升高度則考慮吊鉤距離起重拔稈頂部的鋼絲繩長(zhǎng)度之中。

③通過(guò)②、①計(jì)算出Fg——鋼絲繩的鋼絲破斷拉力總和（kN），

Fg=[Fg]×K/α=566×6/0.82=4141kN。

依據(jù)《GB/T 20067-2006粗直徑鋼絲繩》選擇鋼絲繩的規(guī)格，最小鋼絲破斷拉力總和=鋼絲繩最小破斷拉力×1.321（鋼芯）=4141kN，則需要鋼絲繩最小破斷拉力=3135kN。

選取直徑82mm，鋼絲公稱(chēng)抗拉強(qiáng)度1770MPa的鋼芯鋼絲繩，鋼絲繩最小破斷拉力=4240kN﹥3135 kN。

3.2 主要工序施工工藝

沉箱出運(yùn)施工前，提前收聽(tīng)天氣預(yù)報(bào)，確保海況良好。根據(jù)氣象資料，確定出運(yùn)時(shí)滿足：風(fēng)速≤6級(jí)，流速≤1.0m/s，波高≤1.5m，視程>1000m。

3.2.1沉箱平移上半潛駁

沉箱自預(yù)制場(chǎng)采用千斤頂、橫縱移臺(tái)車(chē)和頂推器進(jìn)行橫縱移，推上半潛駁，然后進(jìn)行封車(chē)加固。3.2.2半潛駁3#起浮、拖運(yùn)

封車(chē)加固后，半潛駁開(kāi)始排水起浮，由兩艘3000hp拖輪系纜拖運(yùn)至下潛坑位置。在拖運(yùn)過(guò)程中要注意觀察半潛駁的縱橫傾變化情況，及時(shí)調(diào)整壓水，確保半潛駁及沉箱安全平穩(wěn)，并通過(guò)調(diào)整航向來(lái)降低半潛駁的搖擺度。

3.2.3起重28駐位

起重28船頭朝下潛坑駐位，左右舷前后均拋200m錨，兩前錨的東西向位置在下潛坑的中心線上，可使起重28通過(guò)絞船進(jìn)行沉箱吊浮。

3.2.4半潛駁3#駐位、下潛

拖輪拖運(yùn)半潛駁進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)后，根據(jù)起重28的駐位位置及水上浮標(biāo)進(jìn)行粗定位，并拋前后錨。

隨后半潛駁通過(guò)調(diào)整錨纜，進(jìn)行精確定位，利用GPS對(duì)半潛駁角點(diǎn)進(jìn)行位置校核，確定準(zhǔn)確無(wú)誤后開(kāi)始下潛，半潛駁下潛時(shí)橫傾≤0.33°，縱傾≤0.55°，下潛過(guò)程各個(gè)階段由起重班長(zhǎng)通知主辦工程師、測(cè)量人員及調(diào)度進(jìn)行驗(yàn)收，驗(yàn)收合格后，由起重班長(zhǎng)下達(dá)繼續(xù)及停止下潛命令。

3.2.5沉箱壓水

半潛駁下潛淹沒(méi)沉箱截門(mén)時(shí)，沉箱開(kāi)始自然壓水。沉箱壓水過(guò)程中重心位置可能會(huì)發(fā)生較大變化，此時(shí)注意調(diào)節(jié)半潛駁各艙室的進(jìn)水速度，以克服由于沉箱重心位置變化及不平衡壓載造成的傾覆力矩。為保證安全，沉箱下潛過(guò)程中，先將各倉(cāng)格壓水至m值0.1時(shí)沉箱浮游穩(wěn)定時(shí)壓水高度。

3.2.6起重船與沉箱吊環(huán)掛鉤和起吊

半潛駁3 #下潛至最大潛深18.7m之前進(jìn)行掛鉤（此時(shí)沉箱吃水小于13.2m），起重人員將Φ82鋼絲繩和85t卡環(huán)連接至沉箱預(yù)埋吊環(huán)上，并將沉箱帶兩根牽牛纜至起重船駕駛室前絞纜樁上。

掛鉤后開(kāi)始起吊，起重28緩慢增加起吊力，當(dāng)起吊力達(dá)到326t時(shí)，停止增加，此時(shí)已達(dá)到沉箱設(shè)計(jì)吊浮受力，若此時(shí)沉箱未起浮，繼續(xù)增加起吊力，直至沉箱被吊離半潛駁臺(tái)座30cm。起重人員再次觀察沉箱和起重設(shè)備的情況，無(wú)誤后起重船方可將沉箱緩慢沿左側(cè)舷吊浮出半潛駁。

3.2.7沉箱出駁、拖輪接套

沉箱起浮后通過(guò)起重28吊浮和固定在沉箱上口的牽牛纜牽引，使沉箱在半潛駁內(nèi)移動(dòng)。沉箱移動(dòng)方向注意要與半潛駁3#船體方向保持垂直，從半潛駁左舷出駁。

待起重28吊浮沉箱離開(kāi)半潛駁50m后，由起重28旋轉(zhuǎn)扒桿，吊浮沉箱至起重28右舷，扒桿起桿，待沉箱靠近右舷后，繼續(xù)對(duì)沉箱進(jìn)行壓水，使此時(shí)m值達(dá)到0.3（即5、8、9～12壓載3.985m，1～4、6、7倉(cāng)格壓載4.953m，沉箱穩(wěn)定吃水14.414m），隨后將沉箱帶纜至起重28錨樁上。

此時(shí)兩艘1000hp拖輪靠近沉箱，起重工將拖輪上纜繩帶至沉箱頂口吊環(huán)上，并將拖輪與沉箱用纜繩帶緊，此時(shí)起重人員將卡環(huán)打開(kāi)，起重船與沉箱分離，并向后絞船50m，由拖輪拖帶沉箱至儲(chǔ)存場(chǎng)或現(xiàn)場(chǎng)安裝。

4.結(jié)語(yǔ)

曹妃甸通用散貨三期工程，采用1600t起重船助浮3000t半潛駁工藝，實(shí)現(xiàn)了安全出運(yùn)大型沉箱46座。

該工藝進(jìn)一步完善了現(xiàn)有的半潛駁出運(yùn)沉箱工藝的不足，即使在將來(lái)4000t，乃至5000t的大型沉箱出運(yùn)，均可參照本工程大型起重船助浮半潛駁出運(yùn)沉箱工藝進(jìn)行施工。同時(shí)，本工程沉箱結(jié)構(gòu)為20萬(wàn)噸級(jí)，我公司通過(guò)現(xiàn)有船機(jī)設(shè)備，大膽地進(jìn)行技術(shù)實(shí)踐，可繼續(xù)向更高更大泊位的沉箱結(jié)構(gòu)進(jìn)軍，顯著提高了沉箱施工能力同時(shí)，也驗(yàn)證了大型沉箱結(jié)構(gòu)在水工結(jié)構(gòu)中的良好適應(yīng)性。

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