沉箱浮游穩(wěn)定計(jì)算公式推導(dǎo)及常見錯(cuò)誤解析

時(shí)學(xué)海

摘 要：沉箱結(jié)構(gòu)在水工建筑物中得到廣泛應(yīng)用，但在沉箱浮游穩(wěn)定計(jì)算中，由于部分工程技術(shù)人員不掌握計(jì)算公式中各參數(shù)的含義，生搬硬套計(jì)算公式，存在計(jì)算錯(cuò)誤。參數(shù)取值不精確，或者在發(fā)生特殊狀況時(shí)缺乏精確核算的情況下采取措施不當(dāng)引起事故。本文通過推導(dǎo)沉箱浮游穩(wěn)定計(jì)算公式，使工程技術(shù)人員能更好理解公式中各參數(shù)的意義;通過典型案例分析使工程技術(shù)人員能夠汲取事故教訓(xùn)，防患于未然。。

關(guān)鍵詞：沉箱;浮游穩(wěn)定;計(jì)算公式;復(fù)雜操作

中圖分類號(hào)：U655.54 ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006—7973（2019）06-053-02

1 概述

沉箱是重力式水工建筑物常用的大型構(gòu)件，沉箱的下水、運(yùn)輸、安裝經(jīng)常會(huì)采用浮運(yùn)的方式，這就需要對(duì)沉箱浮游穩(wěn)定進(jìn)行計(jì)算。但在《港口工程》和《重力式碼頭設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》等文獻(xiàn)中只給出了沉箱浮游穩(wěn)定計(jì)算公式，而未給出公式的推導(dǎo)過程，使部分工程技術(shù)人員生搬硬套計(jì)算公式，存在計(jì)算錯(cuò)誤或參數(shù)取值不精確等問題，導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果與實(shí)際不符。

在實(shí)際施工中，由于采用的半潛駁能力所限，有的沉箱在下水過程中，還會(huì)采取起

重船吊扶出塢等輔助措施，使沉箱的浮游穩(wěn)定計(jì)算更加復(fù)雜，由于部分工程技術(shù)人員對(duì)沉箱的受力工況缺乏全面分析與計(jì)算而采取的操作不當(dāng)，引起事故。

2 沉箱浮游穩(wěn)定計(jì)算公式推導(dǎo)

3 沉箱浮游穩(wěn)定常見計(jì)算錯(cuò)誤解析

3.1沉箱浮游穩(wěn)定取值不精確

《重力式碼頭設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》中鋼筋混凝土的重度推薦取值為24.5kN/m?，由于沉箱受力計(jì)算日益成熟，沉箱混凝土含鋼筋率一般不高，僅為150kg/m?左右;國內(nèi)預(yù)制砼常采用的碎石為花崗巖，在此狀況下，鋼筋混凝土重度宜取24.2kN/m?。

3.2沉箱橫向箱格連通情況下的浮游穩(wěn)定計(jì)算

近幾年隨著碼頭的大型化，沉箱也向大型化發(fā)展，沉箱箱格數(shù)量也越來越多，為滿足箱格壓載水需要，箱格分區(qū)灌注壓載水，即幾個(gè)相鄰箱格縱橫向互相連通，在沉箱浮游穩(wěn)定計(jì)算時(shí)應(yīng)將互相連通的幾個(gè)箱格看作一個(gè)大箱格，如圖2：

圖中陰影部分三個(gè)箱格互相連通，在計(jì)算這三個(gè)箱格自由液面慣性矩時(shí)，應(yīng)為：

如果按單獨(dú)箱格計(jì)算與上述計(jì)算結(jié)果相差甚大。

3.3在起重船吊扶出塢情況下的錯(cuò)誤操作

由于受半潛駁下潛深度的限制，部分沉箱一般采用起重船吊扶沉箱出塢的方式減少沉箱吃水，來滿足出塢條件，采用此工藝操作過程較復(fù)雜，需要沉箱在整個(gè)施工過程中始終處于浮游穩(wěn)定狀態(tài)，然而近二十年來，國內(nèi)在沉箱吊扶出塢過程中發(fā)生多起事故，該類事故占沉箱下水事故的較大比例，沉箱吊扶出塢發(fā)生事故的原因主要有兩種情況。

第一種情況：工藝流程操作順序錯(cuò)誤

正確的工藝流程是：

其中發(fā)生的一起事故操作的工藝流程是：

此事故發(fā)生的原因是：沉箱在浮游穩(wěn)定計(jì)算中，起重船在吊力3000kN時(shí)，沉箱才是浮游穩(wěn)定的，因出塢時(shí)沉箱底與半潛駁甲板需500mm左右的安全距離，按此操作，在起重船在2000kN吊重時(shí)沉箱底板就與半潛駁甲板脫離，此時(shí)沉箱處于浮游不穩(wěn)定狀態(tài)，最終釀成事故。

第二種情況：出塢后沉箱注水不足，起重船落鉤速度較快，釀成事故。

沉箱出塢后，起重船摘鉤的正確步驟是沉箱注水的同時(shí)起重船保持吊重在計(jì)算吊重，沉箱注水到計(jì)算水量時(shí)起重船再落鉤。

其中一起事故是沉箱注水的同時(shí)起重船落鉤，最終由于注水尚未完成，由于落鉤過快，沉箱傾覆，釀成事故。

此事故發(fā)生的原因是：起重船減少吊重必須滿足以下條件，

γ水 V'd>p'h

不等式中，γ水——水的重度;V'——出塢后新增壓載水的體積;d——新增壓載水重心到原沉箱重心的距離;p'——起重船減少的吊力;h——吊鉤到沉箱原重心的距離。

實(shí)際操作中，因此新增壓載水的重力要大于吊重減少，沉箱才能滿足浮游穩(wěn)定，此事故中，由于起重船吊重減少過快，起重船落鉤過程中，沉箱處于浮游不穩(wěn)定狀態(tài)，最終釀成事故。因此穩(wěn)妥的操作是起重船保持計(jì)算吊重，沉箱注水完畢后再減少吊重摘鉤。

4 結(jié)論

計(jì)算沉箱浮游穩(wěn)定時(shí)，應(yīng)當(dāng)理解計(jì)算公式中各參數(shù)的意義，才能避免發(fā)生計(jì)算錯(cuò)誤;

在進(jìn)行沉箱下水的復(fù)雜操作中，沉箱受力發(fā)生變化，在變化過程中，必須保證沉箱在整個(gè)過程中始終使沉箱處于浮游穩(wěn)定狀態(tài)，才能避免事故的發(fā)生。

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