毛里塔尼亞友誼港清淤和擋沙堤項(xiàng)目氣囊出運(yùn)沉箱施工要點(diǎn)

方毅

摘要：本文結(jié)合援毛里塔尼亞友誼港清淤和擋沙堤項(xiàng)目沉箱出運(yùn)安裝施工過程，分析了對氣囊的選用、牽引系統(tǒng)的確定、沉箱移運(yùn)過程中的糾偏要點(diǎn)問題，為日后沉箱重力式碼頭施工提供借鑒，以便達(dá)到良好的施工效果。

關(guān)鍵詞：擋沙堤;沉箱;沉箱出運(yùn);沉箱安裝;氣囊;牽引;移運(yùn);糾偏

中圖分類號：U655

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1006-7973（ 2020） 06-0105-03

1 工程概況

友誼港位于毛里塔尼亞首都努瓦克肖特南約15km處，位于大西洋東岸線的中部，海上陸路交通便捷。援毛里塔尼亞友誼港擋沙堤及清淤項(xiàng)目包含新建擋沙堤和清淤兩項(xiàng)單項(xiàng)工程。擋沙堤工程單項(xiàng)工程在3#泊位東部，防波堤折角處向WNW方向建設(shè)257m擋沙堤，與現(xiàn)有防波堤過渡采用斜坡堤結(jié)構(gòu)，長約42.15m;其余直立段采用14個(gè)獨(dú)立沉箱組成沉箱重力式結(jié)構(gòu)，長214.85m。單件鋼筋混凝土矩形沉箱重1700噸，外型尺寸（L*B*H）：17.6m（長）×15.3m（寬）×13.2m（高）。這些大型沉箱在專業(yè)的沉箱預(yù)制場預(yù)制、陸上氣囊托運(yùn)至沉箱出運(yùn)碼頭前沿進(jìn)入浮船塢、由浮船塢運(yùn)至下潛區(qū)域進(jìn)行儲存和出運(yùn)安裝，氣囊移運(yùn)沉箱施工技術(shù)是現(xiàn)階段較為成熟的施工工藝，此成套工藝應(yīng)用較為廣泛。本文從援毛里塔尼亞友誼港清淤和擋沙堤項(xiàng)目沉箱出運(yùn)施工中總結(jié)出氣囊的技術(shù)參數(shù)選擇方法，重點(diǎn)對氣囊的選用、牽引系統(tǒng)的確定、沉箱移運(yùn)過程中的糾偏要點(diǎn)問題進(jìn)行探討。

2 氣囊技術(shù)參數(shù)選擇

2.1 氣囊直徑的選擇

隨著大型沉箱在重力式碼頭中應(yīng)用越來越多，使用氣囊移動沉箱的技術(shù)越發(fā)成熟。在選擇使用氣囊進(jìn)行沉箱移動時(shí)，不僅要考慮安全性，更要兼顧其經(jīng)濟(jì)性。根據(jù)毛里塔尼亞友誼港4#、5#泊位建設(shè)工程、赤道幾內(nèi)亞巴塔港改擴(kuò)建工程等工程中沉箱移運(yùn)施工的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，選擇直徑D= 1000mm的氣囊來進(jìn)行沉箱移動運(yùn)輸，其技術(shù)較為成熟，操作安全性高，成本適中，配套設(shè)備如空氣壓縮機(jī)、充氣管、連接件、壓力表等在市場上保有量較大，容易采購。

2.2 在不同工作狀態(tài)氣囊高度的選擇

預(yù)制沉箱底胎采用掏砂工藝。沉箱底胎高250mm，四周分別采用22#、25#槽鋼做圍擋，中間設(shè)200×250mm木枋做支撐，間距2600mm。底胎內(nèi)部填砂后澆水、振實(shí)。頂部鋪設(shè)一層竹膠板表面再鋪一層纖維板。在使用氣囊頂起沉箱時(shí)，氣囊的工作高度按30cm進(jìn)行控制，以方便撤除底模型鋼和墊木 的同時(shí)，也有效保證了施工人員的安全。 平移沉箱時(shí)為防止沉箱由于慣性前沖對構(gòu)件造成破壞，將沉箱重心往沉箱行進(jìn)相反方向適當(dāng)后移，即：沉箱行進(jìn)方向第一個(gè)氣囊距地面高約60cm，沉箱行進(jìn)方向最后一個(gè)氣囊由于緩慢排氣，距地面高約30cm，沉箱前后高差約為30cm。在計(jì)算氣囊的工作壓力時(shí)，氣囊的平均工作高度按照40cm進(jìn)行控制，此狀態(tài)下進(jìn)行沉箱移運(yùn)，沉箱的重心低，穩(wěn)定性高，沉箱移運(yùn)過程安全有保障。

2.3 氣囊長度的計(jì)算

氣囊的承載面長度和氣囊的公稱直徑是決定選用氣囊長度的依據(jù)，氣囊的承載面長度受沉箱的底板尺寸影響，計(jì)算氣囊長度時(shí)按氣囊在沉箱安放方向進(jìn)行，與此同時(shí)，需要考慮氣囊圓錐頭伸出沉箱外的部分不應(yīng)過長，一般外伸長度按稍大于氣囊直徑進(jìn)行控制。

氣囊長度的計(jì)算公式為：L=L0+2×0.866D

式中：L為氣囊總長度（單位為m）;L0為氣囊承載面長度（單位為m）;D為氣囊公稱直徑（單位為m）。參見氣囊結(jié)構(gòu)示意圖1。

L0橫移=17.6m

L橫移=17.6m+280.8668lm=19.332m

L0縱移=15.3m

L縱移=15.3 m+2* 0.866*1m=17.032m

2.4計(jì)算單個(gè)氣囊承載力和出運(yùn)沉箱需要的氣囊數(shù)量

單個(gè)承載力計(jì)算公式：Q=P×S×1.03

公式中：Q為單個(gè)氣囊承載力（KN）;P為氣囊內(nèi)壓力（ Mpa）;S為氣囊承載面積的投影面積，S=BLO（ m2）;B為氣囊承載力面寬度，B=π（D-H） 12（m）;參見氣囊受壓斷面示意圖2。

B=π（D2-h2） /2=3.14×（1-0.4） /2=0.942m

S橫移=BLo橫移=0.942×17.6=16.5792m2

S縱移=B*Lo縱移=0.942×15.3=14.4126m2

P——?dú)饽覂?nèi)壓力超高壓氣囊由出廠說明書得：0.5Mpa

單個(gè)氣囊承載力：

Q橫移=P×S×1.03=0.5 Mpa *16.5792m2* 1.03=8538.288KN

Q縱移=P x S×1.03=0.5 Mpa *14.4126m2* 1.03=7422.489KN

根據(jù)所移運(yùn)沉箱的重量，并同時(shí)考慮氣囊的性能和安全系數(shù)，即可計(jì)算出移運(yùn)單個(gè)沉箱時(shí)所需氣囊的數(shù)量。

計(jì)算公式如下：N=KG/Q

公式中N為滾動氣囊數(shù)量（單位為個(gè)）;K為安全系數(shù)，K值一般取值范圍為1.2 - 1.3;G為沉箱的重量（單位為KN）;Q為每個(gè)氣囊的承載力（單位為KN）。

N橫移=KG/Q橫移=1.3 *17000KN/853 8.288KN=2.58=3

N縱移=KG/Q縱移=1.3*17000KN/7422.489KN=2.97=3

通過計(jì)算，可得出移運(yùn)沉箱必要的氣囊數(shù)量N，與此同時(shí)考慮各個(gè)氣囊之間互不影響工作的合理凈距（中心距A≤3m;凈距S≥0.5），如果沉箱底面尺寸小于計(jì)算出的移動沉箱需要的氣囊數(shù)量N在滿足各氣囊間的合理凈距的條件下排列的需要長度，則建議改用合理數(shù)量的超高壓氣囊。另外沉箱底模尺寸也直接影響氣囊數(shù)量，如果計(jì)算得出的氣囊數(shù)量和最小氣囊間凈距大于沉箱底板的尺寸，則建議改用部分超高壓氣囊，進(jìn)而減少需要使用氣囊的總數(shù)量，使沉箱底部尺寸符合氣囊排列合理凈間距的需要。在計(jì)算超高壓氣囊的使用數(shù)量時(shí)，還需計(jì)算由于使用超高壓氣囊移運(yùn)沉箱而造成的移運(yùn)費(fèi)用的增加，對施工效率、安全、成本等多方面因素綜合比較，最終確定超高壓氣囊的合理使用數(shù)量。

由于本工程中沉箱橫移時(shí)（沉箱底邊寬15.3m）按照計(jì)算出的使用3根氣囊，中心距為6.25m，不符合要求。所以在使用3根氣囊就可滿足沉箱橫移安全的情況下增加3根氣囊，一共使用6根橫移氣囊（氣囊距沉箱端頭1400mm），中心距A=2.5m≤3m;凈距S=1.5m≥0.5m，滿足要求。

由于本工程中縱移時(shí)（沉箱底邊寬17.6m）按照計(jì)算出的使用3根氣囊，中心距為7.5m，不符合要求。所以在使用3根氣囊就可滿足沉箱橫移安全的情況下增加4根氣囊，一共使用7根橫移氣囊（氣囊距沉箱端頭1300mm），中心距A=2.5m≤3m;凈距S=1.5m≥0.5m，滿足要求。

3 牽引系統(tǒng)

牽引系統(tǒng)由正反兩面安置的兩組卷揚(yáng)機(jī)組成，沿沉箱前進(jìn)方向提供牽引力的的卷揚(yáng)牽引系統(tǒng)為正向牽引系統(tǒng)，正向牽引為沉箱向前移動提供動力，沿沉箱前進(jìn)相反方向提供牽引力的卷揚(yáng)牽引系統(tǒng)為反向牽引系統(tǒng)，設(shè)置反向牽引系統(tǒng)可防止沉箱向前移動過快而造成失穩(wěn)，使沉箱保持平衡穩(wěn)定狀態(tài)。

3.1地錨、卷揚(yáng)機(jī)牽引系統(tǒng)

使用4套卷揚(yáng)滑車組（每套含1臺8t卷揚(yáng)機(jī)和1組3x6x45t滑車）分別布置在沉箱的南北兩側(cè)進(jìn)行反拉橫移，前方卷揚(yáng)機(jī)負(fù)責(zé)牽引（編號為1#、3#），后方卷揚(yáng)機(jī)負(fù)責(zé)防滑（編號為2#、4#）。經(jīng)計(jì)算，采用45t 3半6滑車、45t卡環(huán)及8t卷揚(yáng)機(jī)，安全系數(shù)為1.23，滿足要求。卷揚(yáng)機(jī)對沉箱的牽引速度建議控制在2m/min以內(nèi)，出運(yùn)時(shí)沉箱將正對浮船塢移動，橫移、縱移的牽引系統(tǒng)（地錨、卷揚(yáng)機(jī)、滑輪組等）設(shè)置在預(yù)制場地面上。

3.2 牽引力計(jì)算

牽引力F=（Qμ+Q△H/L）/n

已知：Q=1700t，摩擦系數(shù)μ=0.03（通過測試得知：氣囊在混凝土地面上的滾動摩擦系數(shù)接近0.03），鋼絲繩數(shù)量（牽引用）n=2，沉箱出運(yùn)時(shí)沉箱底板前后高差△H=0.2m。

地牛拉力：F=（Qμ+Q△H/L）/n

=（1700×0.03+1700×0.2/15.3）/2

=36.6（t）

采用45t3*6滑車、45t卡環(huán)及8t卷揚(yáng)機(jī)，安全系數(shù)為1.23，滿足要求。

4 沉箱在使用氣囊進(jìn)行移運(yùn)過程中的糾偏

在沉箱被卷揚(yáng)機(jī)牽引移動的過程中，因?yàn)槭軤恳ζ牡挠绊懖⑶覡恳到y(tǒng)對沉箱的牽引力很難始終保持平衡狀態(tài)，所以很難避免發(fā)生沉箱在橫向和縱向上的偏位情況。在實(shí)際控制中，需加強(qiáng)對沉箱偏移量的監(jiān)控，即：在沉箱向前移動過程中，每當(dāng)沉箱向前移動1- 2m，就對沉箱產(chǎn)生的偏移量進(jìn)行測量，進(jìn)而采取措施不斷地對沉箱實(shí)施糾偏，避免沉箱在移動過程中偏移量過大而占用較多施工時(shí)間用于糾偏。根據(jù)對以往施工經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，下面將逐項(xiàng)說明有效的沉箱糾偏措施。

調(diào)整氣囊的傾斜度。在沉箱被牽引移動的過程中，把氣囊斜著擺放一個(gè)適當(dāng)?shù)慕嵌龋ǜ鶕?jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)確定，一般約為1/40）。根據(jù)滾杠搬移的工作原理，在沉箱受到牽引力作用時(shí)，沉箱會以氣囊中心為原點(diǎn)，產(chǎn)生一個(gè)小角度的旋轉(zhuǎn)，從而起到一定的糾偏效果。

調(diào)整牽引及防滑4臺卷揚(yáng)機(jī)的拉力，通過在短時(shí)間內(nèi)調(diào)整沉箱的不同受力進(jìn)行糾偏。在通過調(diào)整卷揚(yáng)機(jī)牽引力對沉箱進(jìn)行糾偏時(shí)，指揮人員要以以往的施工經(jīng)驗(yàn)為依據(jù)，實(shí)時(shí)不間斷地監(jiān)控鋼絲繩的松緊程度，保證4臺卷揚(yáng)機(jī)和與之連接的鋼絲繩、連接件等不超負(fù)荷使用，確保作業(yè)安全。使用這種方法進(jìn)行糾偏，在沉箱每前進(jìn)2米的過程中可達(dá)到20 - 30cm的糾偏效果。

5 結(jié)語

沉箱出運(yùn)、安裝是重力式碼頭建設(shè)中非常重要的一部分，而擋沙堤沉箱安裝中較為關(guān)鍵的一個(gè)課題就是如何利用現(xiàn)有資源，在保證安全和質(zhì)量的前提下將沉箱順利移運(yùn)至浮船塢上，為后續(xù)沉箱安裝施工創(chuàng)造有利條件。我們在實(shí)踐過程中進(jìn)行了很多嘗試，總結(jié)出以上沉箱出運(yùn)施工過程中需要注意的措施要點(diǎn)，為今后類似的工程提供一定的參考！

參考文獻(xiàn)：

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