重力式沉箱碼頭沉箱安裝與施工問題分析

毛括

（江西省港口集團(tuán)有限公司，江西南昌330008）

0 引言

因沉箱施工技術(shù)在港口碼頭中具有獨(dú)特優(yōu)勢，所以沉箱結(jié)構(gòu)在重力式碼頭中應(yīng)用十分廣泛，隨著我國水運(yùn)事業(yè)的快速發(fā)展以及深水泊位建造規(guī)模的擴(kuò)大，沉箱預(yù)制尺寸和規(guī)模也在向高大發(fā)展。沉箱主體預(yù)制及快速高效安裝作為一項(xiàng)主要的分項(xiàng)工程，是重力式沉箱結(jié)構(gòu)施工的重點(diǎn)環(huán)節(jié)，其施工質(zhì)量及進(jìn)度直接關(guān)系到重力式沉箱碼頭整體質(zhì)量。為此，結(jié)合具體工程，針對其外形尺寸分別為(17.159/20.076)m×11.2m×13.5m、19.880m×11.2m×14.3m、16.765m×12.0m×13.5m，質(zhì)量分別為1460t、1560t、1185t，數(shù)量分別為2 個、20 個、1 個的CX1 沉箱、CX2 沉箱及預(yù)留沉箱進(jìn)行重力式沉箱碼頭大型沉箱預(yù)制、出運(yùn)、裝駁運(yùn)輸及安裝等進(jìn)行關(guān)鍵技術(shù)分析，以期為大型沉箱安裝施工提供借鑒指導(dǎo)。

1 沉箱出運(yùn)

考慮到該重力式沉箱碼頭沉箱預(yù)制場設(shè)置在原遠(yuǎn)船艙內(nèi)，在完成沉箱預(yù)制后必需將其移送至寄存場，待沉箱安裝前通過氣囊將沉箱搬運(yùn)至出運(yùn)碼頭前，駁至2#半淺駁上后由拖輪拖運(yùn)至安裝場。通過200t 起重船和半潛駁船配合完成整個安裝過程。

1.1 氣囊搬運(yùn)

待沉箱箱體預(yù)制好后，采用超高壓氣囊運(yùn)載沉箱后滾動平移出坑。具體而言，先將圓柱形膠囊平鋪于沉箱底面，持續(xù)向囊內(nèi)填充氣體以便將沉箱支頂起來，達(dá)到設(shè)計高度后取出支撐枕木，根據(jù)實(shí)際頂升高度進(jìn)行承載面積計算。其中氣囊總長度最小值主要結(jié)合其壓力容許值進(jìn)行確定，并據(jù)此依次確定出氣囊使用數(shù)量及具體平鋪位置。運(yùn)輸氣囊的承載面實(shí)際寬度B 主要受到其工作高度H 和直徑D 兩個因素的綜合影響，在向氣囊充氣的過程中囊體因同時受到沉箱的擠壓而發(fā)生形變，此時其囊體截面可以近似看作是兩個半圓。為確保沉箱混凝土結(jié)構(gòu)具備一定強(qiáng)度，必須嚴(yán)格控制氣囊間距，防止以上操作中氣囊疊壓在一起[1]。

待氣囊充氣后實(shí)際高度達(dá)到0.4m 設(shè)計高度后，應(yīng)在卷揚(yáng)機(jī)的牽引下滾動氣囊，使其上的沉箱隨之移動，為保證沉箱移動方向和2.5m/min 的設(shè)計速度，同時還應(yīng)在沉箱兩側(cè)各布置2 臺8t 卷揚(yáng)機(jī)，在滑輪組的同步牽引下前移；并在沉箱兩側(cè)與其前行方向相反，布置相同牽引，以起到牽制和穩(wěn)固作用。卷揚(yáng)機(jī)所施加的牽引力應(yīng)按照沉箱實(shí)際重量的5%控制；出運(yùn)碼頭坡面坡度控制在1.5%。

鋼絲繩主要使用公稱抗拉強(qiáng)度1960MPa、破斷力37.3t 的φ24mm 纖維芯鋼絲繩材料，且經(jīng)過分析，該型號鋼絲繩在沉箱牽引過程中安全系數(shù)比5.0 的規(guī)范值大，故符合設(shè)計要求。

1.2 半潛駁出運(yùn)

該重力式碼頭沉箱安裝采用長50.5m、寬30.2m、深4.5m、設(shè)計載重量3000t、空船吃水1.5m 的SH-3#型半潛駁。沉箱上設(shè)置由導(dǎo)輪固定架、鋼絲繩、卷揚(yáng)機(jī)、滑輪組等構(gòu)成的半潛駁牽引系統(tǒng)。半潛駁每次裝載1 個沉箱，并待沉箱裝入駁船后移動至半潛駁中央，加強(qiáng)支墊。待半潛駁上沉箱結(jié)構(gòu)支撐牢固后撤出氣囊，并借助艙內(nèi)排水浮力和潮水上漲力脫離碼頭承臺支座，同時在后錨的輔助下駛離碼頭[2]。

2 沉箱基礎(chǔ)持力層選擇

該重力式沉箱碼頭沉箱安裝場地位于濱海淺灘地帶，該地區(qū)上部主要為海陸交互相沉積物和陸相沉積物土層為主，基底主要為片麻狀、上侏羅統(tǒng)條痕狀混合巖。由上至下各土層形式屬性及性能參數(shù)具體如表1所示。

表1 土層形式屬性及性能參數(shù)

結(jié)合該沉箱碼頭水工主體結(jié)構(gòu)計算結(jié)果，基床頂面應(yīng)力擴(kuò)散后傳遞至地基的應(yīng)力能夠滿足地基承載力允許值要求。必須充分考慮符合設(shè)計水深、拋石基床構(gòu)造厚度、控制沉降等的基礎(chǔ)上進(jìn)行該重力式沉箱碼頭基礎(chǔ)持力層選擇，并盡可能避免開挖基槽及拋石回填基床工程量，最終，拋石基床持力層采用強(qiáng)風(fēng)化混合巖。

3 沉箱安裝

通過氣囊搬運(yùn)+半潛駁出運(yùn)工藝將沉箱運(yùn)移至安裝施工現(xiàn)場后，嚴(yán)格按照設(shè)計要求及事先放置的浮筒標(biāo)志進(jìn)行200t 起重船拋錨定位，并待水位降至2.8m后實(shí)施沉箱安裝。將起重船調(diào)整后使其船頭面向東側(cè)，船體和前沿線保持垂直，并將2 臺測量儀器設(shè)置在岸上測量平臺處，通過正面交匯法進(jìn)行沉箱實(shí)際安裝過程的控制，將6 根尼龍纜綁系于定位方駁纜樁。船機(jī)駐位及沉箱安裝布置具體，如圖1所示。

待半潛駁到達(dá)設(shè)計位置后壓載下沉，考慮到沉箱外形長×寬×高為19.30m×19.8m×18.2m，自重2696t，當(dāng)沉箱結(jié)構(gòu)自重和水體浮力互相抵消達(dá)到平衡狀態(tài)時，沉箱上浮吃水深度臨界值為8.65m，為保證沉箱結(jié)構(gòu)始終處于穩(wěn)定狀態(tài)，必須在其箱體下沉至8.65m 前注水壓載，并在沉箱內(nèi)注入與各倉高度相同的水。沉箱安裝前必須準(zhǔn)確計算各倉加水量、加水速度及沉箱穩(wěn)定性保證率；待半潛駁到達(dá)設(shè)計位置后，將200t 起重船移動至與沉箱靠近，并向半潛駁水艙內(nèi)注水。隨著注水過程的持續(xù)進(jìn)行，半潛駁持續(xù)下潛，并待沉箱吃水尺寸到達(dá)6.8m 時將起重鉤掛在起重船上，注水和下潛過程繼續(xù)保持；當(dāng)沉箱吃水尺寸到達(dá)8.5m 時，增加起重船實(shí)際吊力，使沉箱和半潛駁脫離，此時應(yīng)同時移動半潛駁，并停止注水，檢查沉箱平面位置以及沉箱底面坡度和基床頂面坡度的符合情況，無誤后，起重船吊鉤緩慢放下，以使沉箱緩慢著床[3]。此時，還應(yīng)當(dāng)按照設(shè)計要求將沉降、位移等觀測點(diǎn)設(shè)置于沉箱頂面各頂角處，以便實(shí)施觀測。

4 結(jié)語

經(jīng)過對施工數(shù)據(jù)的分析并結(jié)合施工實(shí)踐可以看出，單個沉箱安裝過程持續(xù)時間基本為7.5～8.5h，包括4h 左右的抽水時間、1h 左右的從儲運(yùn)場轉(zhuǎn)運(yùn)沉箱的時間、3h 的沉箱壓水安裝時間，并且此安裝時間是流域位于低潮期、流速不超出0.4m/s 的情況下所得到的時間，也就是說，重力式沉箱碼頭沉箱安裝最佳時機(jī)應(yīng)選擇在潮汐差變化較小的死汛前后低潮平流期，并在安裝期間加強(qiáng)實(shí)際水位、流速等的觀測記錄，確保安裝成功。本次重力式沉箱碼頭所采用的“氣囊搬運(yùn)+半潛駁出運(yùn)”的沉箱安裝方式是經(jīng)過多次研討和論證所確定的結(jié)果，在沉箱施工期間水流流速和沉箱施工歷時之間得到了較好控制，為沉箱安裝效率和準(zhǔn)確性提供了保證。