沉箱陸上吊裝工藝在漁港碼頭施工中的實(shí)踐

◎ 羅建春 中交上海航道局有限公司

高琦 中交疏浚（集團(tuán)）股份有限公司

1.引言

我國(guó)沿海小型漁港大多建于上個(gè)世紀(jì)中后期，碼頭結(jié)構(gòu)形式多采用漿砌塊石和混凝土混合結(jié)構(gòu)。隨著漁業(yè)產(chǎn)業(yè)升級(jí)以及漁船的逐步大型化，原有的碼頭岸線已無(wú)法滿足漁船的安全?？亢蜕a(chǎn)需求，各地也逐步開始對(duì)老舊漁港進(jìn)行升級(jí)改造。目前常規(guī)的碼頭結(jié)構(gòu)型式多采用沉箱等重力式碼頭結(jié)構(gòu)，其涉及的大型水工構(gòu)件多采用水上安裝工藝，而一般漁港水域狹小、水深條件差，且漁港常年處于生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)狀態(tài)，漁船進(jìn)出港口和靠岸作業(yè)頻繁，采用水上安裝作業(yè)將受到各種限制。針對(duì)上述情況，在遼寧省葫蘆島市綏中縣張見(jiàn)港二級(jí)漁港升級(jí)改造施工中，我們結(jié)合漁港改造的實(shí)際情況，最終將沉箱水上安裝工藝調(diào)整為陸上吊裝施工工藝，以實(shí)現(xiàn)沉箱構(gòu)件安全、高效、高質(zhì)量的安裝。

2.工程概況

2.1 施工內(nèi)容

葫蘆島市綏中縣張見(jiàn)二級(jí)漁港升級(jí)改造項(xiàng)目是將老舊漁碼頭岸線升級(jí)改造為沉箱重力式碼頭改造長(zhǎng)度403m，共需安裝沉箱106個(gè)。單個(gè)沉箱長(zhǎng)5m，寬3.6m，高5.5m，重約83噸。

2.2 工程難點(diǎn)及應(yīng)對(duì)措施

考慮到漁港施工水域狹窄，水深條件差，且進(jìn)出漁船較多，為確保施工安全和整體施工進(jìn)度，工程采用陸上履帶吊吊裝工藝取代傳統(tǒng)的沉箱水上安裝施工工藝。

2.3 吊裝區(qū)域現(xiàn)狀

為減少沉箱的倒運(yùn)，提高安裝效率，本工程沉箱預(yù)制區(qū)域采用就近原則，盡可能利用原碼頭岸線后方堆場(chǎng)作為臨時(shí)預(yù)制場(chǎng)地。

3.設(shè)備選型、技術(shù)參數(shù)安全性校核

3.1 設(shè)備的選型

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)履帶吊可作業(yè)區(qū)域大小、吊距以及需承受的吊重，綜合對(duì)比不同起重設(shè)備起吊參數(shù)、安全穩(wěn)定性能以及經(jīng)濟(jì)合理性，選定倒運(yùn)起重吊裝設(shè)備為150噸（XGC150）履帶吊，安裝起重設(shè)備為400噸（SCC4000）履帶吊。

3.2 吊具的選擇

吊具準(zhǔn)備兩套。材料使用如下：直徑70mm、單根長(zhǎng)16m的鋼絲繩4根，直徑52mm、單根長(zhǎng)8m的鋼絲繩8根，吊架兩個(gè)，吊架采用Q345B 材質(zhì)鋼管焊接制作，吊架上與沉箱吊裝孔相對(duì)應(yīng)位置設(shè)置四組吊環(huán)，吊環(huán)內(nèi)穿鋼絲繩連接履帶吊吊鉤，鋼絲繩與水平面角度為60°。

3.3 技術(shù)參數(shù)安全驗(yàn)證

結(jié)合選定的設(shè)備、吊具進(jìn)行相關(guān)安全驗(yàn)算，通過(guò)驗(yàn)算進(jìn)一步驗(yàn)證起重設(shè)備、吊具的作業(yè)安全系數(shù)、作業(yè)區(qū)的地基承載力和邊坡穩(wěn)定性均能滿足安全要求。

3.3.1 吊架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算

吊架采用Midas Civil 有限元建模計(jì)算，吊架結(jié)構(gòu)采用梁?jiǎn)卧M，鋼絲繩采用索單元模擬，沉箱自重作為荷載施加在吊架之上，計(jì)算時(shí)動(dòng)力荷載系數(shù)取為 1.3。計(jì)算吊架最大應(yīng)力48.4MPa，小于Q345B 鋼材容許應(yīng)力305MPa，滿足要求。鋼絲繩最大應(yīng)力 82.9MPa（模型中按Φ70 鋼絲繩試算），單根鋼絲繩最大拉力 319kN。

3.3.2 鋼絲繩強(qiáng)度計(jì)算

根據(jù)吊裝工程經(jīng)驗(yàn)，鋼絲繩的容許拉力可按下式計(jì)算：

式中：S--鋼絲繩的容許拉力（kN）；

Sb--鋼絲繩的破斷拉力（kN）；

Pg--鋼絲的破斷拉力總和（kN）；

α--考慮鋼絲繩之間荷載不均勻系數(shù)，取 0.80；

K1--鋼絲繩使用安全系數(shù)，鋼絲繩作吊索無(wú)繞曲時(shí)一般取 5；γ--材料損傷系數(shù)，取 0.9。

計(jì)算本工程鋼絲繩的容許拉力S 為 319kN，計(jì)算破斷拉力Pg 為2215kN，即選擇的鋼絲繩最小破斷拉力不得小于 2215kN。

本工程選擇公稱抗拉強(qiáng)度為1770Mpa，鋼芯鋼絲繩為1220Mpa的Φ70 與Φ50（吊架下方連接卡銷）6＊41SW型號(hào)鋼絲繩。

4.沉箱陸上吊裝施工情況

4.1 吊裝施工

由于本工程沉箱共計(jì)106個(gè)且為連續(xù)布置，為減少天氣、施工干擾、水流條件等因素影響，采用陸上大型機(jī)械安裝配合GPS定位，能實(shí)現(xiàn)大型構(gòu)件的高安全高效率高質(zhì)量安裝。

4.1.1 吊具安裝

吊裝工藝由吊鉤、吊架等組成，吊鉤連接在吊架四角，位于吊架上部，吊架下方使用4根鋼絲繩連接卡銷，并同時(shí)連接吊筐。

4.1.2 試吊

吊具與沉箱固定牢固后，進(jìn)行試吊，試吊過(guò)程中，沉箱附近嚴(yán)禁人員逗留，通過(guò)試吊對(duì)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)條件、各項(xiàng)參數(shù)以及安全作業(yè)范圍進(jìn)行進(jìn)一步的確認(rèn)。

4.1.3 沉箱起吊安裝

沉箱安裝前，對(duì)基礎(chǔ)進(jìn)行復(fù)驗(yàn)，并且檢查基礎(chǔ)是否存在雜物和擾動(dòng)現(xiàn)象，如存在及時(shí)進(jìn)行清理，沉箱起吊后緩緩移至水面進(jìn)行下沉安裝，待水面沒(méi)過(guò)進(jìn)水孔位置后，沉箱開始進(jìn)水下沉。待沉箱距離基床頂面約0.5m處時(shí)，停止下沉，測(cè)量人員上前利用GPS、全站儀，對(duì)沉箱中心及前沿線進(jìn)行定位，再由施工指揮人員與起重人員溝通進(jìn)行沉箱位置的不斷調(diào)整，并緩緩落鉤。當(dāng)沉箱底部距離基床頂面約0.2m時(shí)，暫停落鉤，測(cè)量人員再次精確測(cè)量，沉箱調(diào)整至位，快速落鉤，直至沉箱完全落底。

4.2 安裝效率分析

本工程共計(jì)沉箱106個(gè)，整個(gè)吊裝過(guò)程均在低潮位進(jìn)行，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，單個(gè)沉箱安裝起吊安裝時(shí)間約30min，考慮到天氣、施工干擾等因素影響，平均每天安裝4個(gè)，單個(gè)潮水最高安裝可達(dá)8個(gè)。

4.3 安裝質(zhì)量控制分析

本工程在吊裝過(guò)程中，需通過(guò)各個(gè)環(huán)節(jié)的精確控制來(lái)保障沉箱的安裝質(zhì)量，避免反復(fù)起吊下沉，影響施工質(zhì)量和效率。為實(shí)現(xiàn)沉箱快速高質(zhì)量的安裝，主要做好以下幾點(diǎn)：

（1）安裝前，再次對(duì)基床進(jìn)行檢查，確?；勖嫫秸麩o(wú)回淤情況。起吊后對(duì)沉箱底部進(jìn)行檢查，確保進(jìn)水孔通暢且底部無(wú)殘?jiān)?/p>

（2）吊裝過(guò)程中，起重設(shè)備操作由專人指揮，嚴(yán)禁沉箱大幅度移動(dòng)，并通過(guò)沉箱兩側(cè)的定位繩不斷對(duì)安裝姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整，確保沉箱準(zhǔn)確入水下沉。

（3）沉箱就位沉放到底后，測(cè)量人員使用儀器對(duì)沉箱的施工軸線偏差、臨水面錯(cuò)臺(tái)、接縫寬度及豎向傾斜進(jìn)行校核。滿足精度要求后，拆除卡銷，安裝作業(yè)完成。若不滿足要求，則緩緩起吊沉箱距離基床頂面約10cm左右，重新進(jìn)行調(diào)整，確保安裝精度。

（4）為確保安裝質(zhì)量和作業(yè)安全，沉箱安裝均在低潮位進(jìn)行，水位超過(guò)沉箱安裝頂標(biāo)高時(shí)，停止安裝。

4.4 安全控制

（1）在進(jìn)行施工技術(shù)交底的同時(shí)已進(jìn)行安全技術(shù)交底，現(xiàn)場(chǎng)安排專職安全員負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)安全管理工作。

（2）吊機(jī)作業(yè)半徑范圍內(nèi)拉設(shè)警示帶，作業(yè)期間禁止人員進(jìn)入作業(yè)區(qū)域。

（3）進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)人員已按規(guī)范佩戴安全帽，高空作業(yè)必須系好安全繩，測(cè)量定位人員按照要求穿戴好救生衣。

（4）起重吊運(yùn)的各類索具如鋼絲繩、卡稍安全可靠，起重操作按起重“十不吊”原則進(jìn)行。

5.結(jié)論

經(jīng)過(guò)本工程沉箱陸上安裝工藝實(shí)踐表明，針對(duì)類似的小型漁港升級(jí)改造工程，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工條件，采用陸上大型設(shè)備進(jìn)行沉箱、方塊等重力式碼頭安裝，具備安全、高效、質(zhì)量可靠等優(yōu)點(diǎn)。采用陸上設(shè)備安裝要優(yōu)于傳統(tǒng)的水上安裝，在作業(yè)水域狹小的情況下，避免了水上作業(yè)的安全風(fēng)險(xiǎn)以及漁船進(jìn)出港等施工干擾；一般的沉箱安裝均需候低潮施工，可作業(yè)時(shí)間短，陸上設(shè)備安裝準(zhǔn)備時(shí)間段，穩(wěn)性好，能快速準(zhǔn)確落位，單塊的安裝時(shí)間較水上安裝大大縮短，單個(gè)潮水的安裝數(shù)量最高可達(dá)8塊，也大大的節(jié)約了施工成本。