箱船下水及壓艙混凝土澆注施工工藝

鄭玉龍

（中交四航局第五工程有限公司，福建福州 350008）

1 工程概況

本工程位于廈門港古雷港區(qū)，具體在福建省漳浦縣東山灣古雷半島西側(cè)，與臺灣隔海相望。新建排洪渠明渠段共設(shè)計方塊兩層，-6～-3m為第一層，需安裝24個方塊；-3～0.0m為第二層，需安裝方塊30個。

2 箱船出運下水

箱船出運下水作業(yè)時，必須借助出運箱涵時預(yù)埋的地牛及出運斜坡道運輸。后拉地牛尺寸規(guī)定值為3m×3m×3m，澆筑采用C25型號混凝土，中間預(yù)埋拉環(huán)采用直徑70mm的圓鋼彎制，外露300mm，埋深1200mm。前拉地牛尺寸為2m×2m×2.5m，澆筑混凝土同上，中間預(yù)埋拉環(huán)采用直徑70mm的圓鋼彎制，外露300mm，埋深1000mm。

2.1 箱船出運牽引力計算

箱船單件重量為115t，箱船出運采用氣囊出運，氣囊滾動時與地面的摩擦系數(shù)μ=0.05，出運通道設(shè)計坡度為6%（1:16.7）。所以箱船在出運過程中：

水平面處卷揚機牽引力F1=μ×G=115×0.05=5.75t；斜坡道摩檫力F2=μ×Gcosα=0.05×115×100/100.18=5.74t；在下坡處溜力F3=G×sinα=115×6/100.18=6.89t；在下坡處后拉力F4=G×sinα-μ×Gcosα=115×6/100.18-0.05×115×100/100.18=1.15t。

箱船出運過程采用2臺卷揚機牽引，牽引箱涵鋼絲繩數(shù)量為n=2，單臺卷揚機牽引力F牽引=f×G/n=5.75/2=2.88t；斜坡道處后拉采用2臺卷揚機，后拉箱涵鋼絲繩數(shù)量為n=2，單臺卷揚機拉力F拉=F4/n=1.15/2=0.575t。

2.2 牽引點受力驗算

根據(jù)箱船陸上、海上牽引、拖帶受力情況，在箱船前、后底部設(shè)置4個牽引點，前、后頂部設(shè)置4個牽引點。

由《港口工程樁基規(guī)范（JTJ 254—1998）》[1]中附錄E“吊耳板設(shè)計”知：

孔壁局部受壓承載力（MPa）：

孔壁受拉承載力（MPa）：

式中：α-動力系數(shù)，起吊和水平運時取1.3，吊立過程取1.1，按1.3計算；yg-荷載分項系數(shù)，取1.35；P-吊耳板荷載標準值，由前文計算得28800N；r-吊耳孔半徑，取50mm；δ-吊耳板厚度，取15mm≥0.05B=12.5mm，B-吊耳板寬度，B=（2.4～2.6）d，取2.5d=250mm，d-吊耳孔直徑，取100mm；fcj-局部緊接承壓強度設(shè)計值，采用Q235時為125MPa；R-吊耳板半寬，取125mm；ftj-孔壁受拉強度設(shè)計值，采用Q235時為145MPa。

計算得：σcj=40.4MPa≤fcj=125MPa，σtj=55.9MPa≤ftj=145MPa，滿足要求。

2.3 地牛穩(wěn)定性驗算

卷揚機與地面夾角取30°，根據(jù)水平錨碇驗算公式：KT1≤G+F，得地牛受力為：G≥KT1-F=KT1-μT2=2×sin30°×2.88-0.5×cos30°×2.88=1.9t。本工程地牛自重G地牛=V混凝土×ρ混凝土=2×2×2.5×2.45=24.5t＞1.9t（滿足要求）。式中：K-安全系數(shù)，一般取2.0；T1-錨碇受T力后的垂直分力，T1=Tsin30°；F-摩擦力，F(xiàn)=μT2；μ-摩擦系數(shù)，無板柵錨碇取0.5；T2-錨碇受T力后的水平分力，T2=Tcos30°；ρ混凝土-混凝土重度，取2.45t/m3。

2.4 出運滾動氣囊的選擇

（1）氣囊的規(guī)格和主要功能：氣囊選擇正規(guī)、專業(yè)的生產(chǎn)工廠選配，長度按照構(gòu)件的實際底寬設(shè)計。擬選用直徑1.0m的高壓氣囊作為滾動氣囊。

（2）施工氣囊的選擇條件：按照構(gòu)件原有出運邊寬選配單根氣囊的長度要吻合，再確定出運（頂升）高度范圍，綜合計算出承載面積大小，并按氣囊的可承受壓力閾值計算所需氣囊的最短總長度。工作總長度應(yīng)按最短總長度的1.2倍以上系數(shù)設(shè)計，目的是防止出運過程中氣囊破裂或氣囊受力不均時氣囊超負荷運行。最后確定氣囊根數(shù)及按規(guī)定定位。氣囊承載面寬度B與氣囊直徑D和氣囊工作高度H有關(guān)。氣囊受壓變形后，其截面可看作寬度由直徑為H的2個半圓和長度為B的方形組成。

（3）氣囊的擺放：根據(jù)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)特點以及操作的方便，氣囊擺放一般采用單列的排放法。

2.5 箱船出運

在現(xiàn)場預(yù)制場南側(cè)空地上針對鋼結(jié)構(gòu)箱船進行分體焊接工藝，下部需墊上1000cm×300cm×200cm的方木輔助支墊。

低潮時借助斜坡道優(yōu)勢出運，箱船底部塞入氣囊，然后取出墊木，利用預(yù)制場預(yù)先埋設(shè)的地牛（出運箱涵的前拉及后拉地牛），用卷揚機拖帶至出運平臺，高潮時箱船起浮后用拖輪拖帶至出運平臺臨水面，采用纜繩加以固定。箱船出運時最好選擇低潮時出運，氣囊搬運安置過程中不能帶水作業(yè)，保持環(huán)境干燥。

箱船焊接好后，在出運平臺放置時，技術(shù)人員對焊縫進行密封性測試。若發(fā)現(xiàn)有漏水現(xiàn)象盡快安排電焊工進行返工補焊加固。

3 壓艙混凝土澆筑

混凝土運輸方式是靠罐車運輸，混凝土泵車泵送，在出運平臺上往2#和3#空艙內(nèi)澆筑3m厚的壓倉混凝土。

數(shù)據(jù)分析確定，澆筑的壓艙C30混凝土需要1063.69t，加上箱船自重115t，此時箱船整體入水達3.91m深。針對類似情況，應(yīng)該預(yù)先在離2#和3#空艙底部3.3m高度上，在離1#和4#空艙底部1.5m高度上，預(yù)先埋置若干個進水閥門，分布位置對稱于各倉格，保證基礎(chǔ)施工的穩(wěn)固性。

控制箱船穩(wěn)定的方法：①控制混凝土的坍落度，盡量縮小塌落值，制約混凝土的流動性；②采取分倉澆注的方法；③澆注時控制好分層厚度；④澆注時要密切關(guān)注箱船的平衡程度，適當(dāng)調(diào)整澆注位置。

4 箱船拖帶及安裝

基槽夯實、整平驗收合格后關(guān)注氣象資訊，選擇適合天氣進行箱船拖帶及安裝，海上風(fēng)速小于4m/s，流速小于1m/s。

拖輪拖帶平板駁，平板駁側(cè)系靠箱船，移動到待安裝海域，獲取平板駁測量定位數(shù)據(jù)，以此確定箱船安裝的位置。拖帶距離計算可知約150m。

箱船安裝準備就緒，確定頂標高+0.7m，預(yù)先在箱船的四個角焊接接長2m高的DN50無縫鋼管用于定位測量獲取數(shù)據(jù)。鋼管頂標高+2.7m，高潮時保證能露出水面。同時在箱船安裝的縱橫向位置延線上設(shè)立岸上導(dǎo)標，同時測量定位。在縱軸線上，在新建擋水圍堰上設(shè)立AB導(dǎo)標，在橫軸線上，排洪渠北側(cè)，設(shè)立CD導(dǎo)標，進行測量控制。按設(shè)計布置完成后，再對稱擰開進水閥門位于箱船底部倉格內(nèi)，箱船會緩慢注水下沉。

經(jīng)過二次復(fù)檢確定箱船沉放位置，若與要求不相符，在低潮時派潛水員下水關(guān)閉倉格內(nèi)的閥門，用水泵將倉格內(nèi)的水對稱同步抽出，箱船慢慢起浮后再次進行沉放，直至滿足要求。

5 箱船混凝土澆注

（1）施工準備工序：澆筑混凝土分倉進行，提前做好澆注前的各項準備工作，泵車預(yù)先開至排洪渠側(cè)面的空地上，測量準確泵管到倉格的距離，泵車準備。北側(cè)箱船混凝土澆注時，采取57m長的泵車支立在南側(cè)防潮壩處的空地上，泵車支立的地方和范圍，預(yù)先用挖掘機進行壓實或墊高。南側(cè)箱船混凝土澆注時，選用57m長的泵車支立在舊排洪渠北側(cè)與北側(cè)防潮壩中間的空地上。

（2）倉格內(nèi)排水：待潮水落潮，低于+0.7m時，立刻用2臺7.5kW的水泵將倉格內(nèi)的水進行外排。另增加1臺1.5kW的小水泵盡量排干箱船內(nèi)積水。1#和4#倉格，每個倉格內(nèi)存水約505m3。7.5kW的水泵抽水效率系數(shù)按照0.8考慮，排水高度6.7m，每臺水泵每小時抽水量計算如下：7.5×1000×3600×0.8=M×1000×9.8×6.7M=329t。505t×60min/（2×329t）=46min。兩臺水泵46min可以將倉格內(nèi)的水排除。

（3）澆筑混凝土：待倉格內(nèi)的水抽干后方可澆筑C30混凝土。因為箱船底為平板設(shè)計，積水很難用水泵一次排水干凈。在混凝土澆注時可從倉格一角開始澆注，混凝土順流緩慢進入，將積水推送到另一個角落，這時才可啟動1.5kW的小水泵將所有積水排干凈。

若在抽水過程中發(fā)現(xiàn)箱船有滲漏點，必須及時解決、封堵。若滲漏處呈細條型可塞上土工布；若滲漏處較大可將錐型木塞端頭纏繞土工布，再按位置契入滲漏處。

根據(jù)東山潮汐表顯示，從潮水高度+0.5m落潮至潮水上漲至+0.5m大概需要6h。抽水工作以1.5h計算，箱船混凝土澆筑分倉格、分層進行，抽干一個倉格后對其倉格澆注混凝土，每層澆筑高度控制在1.5m內(nèi)，預(yù)算容量達到113m3，依據(jù)每小時澆注60m3，總工時約2h；混凝土初凝前應(yīng)該保持干燥，避免水淹，并考慮在水淹前1h停止?jié)沧ⅰ?/p>

澆注混凝土的同時再對另一個倉格進行抽水作業(yè)。待下層混凝土初凝前才可澆筑上層混凝土，上層混凝土澆筑完畢后馬上涂刷一層水玻璃旱強劑。涂刷水玻璃作業(yè)，施工人員應(yīng)站立在箱船頂部搭設(shè)的跳板上，采用軟毛刷蘸上水玻璃溶劑，均勻平整地從倉格一邊的混凝土表面，往另一邊進行涂刷。

矩形段分為4個倉格，1#和4#倉格，每個倉格需澆筑方量452m3。2#和3#倉格，壓艙混凝土已澆筑3m高，因此每個倉格需澆筑方量226m3。

梯形段分為3個倉格，澆筑作業(yè)分層進行。

6 結(jié)語

經(jīng)過長時間的努力研究，箱船下水及壓艙混凝土澆注施工工藝不斷得到創(chuàng)新與改進，施工工藝質(zhì)量越來越高，工序管理也顯著加強，能更好地應(yīng)對嚴苛環(huán)境條件的限制，使壓艙混凝土順利澆筑，施工效率大大提升，節(jié)省施工成本，為以后類似工程積累寶貴經(jīng)驗。