淺析重力墩式碼頭大型沉箱安裝施工技術(shù)

汪義錦（廣東國信工程監(jiān)理集團有限公司， 廣東 茂名 525011）

0 引 言

重力式結(jié)構(gòu)是我國水運工程碼頭中常用的一種結(jié)構(gòu)形式，其中沉箱結(jié)構(gòu)施工速度快、水下工作量少、結(jié)構(gòu)整體性好、抗震性能好，在地基條件滿足要求的前提下，正越來越多的成為化工油品碼頭的首選結(jié)構(gòu)形式，不同于集裝箱等岸壁式碼頭，其系纜墩、靠船墩及組成工作平臺的沉箱布置相對獨立，其沉箱安裝方式及定位等有所區(qū)別。本文以中石化某油品碼頭工程為實例，對重力墩式碼頭沉箱安裝進行分析和總結(jié)。

1 工程概況

本工程位于海南儋州市洋浦港神頭港區(qū)，新建4個油品泊位，分別為1號泊位（10萬t級）、2號及3號泊位（5萬t級）、4號泊位（1萬t級），皆為沉箱重力墩式碼頭，采用蝶形布置，其中1號泊位沉箱11件、2號泊位沉箱10件、3號泊位11件、4號泊位9件。具體結(jié)構(gòu)尺寸形式，如表1所示。

表1 沉箱規(guī)格、數(shù)量表

2 沉箱安裝

2.1 安裝順序

安裝順序為4號泊位→3號泊位→2號泊位→1號泊位。每個泊位均先安裝工作平臺方沉箱，然后為靠船墩和系纜墩圓沉箱。

2.2 沉箱出駁及安裝工藝流程

半潛駁載運沉箱至下潛區(qū)→半潛駁拋錨就位，候潮→高潮前5 h，半潛駁注水下潛→半潛駁下潛至甲板面水深5 m，暫停下潛→起重船船艏對半潛駁船船艏拋錨就位→起重船兩側(cè)前纜系在半潛駁塢墻頂部→起重船絞纜前移，吊鉤位于沉箱頂正中處→吊繩系緊沉箱頂?shù)醐h(huán)→半潛駁注水繼續(xù)下潛→吊繩受力，沉箱起浮→半潛駁繼續(xù)下潛至最大深度后停止→起重船絞纜后退，吊移沉箱出駁→沉箱內(nèi)注水達到浮游穩(wěn)定→起重船拖帶沉箱至安裝點→沉箱基床檢查→沉箱測量定位→沉箱內(nèi)繼續(xù)注水下沉，距基床頂50 cm停止→精確測量定位→起重船緩緩落鉤，沉箱座底→設(shè)點檢驗及觀測

2.3 下潛坑選擇

選擇在各泊位回旋水域位置作為下潛坑。安排抓斗船在進行基槽挖泥的同時，對不滿足水深要求的下潛坑進行開挖。此外，選擇擬建南防波堤口門的航道水域作為備用下潛區(qū)。選擇在高潮位時下潛就位，下潛坑的水深要大于沉箱浮游穩(wěn)定吃水、半潛駁的型深、墊塊高度、起浮時沉箱底與墊塊頂?shù)母辉Ｋ?、半潛駁底與下潛區(qū)底面的富裕水深之和。

2.4 沉箱安裝平臺

沉箱安裝平臺為槽鋼框架結(jié)構(gòu)，面板為花紋鋼板，設(shè)計時考慮平臺剛度與牢固性、平臺安裝的方便性、工人理清起重船吊鉤下鋼絲繩及到每個吊點位安裝卸扣的安全與方便性、平臺的透氣性與沉箱擺動明顯時工人的應(yīng)急性。為滿足沉箱出運安裝進度要求，現(xiàn)場預(yù)制了2套安裝平臺。安裝平臺在預(yù)制場沉箱上駁前就已安放好。平臺上備有2個配電箱與8臺潛水泵，功率為80 m3/h，用于沉箱內(nèi)注水安裝或起浮抽水重新調(diào)整安裝用。

2.5 吊索具配置

根據(jù)沉箱重量及施工現(xiàn)場作業(yè)條件，選用了500 t起重船，起重船作業(yè)時采用單鉤起吊，方沉箱及11 m圓沉箱吊索使用4根等長鋼絲繩，12 m圓沉箱吊索使用8根等長鋼絲繩，鋼絲繩串扣連接。吊環(huán)及鋼絲繩布置，如圖1～圖3所示，施工中必須保證吊環(huán)埋設(shè)位置精確。

圖1 方沉箱吊索布置平面圖

圖2 11 m圓沉箱吊索布置平面圖

圖3 12 m圓沉箱吊索布置平面圖

2.6 沉箱出塢及安裝施工方法

2.6.1 施工準(zhǔn)備

（1）根據(jù)施工基線布設(shè)安裝控制網(wǎng)，控制網(wǎng)布設(shè)精度完全按規(guī)范要求。

（2）在沉箱上駁前已提前安放好沉箱安裝平臺。

（3）沉箱上駁后，由測量人員在沉箱前后沿方向處靠沉箱邊墻中間進來5 cm位置，各布設(shè)1個GPS-RTK移動站放置點（如圖4所示）。

圖4 沉箱雙GPS-RTK移動站放置點平面圖

（4）準(zhǔn)備潛水設(shè)備并放置在交通船上，用來在沉箱就位進行后水下檢查。

（5）準(zhǔn)備好標(biāo)桿，以備沉箱安好后綁在沉箱上作為水上安全標(biāo)志。

2.6.2 沉箱出駁

（1）半潛駁下潛，起重船系纜、系扣。半潛駁在下潛區(qū)定位拋錨待潮，500 t起重船在半潛駁船艏附近錨駐；潮水上漲時半潛駁開始注水壓艙下潛，下潛至甲板面水深5 m時暫停，起重船絞纜前移靠近半潛駁船艏，將起重船的前進纜系扣在半潛駁兩側(cè)塢墻上靠船艉處的系纜柱上，起重船繼續(xù)絞纜前進，當(dāng)?shù)蹉^位于沉箱中心位置時停止絞纜，采用55 t合金鋼卸扣將吊繩與沉箱頂?shù)醐h(huán)系扣牢固。

（2）半潛駁繼續(xù)下潛，沉箱起浮出塢、起重船拖帶。半潛駁繼續(xù)注水壓艙下潛，起重船吊扣跟著緩慢下放，以控制吊繩伸直處于緊張狀態(tài)為宜。待半潛駁下潛沉箱吃水至計算標(biāo)尺時，起重船吊鉤停止下放，半潛駁繼續(xù)下潛，起重船吊繩受力逐漸增大，直至沉箱在海水浮力及吊力的組合下達到沉箱自重臨界值后起浮。

（3）沉箱空載起浮后，起重船后錨絞纜拖帶沉箱緩緩離開半潛駁。解開塢墻上起重船前進纜，半潛駁排水上浮離開下潛區(qū)返回沉箱出運碼頭。沉箱內(nèi)灌水緩緩下沉，起重船吊鉤跟隨下放，且一直保持吊繩處于受力伸直狀態(tài)，直至沉箱吃水線刻度滿足計算浮游穩(wěn)定后，停止灌水，起重船通過絞纜或自航拖帶沉箱至安裝位置。

半潛駁下潛過程中，錨纜要及時調(diào)整拉力，同時須注意調(diào)節(jié)各水艙壓載水，使半潛駁一直處于平衡狀態(tài)，以保證沉箱的安全。掛鉤完成后，逐漸增加吊力，隨沉箱下潛不斷松鉤，吊力始終控制在20 t～200 t之間，可根據(jù)不同規(guī)格沉箱的重量及吃水深度調(diào)整。當(dāng)半潛駁下潛使沉箱吃水達到沉箱起駁的臨界水深時，即可從船上移開沉箱。沉箱離駁過程中，半潛駁繼續(xù)壓水直至沉箱全部吊出為止。

2.6.3 沉箱安裝定位

本工程沉箱安裝定位使用的是中海達V9-GNSS-LR4 GPS及其他相應(yīng)配套工具，RTK定位精度：平面±1 cm＋1 ppm，滿足施工精度要求。在半潛駁到達下潛坑時，測量人員上沉箱頂安裝前后沿處的GPS-RTK移動站，用GPSRTK移動站進行實時跟蹤定位指揮起重船將沉箱移至擬安裝的位置。在沉箱粗略定位完成后沉箱繼續(xù)注水下沉，當(dāng)沉箱底部距離拋石基床頂面約50 cm時，起重船停止下放吊鉤，測量人員持兩個移動手簿在起重船上指揮沉箱頂面進行精確定位，起重人員利用沉箱頂面預(yù)埋的拉環(huán)進行帶纜，與起重駁船或已安沉箱采用滑輪組連結(jié)，對沉箱靠岸側(cè)掛交叉錨，以增加沉箱下潛座床時的穩(wěn)定性。人工拉緊各點纜繩，起重船勻速下放使沉箱準(zhǔn)確就位。在沉箱即將就位時測量人員隨時通過兩個移動手簿將GPS數(shù)據(jù)反饋給沉箱安裝施工負責(zé)人，施工負責(zé)人再指揮安裝人員和起重船上操作人員根據(jù)水流、風(fēng)向情況調(diào)整錨纜和滑輪組，使沉箱平穩(wěn)、準(zhǔn)確的落在基床上。

沉箱落至基床后，測量人員繼續(xù)利用GPS進行觀測，并記錄臨水面與施工準(zhǔn)線偏移數(shù)據(jù)和沉箱四個控制點標(biāo)高。如測得的數(shù)據(jù)超出設(shè)計和規(guī)范要求，需重新起吊后進行安裝。

2.6.4 沉箱灌水下沉

沉箱吊運至泊位碼頭安裝區(qū)域后，起重船先拋錨就位，待低潮時再進行安裝；潮位滿足安裝要求、一切準(zhǔn)備就緒后，在沉箱頂采用潛水泵抽取海水往沉箱格艙內(nèi)注水，起重船緩慢放下吊鉤，沉箱開始均勻灌水下沉。灌水過程中要對稱倉格灌水、保持沉箱平衡。當(dāng)沉箱內(nèi)灌水至沉箱底板距拋石基床頂面50 cm時，停止灌水，再次檢查沉箱位置，如無偏移即可繼續(xù)沉放，直至沉箱頂高程穩(wěn)定不變；如有偏移則需要對沉箱重新定位，然后繼續(xù)沉放。精確測設(shè)沉箱位置、標(biāo)高，作為沉降位移觀測的原始數(shù)據(jù)及分項驗收數(shù)據(jù)，完成沉箱的定位安裝。

沉箱在第一次著床后，其安裝偏差未能達到要求，起重船起鉤將沉箱提起一定高度，起重船在測量人員的指揮下利用自身移位及船上的鋼纜重新精確定位，當(dāng)沉箱的位置符合要求后，緩緩放下起重船吊鉤，將沉箱平穩(wěn)放置在基床上。待沉箱安裝就位完成后，往沉箱內(nèi)一直灌水，倉內(nèi)灌水高度至與沉箱頂部預(yù)留孔齊平時停止灌水。停止灌水后即可拆除卸扣，并將安裝平臺及水泵吊至駁船上。

后續(xù)沉箱按上述流程及程序逐個安裝到位。

3 安裝質(zhì)量控制要點

本工程沉箱為細高大型，沉箱安裝能否一次到位對施工成本、施工進度影響很大。此外，在安裝過程中的質(zhì)量、安全控制工作非常重要。為達到上述目標(biāo)，應(yīng)做好以下幾方面的控制工作。

（1）天氣情況是關(guān)系到整個沉箱安裝施工能否順利進行的重要因素。要特別關(guān)注天氣情況，風(fēng)浪掌握是難點，為保證沉箱順利安裝，應(yīng)對天氣突變情況，要與當(dāng)?shù)仉娨暸_、氣象臺等部門聯(lián)系，以獲取當(dāng)?shù)販?zhǔn)確的海況及天氣情況；施工中風(fēng)力達到6級以上停止沉箱安裝等海上作業(yè)；施工過程中要及時對已安裝的沉箱進行箱內(nèi)塊石回填，已安裝未回填塊石的沉箱數(shù)量不得多于3個；當(dāng)臺風(fēng)中心7 d內(nèi)可能移到施工現(xiàn)場時，停止安排沉箱出運、安裝作業(yè)，組織對已安裝的沉箱進行箱內(nèi)砂和石料回填，確保沉箱穩(wěn)定；對未能及時完成箱內(nèi)回填的沉箱進行起浮、拖運至安全地點避風(fēng)。

（2）布設(shè)沉箱下潛區(qū)時，在滿足條件下其位置越靠近泊位待安裝區(qū)越有利，可以減少沉箱出駁后起重船移錨次數(shù)，降低安全風(fēng)險、加快安裝進度。

（3）要根據(jù)起重船的錨纜安放及與周邊構(gòu)筑物的關(guān)系，合理安排沉箱的先后安裝順序，避免因沉箱安放后影響起重船對后續(xù)沉箱安裝的走位，導(dǎo)致已安沉箱重新吊起安放。

（4）沉箱安裝施工中要提前做好沉箱沿碼頭前后沿標(biāo)志，出塢拖帶時按標(biāo)志指示方向掛好吊繩，不然很容易造成安裝后靠船構(gòu)件預(yù)埋件方向錯誤，再進行調(diào)整非常麻煩，對安全、進度會有很大影響。

（5）要注重對現(xiàn)場施工影響區(qū)域內(nèi)的挖泥船、拋石船、泥駁等船只航速的控制，避免涌浪過大影響沉箱安裝。

（6）沉箱安裝過程中采用雙GPS-RTK測量定位，安裝測量人員在起重船上通過兩個移動手薄指揮起重船定位，實時控制沉箱頂2個控制點實際坐標(biāo)與設(shè)計坐標(biāo)之間的偏差、使其小于規(guī)范允許值，從而可以精確、快速、全天候的安裝沉箱。

（7）一旦沉箱在合適的潮位時間段內(nèi)無法完成安裝，應(yīng)及時采取措施：①當(dāng)日低潮位時待安沉箱未能就位、需待次日低潮位才能安裝沉箱時，對待安沉箱內(nèi)注水下沉座底，臨時寄放在基床上，起重船松鉤，原地停泊，等下個低潮時用潛水泵抽出倉內(nèi)水至沉箱座底前的狀態(tài)，起重船重新起吊安裝；②當(dāng)日低潮位待安沉箱未能就位、較長時間才能安裝沉箱時，起重船吊住沉箱穩(wěn)定漂浮并用圍纜做好沉箱的加固工作，待具備安裝條件后，再進行沉箱安裝作業(yè)。

（8）沉箱安放后，應(yīng)及時向箱內(nèi)灌水；經(jīng)歷1～2個低潮后，應(yīng)復(fù)測位置，確認符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)后，及時填充箱內(nèi)填料，以保證沉箱結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。箱內(nèi)回填料時應(yīng)先從沉箱中間倉格回填，在回填砂和石料時相應(yīng)隔艙石要均勻上升，拋砂和石料過程由專人用水陀進行水深測量，控制拋填高度，各倉格間填料高差不應(yīng)大于1 m，避免不對稱均勻填料造成沉箱位移。沉箱回填砂開始，按設(shè)計及規(guī)范要求進行沉降位移觀測，做好觀測記錄，發(fā)現(xiàn)問題及時處理，并用于指導(dǎo)安裝其他沉箱安裝。

4 結(jié) 語

沉箱安裝是重力式碼頭施工中一個關(guān)鍵的控制節(jié)點，在施工中有很多細節(jié)工作需要重視。一旦未控制到位，將給后續(xù)工作的開展帶來巨大的影響，給工程質(zhì)量造成很大的隱患，因此做好沉箱安裝的施工控制非常重要。希望上述對沉箱安裝技術(shù)的介紹和分析，能為后續(xù)類似重力墩式碼頭沉箱安裝施工提供參考和借鑒作用。