外海孤島漁港碼頭沉箱出運及安裝工藝比選

張亮ZHANG Liang；石正偉SHI Zheng-wei；黃輝龍HUANG Hui-long

（中交上航（福建）交通建設工程有限公司，廈門 361000）

0 引言

由于沉箱具有水上工作量小、施工速度快、整體穩(wěn)定性好的較大優(yōu)勢，其已在碼頭和防波堤等水工結構的建造過程中得到了廣泛應用。一般情況下，沉箱的施工流程主要包括陸地加工場內的沉箱預制、沉箱陸地出運、沉箱下水、沉箱水上運輸與沉箱安裝定位。沉箱陸上轉運主要有氣囊和臺車等方法；沉箱下水有半潛駁、起重船吊運、斜坡道下水等方法；水上運輸有半潛駁、平板駁、浮運拖帶等方法。每個工程的沉箱出運都需要根據(jù)現(xiàn)場水文地質環(huán)境條件、沉箱尺寸大小重量等實際情況、各采用其中一種方法進行組合施工來完成沉箱從預制、下水、運輸?shù)阶詈蟀惭b的過程。各種組合工藝沒有最好的，只有最合適的。

福建某漁港工程突堤式碼頭采用沉箱結構，單個沉箱重近500t，共48 個，在漁港碼頭中屬于單個重量較大，總體數(shù)量較多的工程。該項目地處孤島，遠離大陸，交通不便，島上多山場地有限，無法建造大型預制場，受風浪特別是臺風影響大，采用何種工藝來確保沉箱出運安裝順利完成是本工程施工組織的重中之重。本文從技術、經(jīng)濟、安全方面進行分析比較，根據(jù)孤島特殊環(huán)境、工期、船機設備等因素，對沉箱出運、安裝方案進行了比選，最終采用了大型起重船整體吊運下水存放、拖輪拖帶浮運安裝的工藝，為類似工程提供借鑒。

1 工程概況

福建某漁港工程分為一南一北兩個港區(qū)，其中突堤式碼頭長度150m，寬度25m，設計標高+8.00m，采用重力式方型沉箱結構。沉箱共包括3 種類型，其中標準沉箱CX1型尺寸為長13.20m，寬6.94m，高度9.10m，橫向有2 個倉格、縱向有3 個倉格，倉格尺寸為3.50m×3.07m，倉格四周加強角0.2m×0.2m。沉箱前壁厚0.40m，后壁厚0.30m，側壁厚0.30m，橫、縱隔墻厚0.20m，前、后趾寬0.8m，單件沉箱所需砼量186.7m3，鋼筋用量30.09t，異形沉箱分別是CX1a、CX2 型，其中CX1 型43 件，CX1a 型4 件，CX2 型1件，合計48 件，單件最重沉箱473.2t。如表1 沉箱參數(shù)一覽表所示。

表1 沉箱參數(shù)一覽表

2 方案比選

本工程是比較罕見的一港兩址模式，其中突堤式碼頭所在的港區(qū)民房密布，沿岸沒有合適的預制場地，只能在場地較大的另一個港區(qū)進行沉箱預制。為此預制場和安裝現(xiàn)場分別位于海島上的南北兩個澳口里，海上行程6 海里，雖然屬于近程浮運，但是外海施工受風浪影響較大。根據(jù)現(xiàn)場實際情況，擬定三種出運安裝方案進行比選。

2.1 方案介紹

第一種方案：起重船配合自航駁出運安裝

沉箱預制完成后，由起重船將沉箱吊運至自航駁上，根據(jù)自航駁噸位和尺寸，每船裝運1-3 個沉箱，然后起重船和自航駁航行至安裝現(xiàn)場，各自駐位好后，起重船從自航駁上吊出沉箱進行安裝。

第二種方案：采用氣囊通過臨時斜坡道溜放下水后拖帶浮運安裝。

在預制場邊上設置一個臨時下水斜坡道，配備相應地錨和卷揚機，利用氣囊將沉箱逐個轉運到斜坡道上端，低潮時用卷揚機配合氣囊將沉箱溜放到海里臨時存放。高潮時由拖輪拖帶浮運至安裝現(xiàn)場進行安裝。

第三種方案：起重船吊運沉箱下水后拖帶浮運安裝。

沉箱預制完成后，由起重船將沉箱吊運至港池里進行臨時存放，高潮時由拖輪拖帶浮運至安裝現(xiàn)場進行安裝。

2.2 方案比選

第一種方案采用起重船配合自航駁出運安裝，施工工序少、簡單明了，沉箱下水和安裝同時進行，起重船和運輸船同時進退場。起重船和運輸船進場后，出運安裝受天氣影響大，工期不好把控。按3 天安裝2 個，平均每月可施工天數(shù)24 天，需3 個月。投入費用：起重船包干360 萬，2000t 自航駁按3 個月120 萬，合計480 萬。

第二種方案采用氣囊轉運并通過臨時斜坡道溜放下水后拖帶浮運安裝，輔助工作較多（斜坡道、地錨等），配套設備器具多（千斤頂、氣囊、空壓機等），沉箱下水和安裝可以分開進行，不需要大型起重船，可以提前溜放，對預制場壓力小。提前把沉箱溜放下水，按1 天安裝1 個，平均每月可施工天數(shù)24 天，需2 個月?，F(xiàn)場具備條件后可隨時進行安裝。投入費用：沉箱專業(yè)班組340 萬，配套斜坡道及地錨等費用50 萬，合計390 萬。

第三種方案采用起重船吊運沉箱下水后拖帶浮運安裝，施工工序較少，沉箱下水和安裝可以分開進行，沉箱浮運吃水較深，趕潮水時間短，需要大型起重船，提前把沉箱吊下來，港池里起重船吊運存放沉箱時間可控。按1 天安裝1 個，平均每月可施工天數(shù)24 天，需2 個月。投入費用：起重船包月，按2 個月240 萬，拖輪及輔助船舶按3 個月120 萬，合計360 萬。

3 方案實施

3.1 起重船參數(shù)性能及吊裝方案：如表2 船舶及起重參數(shù)所示

表2 船舶及起重參數(shù)

3.1.1 起重船參數(shù)性能：如表3 起重性能表所示

表3 起重性能表

3.1.2 吊裝方案

考慮到安全、進度、成本及工序銜接的情況下，經(jīng)過比選，確定第三種方案為最優(yōu)方案，即起重船吊運沉箱下水后拖帶浮運安裝。

3.2 吊孔及吊架、吊索設計

3.2.1 吊孔設計

單個沉箱設計4 個吊孔，吊孔由國標無縫鋼管制成，沉箱前壁2 個吊孔采用內徑250mm，壁厚30mm，長度為400mm；沉箱后壁2 個想吊孔采用內徑250mm，壁厚30mm，長度為350mm。

3.2.2 吊架設計

按設計圖紙吊孔在沉箱長方向兩側，為確保沉箱安全，吊運時設置鋼吊架改變沉箱受力方向。吊架呈長方形，長11.225m，寬4.74m，四個角采用Φ1000，壁厚20mm，高1.1m 無縫鋼管，四邊由Φ610，壁厚12mm 無縫鋼管焊接成長方形，并設置交叉內支撐。吊架受力最大的鋼管所受軸向力1670kN。

吊點設在四個角鋼管上下，分為上吊耳、下吊耳，吊耳采用δ40mm 鋼板制作，穿過插銷作為吊點。

連接起重船與吊架的上吊索使用Φ100mm 鋼絲繩共4 根，單根長度12m，每根鋼絲繩一頭直接掛在起重船吊鉤上，另一頭通過上吊耳與吊架連接，每股吊索的允許破斷拉力為13901.5kN，實際受力不大于9017.7kN，安全系數(shù)為2.0；吊架與沉箱吊孔連接的下吊索使用Φ56mm 鋼絲繩共8 根，單根長6m，每2 根為一組。在沉箱壁內外兩側套住起重銷柱，以起吊沉箱，其中沉箱壁外側的吊索與起重銷柱固定連接，該吊索安全系數(shù)為2.0。

3.3 浮游穩(wěn)定及拖帶力計算

拖運前計算沉箱的浮游穩(wěn)定，干舷高度，沉箱吃水深度等，經(jīng)過浮游穩(wěn)定試驗確定技術參數(shù)。經(jīng)理論計算，在不加水的情況下沉箱吃水5.8m，能漂浮但不穩(wěn)定，這時沉箱后壁隔倉內注水1.7m，其他隔倉注水1m 達到浮游穩(wěn)定，沉箱吃水6.5m。每個沉箱各個部位密度都會有偏差或者沉箱里個別有灰渣，通過前幾個沉箱進行試驗，取得的數(shù)據(jù)是注水1m 達到浮游穩(wěn)定，沉箱吃水6.2m 左右，干舷高度2.9m，滿足要求。

4 施工流程及方法

4.1 沉箱下水及存放

吊裝前，起重船先到臨時碼頭就位，由起重工把吊架、索具和操作平臺掛上。然后起重船到預制場前沿駐位，前后4 個錨均由錨艇下錨。邊角等個別位置角度不好時，在岸上設置地錨，前纜帶到地錨上。

起重船大致就位后，待潮水漲到3.2m 后（起重船后部吃水4m），起重船慢慢向沉箱靠近，并啟動大鉤，在起重人員指揮下，準確對位，把索具和操作平臺套進沉箱里，起重人員通過爬梯上到操作平臺上，把吊裝插銷從沉箱外側插進吊孔里，再把沉箱內外兩側的下吊索套進吊裝插銷，并插好防脫錨栓，4 個吊裝插銷都掛好后，起重船緩緩起鉤，平穩(wěn)起吊沉箱。待沉箱離地50cm 后，檢查無異樣后，起重船絞動后錨，后退在指定位置暫停。沉箱臨時存放場在預制場的側面，距離較近，這時通過錨艇移動兩個前錨，起重船再絞動前錨即可到達存放場，到達指定位置后，起重工趁低潮摘掉吊裝插銷后，沉箱存放到位，起重船吊起吊架及吊索，再漲潮后潮水通過吊孔進入沉箱，沉箱穩(wěn)定坐底。

4.2 沉箱拖帶浮運

標準沉箱干舷高度滿足規(guī)范要求，不用采取封倉措施。低潮的時候用鋼板加泡沫膠的方法把4 個吊孔進行封堵，然后把沉箱里面的水抽到沉箱能浮游穩(wěn)定的高度，首個沉箱靜置24 小時檢查漏水情況，確保拖運過程不漏水。

拖帶采用圍纜拖拽的方式，用2 根Ф22 的鋼絲繩捆住沉箱，沉箱頂部設置鋼筋掛鉤用以固定鋼絲繩位置，長邊均布掛2 個鋼筋鉤子，短邊中間掛1 個鉤子，將鋼絲繩固定在沉箱頂部往下5m 的位置。

圍纜鋼絲繩長50m，一端用卸扣捆住沉箱，另一端通過卸扣和拖輪的拖鉤連接。

低潮時做好相關準備工作，并檢查確認鋼絲繩捆綁連接到位，潮水漲到5.5m 左右，沉箱浮起后，查看沉箱平衡狀況，如果傾斜較大，則適當加水調平。然后拖輪拖帶沉箱緩緩啟動，按照既定航線行進到安裝現(xiàn)場。

4.3 沉箱安裝

第一排沉箱采用駁船定位輔助進行粗安裝，先安裝第一個沉箱（粗安裝）→以第一個沉箱為依靠安裝第二個沉箱（精確安裝）→如第一個沉箱安裝精度不符合要求，則起浮第一個沉箱并以第二個沉箱為依托進行精確安裝→以第二個沉箱為依托安裝第三個沉箱，由此方法依次順序安裝。具體步驟如下：

①沉箱定位好后箱內注水緩慢下沉，當?shù)撞烤嚯x拋石基床頂面約30cm 時，測量人員對其進行復核，滿足要求后繼續(xù)下沉到基床，再復核位置，若偏差較大，抽水上浮繼續(xù)調整。

②沉箱下放過程中，相鄰沉箱間的縫寬采用3cm 板支墊控制。第一、二塊沉箱安裝應準確控制，反復復核，符合要求后下放，保障第1、2 個沉箱安放的位置準確。

③沉箱坐底后，測量人員觀測沉箱安裝偏差，如偏差過大，不符合規(guī)范標準要求，重新調整安裝，直至安裝合格。

④待經(jīng)歷2 個潮水后對沉箱沉降位移觀測，若位移及沉降超出設計及規(guī)范要求應重新調整，直至符合要求后進行箱內回填。

5 施工中注意事項

5.1 航線的摸排，潮流、水深、漁網(wǎng)、暗礁等等

在沉箱拖運過程中，沉箱吃水約6m 左右，為確保安全行駛，拖帶船拖運前進行航線摸排，航行過程中注意需潮流、水深、漁網(wǎng)、暗礁等影響因素，根據(jù)多次往返探索確定最佳航行路線，在拖帶過程中嚴格按照該路線行駛。

5.2 窗口期的建立

本工程沉箱拖運安裝受風浪、潮水影響較大，施工難度較大，施工前須嚴格按照方案做好相應準備工作，做到人員有交底、材料物資準備充足、設備運轉正常，所有構配件均檢查合格。在施工前期，根據(jù)現(xiàn)場每一次實際拖帶安裝情況，總結改善施工方法程序，使沉箱拖帶安裝平穩(wěn)有序進行。

5.3 沉箱漏水、拖帶系統(tǒng)檢查，拖帶警戒等等

沉箱進水孔采用實心木加塞，內外壁加設6mm 厚，30cm×30cm 鋼板，四周噴泡沫膠，四角打入鋼釘進行嚴密性封堵，防止沉箱漏水；注水期間嚴密觀測箱內水位，如發(fā)現(xiàn)漏水情況嚴禁進行拖帶作業(yè)，立即采取補救措施，待沉箱浮游穩(wěn)定且不漏水后方可進行拖帶。每次拖帶過程嚴格檢查拖帶鋼絲繩的是否有磨損、斷絲及其他異常情況，檢查合格方可投入使用。拖帶過程中，拖帶班組乘坐警戒船時刻跟隨，一方面要密切觀察拖帶過程是否順利進行，隨時做好應急調整準備；另一方面做好安全警戒工作，防止漂浮物、外來船舶等不利因素影響，確保安全拖帶。

6 實施效果及控制措施

本工程沉箱拖帶、安裝共歷時兩個月，各個沉箱安裝精度滿足規(guī)范要求，完成了既定施工目標任務，為下一步箱內回填、上部結構施工打開了工作面，保障了項目的有序進行。

6.1 進度控制

風浪、潮位是影響進度最重要的兩個因素，風浪大則無法拖航、潮位低則儲存區(qū)沉箱無法起浮。風浪、潮位都是客觀氣象因素，人為不可更改，在大致掌握風浪，通過精心組織、合理謀劃，搶抓每一個大潮、不浪費每一個好天氣，才能保證施工進度，確保項目保質保量完成任務。做好物資保障，組織保障及各時間節(jié)點的安排。

6.2 質量控制

本工程選擇了經(jīng)驗豐富、責任心強的班組進行沉箱定位安裝工作。沉箱安裝時，將待安裝沉箱通過4 個手拉葫蘆與已安裝沉箱連接，調整葫蘆松緊程度來控制沉箱位置，當測量復核沉箱位置符合要求后，果斷加水下沉使沉箱落底。安裝過程中采用木板來控制沉箱之間的縫寬，木板厚度與沉箱縫寬一致，這樣也減小了沉箱之間因碰撞而造成的損傷。

7 結語

本工程沉箱出運安裝方案在投標和前期準備階段都是考慮采用起重船配合自航駁的方案，然而實施前由于工程所在附近區(qū)域海上風電大干快上、全面展開，導致能滿足要求的自航平板駁供不應求，價格暴漲，且一船難求，項目部因勢而變、果斷決策、迅速調整方案，改為起重船吊運下水和水上拖帶的辦法，即解決了無船可用的難題，順利安裝了沉箱，又降低了施工成本。

由此可見，雖然沉箱出運安裝的方法很多，但外海孤島沉箱出運安裝工藝應該根據(jù)特殊的施工環(huán)境和時段，順勢而為，不要拘泥于固定思維，解決問題才是硬道理。