起重船助浮沉箱下水情況下的定傾高度與吊力關(guān)系研究

張佳運(yùn)

摘 要：制作試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，在?shí)驗(yàn)室中模仿施工海域施工條件，研究在有波浪作用，起重船多吊點(diǎn)助浮沉箱時(shí)，沉箱在復(fù)雜受力情況下，定傾高度與吊力之間的規(guī)律，為起重船助浮沉箱下水施工工藝提供數(shù)據(jù)參考。

關(guān)鍵詞：沉箱;助浮;定傾高度;吊力

中圖分類號(hào)：U674.35? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006—7973（2022）02-0103-02

隨著重力式碼頭墻身主要結(jié)構(gòu)沉箱的不斷大型化，傳統(tǒng)沉箱預(yù)制廠下水滑道不能滿足沉箱自然起浮水深條件的工況時(shí)有發(fā)生，當(dāng)前的主要解決方案中，起重船助浮沉箱下水較整體改造沉箱預(yù)制廠和沉箱水上接高[1]有節(jié)約工期和節(jié)省成本的優(yōu)勢(shì)，在起重船起重能力大幅提升后，越來越成為較多工程施工組織設(shè)計(jì)的第一選擇[2]?，F(xiàn)行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和操作規(guī)程中均提及可采用起重船助浮沉箱下水的施工方藝，但缺少詳細(xì)的操作流程及明確的指標(biāo)要求，未對(duì)沉箱干舷高度、定傾高度、壓載時(shí)機(jī)等做出量化規(guī)定，導(dǎo)致缺少直接的施工依據(jù)[3]。因此，本文以大連港大窯灣北岸某20萬噸集裝箱碼頭工程為項(xiàng)目依托，在實(shí)驗(yàn)室中模仿施工海域施工條件，按比例制作沉箱模型，分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)，研究沉箱在復(fù)雜受力情況下，定傾高度與吊力之間的關(guān)系，為類似工程中起重船助浮沉箱下水施工工藝提供數(shù)據(jù)參考。

1 工程概況及試驗(yàn)必要性

大連港大窯灣北岸某20萬噸集裝箱碼頭工程需預(yù)制沉箱29個(gè)，沉箱尺寸16米×15.1米×22.1米，理論重2762.4噸，自然起浮需吃水14.2米。以當(dāng)?shù)乩碚撋疃然鶞?zhǔn)面起算，沉箱預(yù)制廠下水滑道末端水深-10.3米，4米以上潮高累計(jì)頻率小于10%[4]。綜合考慮預(yù)制廠前沿水深、漂浮接高需用水域、船機(jī)調(diào)遣等因素，對(duì)比整體改造沉箱預(yù)制廠滑道、沉箱水上接高等方案，起重船助浮沉箱下水是節(jié)約工期和節(jié)省成本的最優(yōu)選擇。在缺少現(xiàn)行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)明確指標(biāo)要求和國(guó)內(nèi)外項(xiàng)目可借鑒經(jīng)驗(yàn)的情況下，有必要進(jìn)行物模試驗(yàn)確定在波浪作用、起重船多吊點(diǎn)等復(fù)雜受力時(shí)沉箱定傾高度與吊力之間的規(guī)律，進(jìn)而得出適宜的干舷高度及倉(cāng)內(nèi)壓載等要求，獲得起重船助浮沉箱下水施工工藝所需數(shù)據(jù)，保證工程安全順利推進(jìn)。

2 試驗(yàn)準(zhǔn)備

2.1試驗(yàn)設(shè)備及道具

在大連理工大學(xué)海岸及近海工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室波流水池開展試驗(yàn)，試驗(yàn)區(qū)前端配備蛇型三維不規(guī)則波造波機(jī)，尾部安裝架空斜坡碎石消能設(shè)備以避免波浪的反射，另配備數(shù)據(jù)自動(dòng)采集及實(shí)時(shí)分析系統(tǒng)、波浪測(cè)量系統(tǒng)，影像采集系統(tǒng)，有效試驗(yàn)區(qū)域40米×24米×1米。試驗(yàn)區(qū)上部設(shè)置定滑輪組，滑輪組一端連接仿吊索系統(tǒng)及沉箱模型，另一端連接可調(diào)節(jié)砝碼作為吊力。調(diào)整試驗(yàn)用水濃度與施工海域相近。

2.2 試驗(yàn)?zāi)Ｐ?/p>

采用特種玻璃為原材按照幾何相似的原則制作外型尺寸與沉箱原型線性相似的模型，尺寸40厘米×37.8厘米×55.3厘米，在模型適當(dāng)位置配重，使模型重量分布與原型滿足重力相似，實(shí)稱模型重量43.45公斤，轉(zhuǎn)換實(shí)體重量為2780.8噸，偏差+0.67%，滿足試驗(yàn)要求。

3 試驗(yàn)過程

3.1 試驗(yàn)?zāi)Ｐ图跋到y(tǒng)的可靠性驗(yàn)證

試驗(yàn)對(duì)應(yīng)定傾高度分別為0.1米、0.2米時(shí)沉箱模型的起浮水位，通過比尺關(guān)系換算成原型吃水，并于理論吃水進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如表1。

在不同定傾高度情況下，試驗(yàn)中模型自然起浮水位換算成原型沉箱起浮水位后與理論值較為接近，偏差+0.35%，精度滿足試驗(yàn)要求，故采用該模型系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果可靠。

3.2 試驗(yàn)條件及數(shù)據(jù)

通過試驗(yàn)區(qū)前端的蛇型三維波造波機(jī)制造相當(dāng)于施工海域0.5米波高的規(guī)則波，不考慮風(fēng)況對(duì)沉箱起浮的影響的情況下，開展兩類試驗(yàn)：一是沉箱模型箱內(nèi)僅壓截平衡水，調(diào)整吊力并根據(jù)自然起浮狀態(tài)下的吃水計(jì)算定傾高度，研究固定壓載情況下定傾高度和吊力之前的關(guān)系;二是固定吊力，根據(jù)實(shí)際壓載情況計(jì)算定傾高度并記錄對(duì)應(yīng)吃水，研究固定吊力下定傾高度和沉箱吃水的關(guān)系。試驗(yàn)主要數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)情況見下表：

4 試驗(yàn)結(jié)論

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合吊力P與定傾高度m值之間的關(guān)系，得P=-71.87m2-295.3m+13.97，式中P為吊力（單位：噸），m為定傾高度（單位：米）。

固定吊力值P=257.3噸時(shí)，以原型數(shù)據(jù)擬合得水位T與定傾高度m值的相關(guān)公式：T=1.342m+12.73，式中T為水位（單位：米）。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張仲文，劉子琪，郭科，等.港口工程施工手冊(cè)[M].北京：人民交通出版社，2015。

[2] 于洋.浮箱助浮沉箱出運(yùn)工藝技術(shù)探討[J].珠江水運(yùn)，2021（7）：047.

[3] JTS167-2-2009，重力式碼頭設(shè)計(jì)與施工規(guī)范[S].

[4] 李永鋒.大型沉箱起重船大吊力助浮出運(yùn)技術(shù)[J].水運(yùn)工程，2020（7）：223-226.