黃慶云

【摘 要】文章以汕頭港廣澳港區(qū)一期工程沉箱安裝為實(shí)例，介紹了采用200 t起重船沒水安裝900 t沉箱的施工方法?？紤]到當(dāng)時(shí)的船機(jī)設(shè)備狀況（難以調(diào)配到900 t以上的起重船）和施工成本2個(gè)方面的因素，采用當(dāng)時(shí)現(xiàn)有的200 t起重船進(jìn)行沉箱安裝。由于起重船的起吊能力遠(yuǎn)小于沉箱重量，而且沉箱安裝后完全處于水下，在最低水位也無法露出，因此采取了如下工藝措施：對(duì)沉箱頂部進(jìn)行密封（用封倉蓋板），從而可以利用沉箱在水中的浮力，同時(shí)封倉蓋板上設(shè)置能露出水面的灌水囪和相應(yīng)的操作平臺(tái)，以便安裝過程向沉箱空腔內(nèi)灌水使之下沉。該施工方法獲得了極大的成功，曾獲得“中交三航局QC成果二等獎(jiǎng)”。

【關(guān)鍵詞】準(zhǔn)備；施工；方法；沉箱

【中圖分類號(hào)】U655.54 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2016）02-0088-03

1 概況

汕頭港廣澳港區(qū)一期工程共有沉箱49件，其中A、B、C型沉箱分別為1件、47件、1件。B型沉箱重883 t，長11.26 m，寬9.5 m，高14.3 m，另有1 m的前趾，每沉箱設(shè)6個(gè)隔倉（前后各3個(gè)）。沉箱安裝底標(biāo)高為-15.0 m，頂標(biāo)高為-0.7 m，拋石基床大部分厚度為3～4 m，強(qiáng)夯基床。

現(xiàn)場(chǎng)的自然條件：①設(shè)計(jì)低水位為+0.33 m，沉箱安裝后頂部無法露出水面；②沉箱預(yù)制廠至安裝現(xiàn)場(chǎng)的距離為0.5 nm（0.926 km），該區(qū)域有防波堤掩護(hù)，風(fēng)浪小，利于施工；③安裝季節(jié)正值夏季，易遭到臺(tái)風(fēng)襲擊。

2 安裝前準(zhǔn)備工作

2.1 安裝工況分析

沉箱（B型）入水后所受最大浮力為363 t，而沉箱自重為883 t，沉箱在水下的重量為520 t，依此計(jì)算需用520 t以上的起重船才能安裝沉箱?？紤]到大型起重船難以租用到且費(fèi)用昂貴，為節(jié)約成本，擬采用“三航起九”（起重能力為200 t）方式安裝沉箱。為了克服“三航起九”方式起重能力不足的問題，決定用鋼蓋板在頂部將沉箱密封，增加沉箱在水下的排水體積，以增大浮力。沉箱密封后，在水下的最大浮力可達(dá)1 585 t。因此，沉箱密封后，在其安裝下沉的過程中，可向沉箱倉內(nèi)灌水，并控制灌水量，使沉箱所受浮力基本等于其重量（沉箱自重加上所灌水的重量）。在實(shí)際安裝過程中，控制其靜重為50 t左右，以利于200 t起重船安裝就位。

2.2 設(shè)置水尺及安裝標(biāo)志

在沉箱四角所有側(cè)面涂畫水尺，以便于安裝時(shí)觀測(cè)。水尺高度范圍為自沉箱頂部以下7.3 m。水尺以每10 cm為一刻度，涂紅白相間的油漆。

另在沉箱頂部前后兩側(cè)邊緣安設(shè)標(biāo)志桿，標(biāo)志桿長3.5 m，沉箱底著落于基床后（此時(shí)水尺已完全在水下，無法用于觀測(cè)）標(biāo)志桿仍可露出水面，以便于測(cè)量、觀測(cè)及定位。

此外，在臨時(shí)碼頭設(shè)臨時(shí)水文站，定時(shí)觀測(cè)以確定施工時(shí)的水位。

2.3 封倉蓋板

如前所述，采用封倉蓋板密封沉箱，以增加沉箱在水中的浮力，達(dá)到可用200 t起重船安裝883 t沉箱的目的。沉箱有6個(gè)隔倉（尺寸為3.4 m×4.23 m），故采用6個(gè)獨(dú)立的封倉蓋板。預(yù)制沉箱時(shí)，在沉箱頂部預(yù)埋M24螺帽，間距為1 m，用于鎖固封倉蓋板，封倉蓋板與沉箱頂部之間墊橡膠止水板（寬50 cm、厚30 mm），以達(dá)到止水目的。

蓋板面板采用8 mm厚的鋼板，主肋為[18a槽鋼，次肋為[10槽鋼，主次肋等高連接，每個(gè)鋼蓋板設(shè)有一個(gè)直徑為800 mm、高3.5 m的灌水囪，并設(shè)操作平臺(tái)，便于施工人員進(jìn)行灌水操作。綜合考慮成本、施工工期等因素，鋼蓋板共制作5套合計(jì)30片，周轉(zhuǎn)使用。

2.4 有關(guān)參數(shù)

2.4.1 壓載平衡水

沉箱有前趾，造成沉箱偏心，必須在沉箱后倉灌壓載平衡水，以保證沉箱在下水過程中的平衡與穩(wěn)定。前趾重G1=23.9 t，前趾重心到沉箱平衡中心（位于沉箱縱隔墻中心）的距離L1=5.21 m，沉箱內(nèi)壓載水重G2=1.025×3.4×4.23×3×H（H為灌水高度），壓載水重心到沉箱平衡中心距離L2=2.375 m，G1×L1=G2×L2，故H=1.19 m。也就是說，沉箱安裝過程中，后面3個(gè)倉的壓載水水位應(yīng)始終保持比前倉3個(gè)倉的壓載水水位高1.19 m，只有這樣，沉箱才能保持平衡。

2.4.2 臨界吃水深度

沉箱自重為883 t，加上封倉蓋板、壓載水的重量，總重為953.6 t，為確保沉箱在下沉及就位過程的安全，起重船持力為50 t左右，設(shè)沉箱臨界吃水深度為h，則50+9.5×11.26×1.025×h+（1.05+0.65）×1×0.5×11.26×1.025=953.6，計(jì)算得h=8.15 m。

2.4.3 半潛駁下潛深度

半潛駁型深3.3 m，沉箱底板距甲板高0.4 m，半潛駁下潛到沉箱吃水8.15 m時(shí)停止下潛，半潛駁底離海底面應(yīng)有1.0 m富余水深。因此，半潛駁下潛深度為3.3+0.4+8.15=11.85 m，加上富余水深1 m，半潛駁下潛區(qū)域水深應(yīng)達(dá)12.85 m，現(xiàn)場(chǎng)最低水位為0.83 m，因此半潛駁下潛區(qū)域海底標(biāo)高應(yīng)低于-12.02 m。

2.4.4 補(bǔ)充說明

以上參數(shù)的確定是按照B型沉箱的尺寸計(jì)算，A、C型沉箱安裝的相關(guān)參數(shù)可類似地確定，本文不贅述。

3 安裝方法

3.1 安裝工藝流程

安裝沉箱鋼蓋板→氣囊搬運(yùn)沉箱至出運(yùn)碼頭→半潛駁就位，出運(yùn)碼頭→沉箱上半潛駁→沉箱后倉灌平衡水→半潛駁拖航至下潛海域→半潛駁下潛至預(yù)定深度→起重船就位，掛鉤吊穩(wěn)沉箱→半潛駁繼續(xù)下潛至一定深度→起重船吊起并拖運(yùn)沉箱到安裝現(xiàn)場(chǎng)→沉箱倉內(nèi)灌水到指定高度（沉箱下沉沒水）→起重船沒水安裝沉箱（同時(shí)測(cè)量控制）→沉箱倉內(nèi)灌水至指定高度（沉箱穩(wěn)定）→水下脫鉤，起重船離開現(xiàn)場(chǎng)→安裝完畢。

3.2 半潛駁簡介

半潛駁的主要尺度和性能：型長90.6 m、型寬35.3 m、型深3.3 m、滿載吃水2.35 m、最大潛深13.2 m、滿載承重4 000 t。此外，為安裝沉箱，對(duì)潛駁的船艏進(jìn)行改造，在半潛駁船艏加制了異形船艏，當(dāng)船艏擱置于臨時(shí)碼頭時(shí)，半潛駁甲板的頂標(biāo)高剛好與臨時(shí)出運(yùn)碼頭的頂面標(biāo)高一致，以利于沉箱拖運(yùn)上半潛駁。異形船艏的尺寸為長14.4 m、寬1.5 m、高1.0 m。

3.3 沉箱上半潛駁

施工海域潮差小，平均潮差為0.8 m，半潛駁滿載吃水2.35 m，臨時(shí)出運(yùn)碼頭前沿水深3.8 m左右，因此大部分時(shí)間半潛駁可靠碼頭裝運(yùn)沉箱。先調(diào)節(jié)半潛駁壓倉水，使半潛駁的船艏高于臨時(shí)碼頭頂面20 cm左右，絞纜繩調(diào)整半潛駁位置使其就位，船艏靠于臨時(shí)碼頭，半潛駁內(nèi)注水使船艏?jí)壕o于臨時(shí)碼頭承臺(tái)鋼軌支座上；用設(shè)于半潛駁上的牽引系統(tǒng)將沉箱牽引上駁，沉箱上駁宜在漲潮時(shí)進(jìn)行，上駁時(shí)間可控制在1 h內(nèi)。

3.4 沉箱起浮

半潛駁拖運(yùn)沉箱至下潛區(qū)域后拋4個(gè)主錨，定位后灌壓倉水均勻地下沉，至沉箱吃水為8.15 m時(shí)停止下沉，起重船就位，先用吊籃吊運(yùn)操作工人及抽水泵到沉箱封倉蓋板操作平臺(tái)上，操作人員系好安全帶，然后掛鉤，起重船吊住沉箱，半潛駁繼續(xù)灌水下沉，此時(shí)沉箱離開半潛駁甲板，起重船拖運(yùn)沉箱至基床就位。

3.5 沉箱安裝

3.5.1 沉箱下降量與倉內(nèi)灌水量的關(guān)系

為了確保起重船起吊沉箱時(shí)的穩(wěn)定性和安全，沉箱安裝過程中（包括沉箱下沉過程）起重船的吃力宜保持在50 t左右，可通過向沉箱內(nèi)灌水實(shí)現(xiàn)。設(shè)沉箱下沉深度（即下沉量）為△H，同一時(shí)間內(nèi)沉箱內(nèi)灌水上升高度為△h。

則：

9.5×11.26×△H×1.025=3.42×4.3×6×△h×1.025

式中：9.5 m為沉箱寬度、11.26 m為沉箱長度、1.025 kg/m3為海水密度、3.42 m×4.3 m為沉箱內(nèi)隔倉尺寸、6為沉箱內(nèi)隔倉個(gè)數(shù)。

解得：

△h=1.21△H，兩者為線性關(guān)系。

因此，在沉箱下沉過程中，應(yīng)始終保持△h=1.21△H。同時(shí)，為保證沉箱水平和重心穩(wěn)定（抵消沉箱前趾重量造成的不平衡），沉箱前后倉的水頭差應(yīng)始終保持為1.19 m。這就是沉箱下沉過程中的灌水雙控原則。灌水雙控的方法如下：①前后倉等量同步灌水（前倉3個(gè)倉有通水孔互通，后倉3個(gè)倉有通水孔互通，但前后倉之間不能通水）；②通過浮球及測(cè)繩隨時(shí)測(cè)讀前后倉的水位；③根據(jù)△h=1.21△H，由沉箱下沉量△H確定灌水水位△h。

3.5.2 沉箱安裝就位

沉箱安裝就位過程，起重船的持力始終保持在50 t左右，相當(dāng)于用200 t起重船安裝50 t構(gòu)件。待沉箱基本就位后，灌水使之下沉，沉箱下沉接近基床面時(shí)，停止灌水；起重船吊沉箱精確就位，等測(cè)量觀測(cè)確定沉箱位置滿足要求后，繼續(xù)往沉箱內(nèi)注滿水使其穩(wěn)定，然后起重船脫鉤離開，沉箱安裝結(jié)束。

4 結(jié)語

當(dāng)今重力式碼頭的發(fā)展趨勢(shì)是沉箱越來越大型化，因此單個(gè)沉箱的重量也越來越大上述施工方法的特點(diǎn)是利用密封后的沉箱在水中的浮力，采用中小型起重船安裝超過其起重能力的大型沉箱。這是一個(gè)成功先例，其方法和思路是很有創(chuàng)意的，可為今后類似的工程提供有益的借鑒和參考。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]郝夕青.沉箱預(yù)制場(chǎng)地及下水工藝的比較[J].水運(yùn)工程，2006（3）.

[2]陶震，邵昌浩.關(guān)于重力式碼頭沉箱結(jié)合腔結(jié)構(gòu)形式的探討[J].水運(yùn)工程，2009（10）.

[3]朱烜杉.重力式碼頭施工質(zhì)量的控制策略[J].中國水運(yùn)（下半月），2011（5）.

[4]郝夕青.沉箱預(yù)制場(chǎng)地及下水工藝的比較[J].水運(yùn)工程，2006（3）.

[5]陶震，邵昌浩.關(guān)于重力式碼頭沉箱結(jié)合腔結(jié)構(gòu)形式的探討[J].水運(yùn)工程，2009（10）.

[責(zé)任編輯：陳澤琦]