大型沉箱預制場地規(guī)劃與配套機械設備的選擇

井光水+藍家香

摘 要：文章結合福州港松下港區(qū)牛頭灣作業(yè)區(qū)12#、13#泊位工程預制場地建設與配套機械設備的選擇，分析影響預制場地建設因素、怎樣合理選擇配套機械設備，總結施工經(jīng)驗，為類似工程提供借鑒。

關鍵詞：地基承載力 塔吊布設 機械效能 沉箱預制場

1.工程概況

1.1工程概況

福州港松下港區(qū)牛頭灣作業(yè)區(qū)12#、13#泊位工程位于福州市長樂市松下鎮(zhèn)，碼頭結構型式為重力式沉箱結構，總長度為576.99m，其中12#泊位碼頭長度311.49m，13#泊位碼頭長度265.5m。沉箱預制共計31件，甲型沉箱23件、乙型沉箱6件、乙1型沉箱2件。

1.2地質條件

根據(jù)業(yè)主提供的地質勘察資料，沉箱預制場地所在區(qū)域原泥面標高為-3.0m左右，地質情況由上而下大致可分為6層：①灰～灰黃色粉細砂，厚度3～4m，標貫擊數(shù)為9～15擊；②灰色粉質粘土夾粉砂，厚度2～6m，標貫擊數(shù)為12～20擊；③灰～灰黃色含礫粉細砂，厚度6～12m，標貫擊數(shù)為15～25擊；④灰色黏土，厚度6～9m，標貫擊數(shù)為18～28擊；⑤雜色中粗砂，厚度11～13m，標貫擊數(shù)為25～40擊；⑥砂土狀強風化層，標貫擊數(shù)>50擊。

1.3場地回填

沉箱預制場地全部由開山碎石陸上回填而成，頂標高為+8.0m（基準：當?shù)乩碚撟畹统泵妫峦靥詈穸燃s為11m，石料規(guī)格為10～100kg。

1.4地基承載力驗算

該工程甲型沉箱重4100t，單位面積重9.838t/m2。

參考《重力式碼頭設計與施工規(guī)范》（JTS 167-2-2009）相關規(guī)定，沉箱通過基床對地基的荷載，可有應力擴散，因此，單件沉箱的地基承載面積可相應擴大，即988.04m2。

經(jīng)計算，單件甲型沉箱面積內回填石料重8251.505t（回填石堆積密度1.8t/m3），加上沉箱重合計為12351.505t，作用在地基上的單位面積重12.501t/m2。

根據(jù)《港口工程地基規(guī)范》（JTS 147-1-2010）附錄G中表G.0.3-3，砂土承載力設計值fd（KPa）取最小值140KPa（合力方向與豎向的夾角為0°）。經(jīng)換算，砂土承載力為14.0t/m2>12.501t/m2，滿足承載力要求。

2.場地規(guī)劃

2.1自然條件

（1）風況。根據(jù)長樂氣象站多年風速資料及福州港松下港區(qū)一年測風資料并結合在本地多年的施工經(jīng)驗，對該工程影響最大的為東北風。因此，門機、塔吊的行駛方向應盡量與東北向垂直，如受其他因素影響，無法在垂直方向布設，應加強防風措施，如：增加防風地垅的數(shù)量、自重；改用直徑較大的纜風鋼絲繩等。另外，生活區(qū)布設在沉箱的下風向，可有效的降低風況對工人生活的影響，以滿足文明工地要求。

（2）潮汐。潮汐主要影響預制場地標高的確定。

該區(qū)理論最低潮面在85黃海高程以下3.81 m，羅星塔基面以下1.631m。

根據(jù)設計資料，該工程設計潮位如表1所示。

預制場地標高應保證在極端高水位時不被海水倒灌淹沒，以滿足沉箱預制安全施工的要求。

2.2出運碼頭及出運通道坡度

出運碼頭的位置、標高及出運通道的坡度對沉箱預制場的標高和朝向有一定的影響。

（1）出運碼頭位置的選擇主要考慮以下方面：

碼頭前沿水深滿足半淺駁低潮靠泊要求；碼頭前水域滿足半淺駁調頭半徑要求；進出航道水深滿足船舶航行要求；盡量減少沉箱在場地內的倒運，避免沉箱拐彎運移。

（2）出運碼頭標高應滿足以下兩個要求：

①盡量保證在較低的高潮位時能夠進行沉箱上駁施工；②盡量減少高水位時海水淹沒出運碼頭的區(qū)域和深度；

（3）出運通道的坡度應小于2%，以滿足沉箱運移的安全。

綜合自然條件和出運碼頭及出運通道坡度的因素影響，該工程沉箱預制場地標高最終確定為+8.9m，沉箱出運碼頭頂標高為+7.0m，出運通道長度為142.0m，通道坡度1.34%（滿足安全施工要求）。

3.配套機械設備的選擇3.1門機高度和跨度選擇

在選擇門機時，首先應根據(jù)沉箱尺寸確定門機的凈高（吊鉤有效起升高度）和跨度。門機凈高如下：

h2—沉箱標準層外模高度或標準層內模高度；

h3—吊鉤距模板頂?shù)淖钚〈怪备叨龋?/p>

該工程沉箱尺寸（單位：m）：18.986×21.95×24.0（長×寬×高），分六層澆筑，底層高1.5m，標準層高4.5m，標準層外模（含護欄和模板下平臺）高6.1m，內模高4.6m。

因此，門機凈高和跨度有以下兩種方案選擇：

（1）方案一 沉箱澆筑至頂層后，標準層外模從沉箱頂?shù)踹\

由于標準層外模高度大于內模高度，h3取吊鉤距外模頂?shù)拇怪备叨取８鶕?jù)規(guī)范要求，模板吊裝時鋼絲繩與模板夾角不得小于60°，故該工程h3=5.5m。

門機凈高H=24+6.1+5.5=35.6m。跨度≥27m。

（2）方案二 沉箱澆筑至頂層后，標準層外模從沉箱側邊吊運

此時h2取沉箱標準層內模高度，經(jīng)計算，吊鉤距吊點的最小垂直高度為3.86m。為降低門機高度，內模吊點可適當降低，該工程內模吊點降低1.3m，因此，吊鉤距模板頂?shù)淖钚〈怪备叨萮3=3.86-1.3=2.56m。

門機凈高H=24+4.6+2.56=31.16m。

由于外模從沉箱側邊吊運，門機跨度和沉箱間距需適當增加。經(jīng)演算，沉箱一側與門機支腿間距應≥10m，因此門機跨度≥33m，且沉箱間距應≥8m。

結合該工程所在地的自然工況，為降低門機的施工安全風險和建造成本，同時降低塔吊高度，選擇方案二：門機凈高為33.0m，跨度為34.1m，沉箱間距為8m。

門機在設計和現(xiàn)場布設時，駕駛室盡可能按圖1進行安裝，以保證駕駛員在內模吊放時有良好的視野，降低施工風險，同時縮短門機與塔吊間距，降低場地建設成本。

3.2門機機械效能參數(shù)選擇

（1）吊鉤起重量。該工程沉箱最重模板為標準層內模（15t），單個吊鉤起重量為35t。

（2）吊鉤起升速度。吊鉤起升速度對模板安裝施工效率影響較大，但速度過快則會有一定的安全隱患。因此在與廠家及公司安全部門溝通后，根據(jù)沉箱高度，該工程門機起升速度確定為5.0m/min。

（3）吊鉤聯(lián)動。該工程門機設有兩個吊鉤，在門機設計或改造時，兩個吊鉤應既能單獨升降、行走，又能同時升降、行走，以節(jié)省模板安拆時間，提高施工效率。

3.3 塔吊

塔吊高度根據(jù)門機高度進行設定，作業(yè)半徑則由場地規(guī)劃及半潛駁相關參數(shù)確定，應確保鋼筋加工和綁扎、沉箱運移和上駁均在塔吊的作業(yè)半徑之內。塔吊尾端起重量應根據(jù)現(xiàn)場施工需求確定。該工程兩臺塔吊作業(yè)半徑均為60m，尾端起重量為3.6t，滿足現(xiàn)場施工需要。

4.結束語

實踐證明，該工程沉箱預制場地規(guī)劃建設合理，基礎穩(wěn)定，未產(chǎn)生不均勻沉降，滿足沉箱預制、堆放荷載要求。通過對配套機械設備型號、性能方案的比選和優(yōu)化，施工效率較高，能夠滿足工程進度要求，可為類似沉箱預制場地建設和機械設備的配套選擇提供借鑒。

參考文獻：

[1]JTS 167-2-2009.重力式碼頭設計與施工規(guī)范[S].

[2]JTS 147-1-2010.港口工程地基規(guī)范[S].