重力式沉箱碼頭沉箱安裝與施工問題分析

毛括

（江西省港口集團有限公司，江西南昌330008）

0 引言

因沉箱施工技術在港口碼頭中具有獨特優勢，所以沉箱結構在重力式碼頭中應用十分廣泛，隨著我國水運事業的快速發展以及深水泊位建造規模的擴大，沉箱預制尺寸和規模也在向高大發展。沉箱主體預制及快速高效安裝作為一項主要的分項工程，是重力式沉箱結構施工的重點環節，其施工質量及進度直接關系到重力式沉箱碼頭整體質量。為此，結合具體工程，針對其外形尺寸分別為(17.159/20.076)m×11.2m×13.5m、19.880m×11.2m×14.3m、16.765m×12.0m×13.5m，質量分別為1460t、1560t、1185t，數量分別為2 個、20 個、1 個的CX1 沉箱、CX2 沉箱及預留沉箱進行重力式沉箱碼頭大型沉箱預制、出運、裝駁運輸及安裝等進行關鍵技術分析，以期為大型沉箱安裝施工提供借鑒指導。

1 沉箱出運

考慮到該重力式沉箱碼頭沉箱預制場設置在原遠船艙內，在完成沉箱預制后必需將其移送至寄存場，待沉箱安裝前通過氣囊將沉箱搬運至出運碼頭前，駁至2#半淺駁上后由拖輪拖運至安裝場。通過200t 起重船和半潛駁船配合完成整個安裝過程。

1.1 氣囊搬運

待沉箱箱體預制好后，采用超高壓氣囊運載沉箱后滾動平移出坑。具體而言，先將圓柱形膠囊平鋪于沉箱底面，持續向囊內填充氣體以便將沉箱支頂起來，達到設計高度后取出支撐枕木，根據實際頂升高度進行承載面積計算。其中氣囊總長度最小值主要結合其壓力容許值進行確定，并據此依次確定出氣囊使用數量及具體平鋪位置。運輸氣囊的承載面實際寬度B 主要受到其工作高度H 和直徑D 兩個因素的綜合影響，在向氣囊充氣的過程中囊體因同時受到沉箱的擠壓而發生形變，此時其囊體截面可以近似看作是兩個半圓。為確保沉箱混凝土結構具備一定強度，必須嚴格控制氣囊間距，防止以上操作中氣囊疊壓在一起[1]。

待氣囊充氣后實際高度達到0.4m 設計高度后，應在卷揚機的牽引下滾動氣囊，使其上的沉箱隨之移動，為保證沉箱移動方向和2.5m/min 的設計速度，同時還應在沉箱兩側各布置2 臺8t 卷揚機，在滑輪組的同步牽引下前移；并在沉箱兩側與其前行方向相反，布置相同牽引，以起到牽制和穩固作用。卷揚機所施加的牽引力應按照沉箱實際重量的5%控制；出運碼頭坡面坡度控制在1.5%。

鋼絲繩主要使用公稱抗拉強度1960MPa、破斷力37.3t 的φ24mm 纖維芯鋼絲繩材料，且經過分析，該型號鋼絲繩在沉箱牽引過程中安全系數比5.0 的規范值大，故符合設計要求。

1.2 半潛駁出運

該重力式碼頭沉箱安裝采用長50.5m、寬30.2m、深4.5m、設計載重量3000t、空船吃水1.5m 的SH-3#型半潛駁。沉箱上設置由導輪固定架、鋼絲繩、卷揚機、滑輪組等構成的半潛駁牽引系統。半潛駁每次裝載1 個沉箱，并待沉箱裝入駁船后移動至半潛駁中央，加強支墊。待半潛駁上沉箱結構支撐牢固后撤出氣囊，并借助艙內排水浮力和潮水上漲力脫離碼頭承臺支座，同時在后錨的輔助下駛離碼頭[2]。

2 沉箱基礎持力層選擇

該重力式沉箱碼頭沉箱安裝場地位于濱海淺灘地帶，該地區上部主要為海陸交互相沉積物和陸相沉積物土層為主，基底主要為片麻狀、上侏羅統條痕狀混合巖。由上至下各土層形式屬性及性能參數具體如表1所示。

表1 土層形式屬性及性能參數

結合該沉箱碼頭水工主體結構計算結果，基床頂面應力擴散后傳遞至地基的應力能夠滿足地基承載力允許值要求。必須充分考慮符合設計水深、拋石基床構造厚度、控制沉降等的基礎上進行該重力式沉箱碼頭基礎持力層選擇，并盡可能避免開挖基槽及拋石回填基床工程量，最終，拋石基床持力層采用強風化混合巖。

3 沉箱安裝

通過氣囊搬運+半潛駁出運工藝將沉箱運移至安裝施工現場后，嚴格按照設計要求及事先放置的浮筒標志進行200t 起重船拋錨定位，并待水位降至2.8m后實施沉箱安裝。將起重船調整后使其船頭面向東側，船體和前沿線保持垂直，并將2 臺測量儀器設置在岸上測量平臺處，通過正面交匯法進行沉箱實際安裝過程的控制，將6 根尼龍纜綁系于定位方駁纜樁。船機駐位及沉箱安裝布置具體，如圖1所示。

待半潛駁到達設計位置后壓載下沉，考慮到沉箱外形長×寬×高為19.30m×19.8m×18.2m，自重2696t，當沉箱結構自重和水體浮力互相抵消達到平衡狀態時，沉箱上浮吃水深度臨界值為8.65m，為保證沉箱結構始終處于穩定狀態，必須在其箱體下沉至8.65m 前注水壓載，并在沉箱內注入與各倉高度相同的水。沉箱安裝前必須準確計算各倉加水量、加水速度及沉箱穩定性保證率；待半潛駁到達設計位置后，將200t 起重船移動至與沉箱靠近，并向半潛駁水艙內注水。隨著注水過程的持續進行，半潛駁持續下潛，并待沉箱吃水尺寸到達6.8m 時將起重鉤掛在起重船上，注水和下潛過程繼續保持；當沉箱吃水尺寸到達8.5m 時，增加起重船實際吊力，使沉箱和半潛駁脫離，此時應同時移動半潛駁，并停止注水，檢查沉箱平面位置以及沉箱底面坡度和基床頂面坡度的符合情況，無誤后，起重船吊鉤緩慢放下，以使沉箱緩慢著床[3]。此時，還應當按照設計要求將沉降、位移等觀測點設置于沉箱頂面各頂角處，以便實施觀測。

4 結語

經過對施工數據的分析并結合施工實踐可以看出，單個沉箱安裝過程持續時間基本為7.5～8.5h，包括4h 左右的抽水時間、1h 左右的從儲運場轉運沉箱的時間、3h 的沉箱壓水安裝時間，并且此安裝時間是流域位于低潮期、流速不超出0.4m/s 的情況下所得到的時間，也就是說，重力式沉箱碼頭沉箱安裝最佳時機應選擇在潮汐差變化較小的死汛前后低潮平流期，并在安裝期間加強實際水位、流速等的觀測記錄，確保安裝成功。本次重力式沉箱碼頭所采用的“氣囊搬運+半潛駁出運”的沉箱安裝方式是經過多次研討和論證所確定的結果，在沉箱施工期間水流流速和沉箱施工歷時之間得到了較好控制，為沉箱安裝效率和準確性提供了保證。