起重船助浮沉箱下水情況下的定傾高度與吊力關系研究

張佳運

摘 要：制作試驗模型，在實驗室中模仿施工海域施工條件，研究在有波浪作用，起重船多吊點助浮沉箱時，沉箱在復雜受力情況下，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。

關鍵詞：沉箱;助浮;定傾高度;吊力

中圖分類號：U674.35? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2022）02-0103-02

隨著重力式碼頭墻身主要結構沉箱的不斷大型化，傳統(tǒng)沉箱預制廠下水滑道不能滿足沉箱自然起浮水深條件的工況時有發(fā)生，當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，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計的第一選擇[2]。現(xiàn)行技術標準和操作規(guī)程中均提及可采用起重船助浮沉箱下水的施工方藝，但缺少詳細的操作流程及明確的指標要求，未對沉箱干舷高度、定傾高度、壓載時機等做出量化規(guī)定，導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目依托，在實驗室中模仿施工海域施工條件，按比例制作沉箱模型，分析試驗數(shù)據(jù)，研究沉箱在復雜受力情況下，定傾高度與吊力之間的關系，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 工程概況及試驗必要性

大連港大窯灣北岸某20萬噸集裝箱碼頭工程需預制沉箱29個，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?shù)乩碚撋疃然鶞拭嫫鹚悖料漕A制廠下水滑道末端水深-10.3米，4米以上潮高累計頻率小于10%[4]。綜合考慮預制廠前沿水深、漂浮接高需用水域、船機調遣等因素，對比整體改造沉箱預制廠滑道、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)行技術標準明確指標要求和國內外項目可借鑒經驗的情況下，有必要進行物模試驗確定在波浪作用、起重船多吊點等復雜受力時沉箱定傾高度與吊力之間的規(guī)律，進而得出適宜的干舷高度及倉內壓載等要求，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。

2 試驗準備

2.1試驗設備及道具

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

2.2 試驗模型

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，在模型適當位置配重，使模型重量分布與原型滿足重力相似，實稱模型重量43.45公斤，轉換實體重量為2780.8噸，偏差+0.67%，滿足試驗要求。

3 試驗過程

3.1 試驗模型及系統(tǒng)的可靠性驗證

試驗對應定傾高度分別為0.1米、0.2米時沉箱模型的起浮水位，通過比尺關系換算成原型吃水，并于理論吃水進行對比，結果如表1。

在不同定傾高度情況下，試驗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%，精度滿足試驗要求，故采用該模型系統(tǒng)進行相關試驗結果可靠。

3.2 試驗條件及數(shù)據(jù)

通過試驗區(qū)前端的蛇型三維波造波機制造相當于施工海域0.5米波高的規(guī)則波，不考慮風況對沉箱起浮的影響的情況下，開展兩類試驗：一是沉箱模型箱內僅壓截平衡水，調整吊力并根據(jù)自然起浮狀態(tài)下的吃水計算定傾高度，研究固定壓載情況下定傾高度和吊力之前的關系;二是固定吊力，根據(jù)實際壓載情況計算定傾高度并記錄對應吃水，研究固定吊力下定傾高度和沉箱吃水的關系。試驗主要數(shù)據(jù)統(tǒng)計情況見下表：

4 試驗結論

根據(jù)試驗數(shù)據(jù)擬合吊力P與定傾高度m值之間的關系，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，以原型數(shù)據(jù)擬合得水位T與定傾高度m值的相關公式：T=1.342m+12.73，式中T為水位（單位：米）。

參考文獻：

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

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

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

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