异型沉箱拖运及安装工艺

国春风，刘盛祥

（中交一航局第三工程有限公司，辽宁 大连 116083）

0 引言

梳式防波堤是近几年来出现的新型防波堤，在传统直立防波堤基础上，用翼板结构代替了部分沉箱。当梳式结构的翼板不直接连接到基床时，部分波浪会通过下方的空洞传入港内，此结构称为透空式梳式防波堤。与传统防波堤相比，梳式防波堤具有造价相对低廉、有效减小波浪反射、减小波浪力、有效吸收波能等特点。

作为梳式防波堤墙身结构的“梳式沉箱”，其拖运、安装是一项施工难度较大、成本较高的工序。本文结合大连港大窑湾北防波堤异型沉箱拖运、安装的实践经验，概要介绍异型沉箱施工的问题、解决措施和优化工艺，满足了工程组织要求，保证了安全、质量和工期，降低了施工成本。

1 工程概况

大连开发区大窑湾港区北防波堤工程全长667m，由斜坡段和直立段两部分组成，直立段由18个沉箱组成，其中分布于直立段主体范围内的A、B、C型沉箱为异型沉箱（见图1），A型为单侧翼板两面大脚、B型为两侧翼板三面大脚、C型为单侧翼板三面大脚，安装时要求翼板与翼板相接[1]，翼板厚0.8m，长3m，高14.5m[1-2]。

2 施工组织要求

1） 考虑到沉箱预制周期和强度增长周期较长，为避免影响现场安装需求，要求提前进行沉箱预制施工。

2） 预制场预制台座数量有限，且任务量饱满，要求预制完毕的沉箱及时进行溜放、拖运施工。

3）本工程工期紧，地处开敞式海域，基础施工完毕后要求及时进行沉箱安装施工。

4）由于大连周边在建工程项目较多，起重船数量有限等因素，要求研究可替代起重船进行异型沉箱安装的施工工艺。

3 异型沉箱拖运安装工艺

图1 防波堤直立段效果图Fig.1 Effectdraw ing of the verticalbreakwater section

为满足“施工组织要求”的需要[3]，异型沉箱必须经历“拖运→储存→二次拖运→安装（非起重船）”的工艺流程，为此，需解决“压舱物比选、隔墙配筋核算、浮稳敏感度试验、安装工艺优化”等关键问题[2]，针对上述问题采取相应措施。

3.1 压舱物比选

3.1.1 固体压载

考虑到异型沉箱纵向（最不利方向）不平衡力矩很大，需要恢复平衡的压载物重度很大，而沉箱内隔墙厚度仅200mm，压载物高差过大可能造成隔墙的破损，为此，考虑固体压载法（压石），并进行浮游稳定计算。

经计算，满足浮游稳定要求，但由此带来两个问题，一是施工方法繁琐，且装载压载块石过程中存在很大的质量和安全隐患（沉箱仓格深度达14m），二是沉箱储存时仓格内势必会进水，进入压载块石空隙的水无法抽干又会造成沉箱浮游再次不稳定，且无法进行准确计算。

3.1.2 液体压载

为满足“沉箱储存后二次拖运”的施工要求，规避压石法出现的不利问题，考虑采用液体压载法（压水），并进行浮游稳定计算。

经浮游稳定性计算可行，但压载物高差很大，需对沉箱隔墙配筋进行核算。

3.2 隔墙配筋核算

沉箱内隔墙厚度仅200mm，液体压载物高差很大，对沉箱隔墙配筋进行核算。

核算结果表明，需对沉箱隔墙配筋进行调整。

3.3 浮稳敏感度问题

由于异型沉箱最不利方向（纵向）不平衡力矩很大，理论计算表明其需平衡水很多（条件最差的C型沉箱压载水达9.36 m高），沉箱干弦高度较小，其浮游稳定敏感度很高，为此，制作C型沉箱模型进行液体压载浮稳敏感度模拟试验。鉴于玻璃和混凝土的重度比较接近，模型制作选用玻璃材料，比尺为1∶0.052，见图2。

图2 C型沉箱模型压载水示意图Fig.2 The liquid ballast sketch of type C caissonmodel

通过对模型相关数据统计分析，得出了异型沉箱液体压载法浮游拖运可行的结论。3.4 沉箱安装工艺优化

由于异型沉箱设计安装要求为翼板与翼板相对，无翼板的沉箱海侧间距为两个翼板长6 m（见图3），造成沉箱安装时难以控制待安沉箱的位置。

图3 异型沉箱安装示意图Fig.3 Specially profiled caisson installation

考虑施工组织的要求，参考其他工程沉箱安装方法，结合本工程特点，研究使用“手扳葫芦和微调钢架的组合工艺”替代起重船安装沉箱的工艺。

4 方案实施

4.1 沉箱拖运

通过对异型沉箱“压舱物比选”的浮游稳定性计算、隔墙配筋核算和模型试验，确定了液体压载法拖运异型沉箱的可行性和优越性，沉箱隔墙配筋计算过程及调筋结果由设计单位复核、修改、确定后，在沉箱预制时进行调整，使用拖轮进行异型沉箱的拖运及储存后的二次拖运施工。

4.2 沉箱安装

购买手扳葫芦6套（沉箱安装使用4套，备用2套，见图4），手扳葫芦配16 mm直径的钢丝绳，最大控制长度54m。

加工制作微调钢架，上梁长6.05 m，下梁长5.45m，微调长度10 cm，总重量1.12 t，见图4。

沉箱安装时，每个手扳葫芦位置留1人控制钢丝绳长度，根据待安沉箱与前沿线偏差情况调整松紧。微调钢架位置处留1人控制其微调丝杠，在保证两沉箱后沿间距6m左右的情况下，根据待安沉箱与前沿线偏差，以及待安沉箱与已安沉箱错牙和安装缝情况利用丝杠微调。

图4 异型沉箱安装施工照片Fig.4 The picture of specially profiled caisson installation construction

5 结语

经实践检验，异型沉箱拖运安装施工具有如下特点：

1）从满足施工组织要求角度出发，严密分析沉箱拖运各环节，计算比选沉箱拖运压舱物。

2）浮游拖运压舱物与设计不一致时，必须进行沉箱隔墙受力计算[3]，尤其是沉箱仓隔间薄隔墙。对于不平衡力矩大、敏感度强的异型沉箱，必要时进行模型试验。

3）手扳葫芦和微调钢架的组合工艺安装异型沉箱，既满足了工程实施背景的要求，又降低了施工成本。

随着近年港口工程的蓬勃发展，更多的大型深水化、新型结构水工建筑物应运而生，本工程中异型沉箱拖运和“手扳葫芦与微调钢架组合”沉箱安装工艺的顺利实施，解决了工程实际问题，对类似工程的施工也具有一定参考价值。

[1]中交水运规划设计院有限公司.大连大窑湾港区北防波堤施工蓝图[R].北京：中交水运规划设计院有限公司，2006.CCCCWater Transport Planning and Design Institute Co.,Ltd.Construction plans for Dalian north breakwaterofDayaowan Port in Dalian[R].Beijing:CCCCWater Transport Planning and Design Institute Co.,Ltd.,2006.

[2]JTJ267—98，港口工程混凝土结构设计规范[S].JTJ 267—98,Design code for harbor engineering concrete structure[S].

[3]中交一航局第三工程有限公司.大连大窑湾港区北防波堤施工组织设计[R].大连：中交一航局第三工程有限公司，2006.No.3 Eng.Co.,Ltd.of CCCC First Harbor Engineering Co.,Ltd.Construction organization design for Dalian north breakwater of Dayaowan Port in Dalian[R].Dalian:No.3 Eng.Co.,Ltd.of CCCC FirstHarbor EngineeringCo.,Ltd.，2006.