1600t起重船助浮3000t半潜驳出运沉箱施工技术

任思光

摘 要：唐山港曹妃甸港区通用散货泊位三期工程水工结构工程沉箱浮游稳定吃水14.4m，由于公司自有半潜驳3#最大潜深18.7m，半潜驳型深4.5m，甲板上台座高1m，因此沉箱可下潜至吃水13.2m，不能满足沉箱浮游稳定条件，需采用大型起重船助浮。本工程中，我们根据沉箱助浮出运的施工技术难点进行研究，制定出技术方案并成功实施，取得了一定的经济和社会效益，值得类似工程借鉴。

关键词：浮游稳定吃水 起重船助浮 沉箱出运 m值

1.工程概况

1.1 工程规模

唐山港曹妃甸港区通用散货泊位三期工程水工结构工程位于曹妃甸一港池西岸，建设15万、10万、5万吨级泊位各1个，水工结构按照20万吨级泊位预留，码头主体为正南正北方向，采用重力式沉箱结构，岸线长度855m。

本工程主体段共有沉箱4 6座，其中A型1 8座、B型2 1座，且A、B型沉箱尺寸最大，为17.45m×16.1m×21.6m（长×宽×高），沉箱单重约2750t，浮游稳定校核吃水14.414m，故选择对A、B型沉箱进行出运工艺研究。

1.2沉箱浮游稳定分析

本工程A、B型沉箱校核吃水如表1。

正常出运时，m值取0.3，此时A、B型沉箱浮游稳定吃水14.4m，由于公司自有半潜驳3#最大潜深18.7m，半潜驳型深4.5m，甲板上台座高1m，因此沉箱可下潜至吃水13.2m，不能满足沉箱浮游稳定条件，需采用大型起重船助浮。

采用起重船助浮时，m值可取0 . 1 m，此时沉箱稳定校核吃水14.1m，5、8、9～12仓格压载3.62m海水，1～4、6、7仓格压载4.59m海水。

沉箱调离台车的距离按0.3m考虑，则需起重船起吊高度1.2m，此时起重船起吊沉箱和压仓水的重量，等于排开海水的重量17.45×14.8×1.2×1.025=318t。同时考虑到4根钢丝绳重7t，8个卡环重0.6t，6人重0.4t，因此需起吊总重量326t，重力3195kN，需配备500t以上起重船辅助沉箱出运。

结合公司自有的起重28（1600t全回转起重船）良好的起重能力和操纵性能，因此采用起重28进行沉箱助浮出运。

2.工艺难点分析

（1）本工程属水上大型构件吊装，在吊浮计算时必须认真仔细，再三校核，确保吊索具受力满足规范要求。

（2）大型船机起重28与半潜驳3#相互配合是关键，在半潜驳压水至接近最大下潜深度时，起重28即开始准备加载起吊力，避免此时沉箱m=0.1时受风浪、暗流影响而导致沉箱倾斜。

（3）沉箱下潜时，各仓格的压水精确度是关键，采用刻度明显的钢芯胶皮测绳。

（4）潮流流速大，潮差大，最大潮差可达3.0米，对沉箱出运的稳定性有一定影响。

3.助浮工艺研究

3.1 吊浮计算

3.1.1吊环布设位置

下潜起浮A型沉箱需起吊重量P = 3 2 6 t，自重力标准值Gk=3195KN；起重船作业时采用主钩（4个钩爪）起吊，吊环及钢丝绳布置见图2。施工中必须保证4根串扣钢丝绳长度相同、吊环埋设位置精确，以保证按照8点吊装计算的正确性。

3.1.2吊环受力计算

①依据《水运工程混凝土结构设计规范》（JTS 151-2011），构件单个吊环钢筋截面面积可按下式计算：

A=3F/（2nfy）

其中

A——单个吊环钢筋截面面积（mm2）；

F——构件的总重力设计值（N）；

n——吊环数，当一个构件设有4个吊环时，按3个受力计算，设置8个吊环时，按6个吊环受力计算；

fy——钢筋的抗拉强度设计值（N/mm2），吊环采用Q235圆钢制作，取190N/mm2。

计算得，A=4204mm2；吊环半径r=36.6，直径d=75mm；

选用直径d=80mm，Q235圆钢制作吊环，满足设计强度要求。

3.1.3卡环选择

连接钢丝绳与吊环的卡环，选择85吨弓形卸扣，共8个。

3.1.4吊浮用钢丝绳计算和选择钢丝绳允许拉力按下列公式计算：[Fg]=αFg/K

式中[Fg]——钢丝绳的允许拉力（kN）；

Fg——钢丝绳的钢丝破断拉力总和（kN）；

α——换算系数，6×37取0.82；K——钢丝绳的安全系数，作吊索、无弯曲时，安全系数取6～7。

①钢丝绳吊索的允许拉力取决于所吊构件的重量及吊索的水平夹角，水平夹角应不小于30°，一般用45°～60°；本项目每根吊索的竖向拉力3195kN/6=533kN。

②每支吊索的斜向拉力[Fg]= F=533/cosβ（kN），β为吊索与垂直线的夹角；在此取β=20°，则[Fg]= 533/ cos20°=533/0.94=566kN。

图3中a、b为吊环位置，h为选用的起重船重载作业时吊钩在吃水线以上高度减去（沉箱干舷与吊环高度之和）；沉箱提升高度则考虑吊钩距离起重拔秆顶部的钢丝绳长度之中。

③通过②、①计算出Fg——钢丝绳的钢丝破断拉力总和（kN），

Fg=[Fg]×K/α=566×6/0.82=4141kN。

依据《GB/T 20067-2006粗直径钢丝绳》选择钢丝绳的规格，最小钢丝破断拉力总和=钢丝绳最小破断拉力×1.321（钢芯）=4141kN，则需要钢丝绳最小破斷拉力=3135kN。

选取直径82mm，钢丝公称抗拉强度1770MPa的钢芯钢丝绳，钢丝绳最小破断拉力=4240kN﹥3135 kN。

3.2 主要工序施工工艺

沉箱出运施工前，提前收听天气预报，确保海况良好。根据气象资料，确定出运时满足：风速≤6级，流速≤1.0m/s，波高≤1.5m，视程>1000m。

3.2.1沉箱平移上半潜驳

沉箱自预制场采用千斤顶、横纵移台车和顶推器进行横纵移，推上半潜驳，然后进行封车加固。3.2.2半潜驳3#起浮、拖运

封车加固后，半潜驳开始排水起浮，由两艘3000hp拖轮系缆拖运至下潜坑位置。在拖运过程中要注意观察半潜驳的纵横倾变化情况，及时调整压水，确保半潜驳及沉箱安全平稳，并通过调整航向来降低半潜驳的摇摆度。

3.2.3起重28驻位

起重28船头朝下潜坑驻位，左右舷前后均抛200m锚，两前锚的东西向位置在下潜坑的中心线上，可使起重28通过绞船进行沉箱吊浮。

3.2.4半潜驳3#驻位、下潜

拖轮拖运半潜驳进入现场后，根据起重28的驻位位置及水上浮标进行粗定位，并抛前后锚。

随后半潜驳通过调整锚缆，进行精确定位，利用GPS对半潜驳角点进行位置校核，确定准确无误后开始下潜，半潜驳下潜时横倾≤0.33°，纵倾≤0.55°，下潜过程各个阶段由起重班长通知主办工程师、测量人员及调度进行验收，验收合格后，由起重班长下达继续及停止下潜命令。

3.2.5沉箱压水

半潜驳下潜淹没沉箱截门时，沉箱开始自然压水。沉箱压水过程中重心位置可能会发生较大变化，此时注意调节半潜驳各舱室的进水速度，以克服由于沉箱重心位置变化及不平衡压载造成的倾覆力矩。为保证安全，沉箱下潜过程中，先将各仓格压水至m值0.1时沉箱浮游稳定时压水高度。

3.2.6起重船与沉箱吊环挂钩和起吊

半潜驳3 #下潜至最大潜深18.7m之前进行挂钩（此时沉箱吃水小于13.2m），起重人员将Φ82钢丝绳和85t卡环连接至沉箱预埋吊环上，并将沉箱带两根牵牛缆至起重船驾驶室前绞缆桩上。

挂钩后开始起吊，起重28缓慢增加起吊力，当起吊力达到326t时，停止增加，此时已达到沉箱设计吊浮受力，若此时沉箱未起浮，继续增加起吊力，直至沉箱被吊离半潜驳台座30cm。起重人员再次观察沉箱和起重设备的情况，无误后起重船方可将沉箱缓慢沿左侧舷吊浮出半潜驳。

3.2.7沉箱出驳、拖轮接套

沉箱起浮后通过起重28吊浮和固定在沉箱上口的牵牛缆牵引，使沉箱在半潜驳内移动。沉箱移动方向注意要与半潜驳3#船体方向保持垂直，从半潜驳左舷出驳。

待起重28吊浮沉箱离开半潜驳50m后，由起重28旋转扒杆，吊浮沉箱至起重28右舷，扒杆起杆，待沉箱靠近右舷后，继续对沉箱进行压水，使此时m值达到0.3（即5、8、9～12压载3.985m，1～4、6、7仓格压载4.953m，沉箱稳定吃水14.414m），随后将沉箱带缆至起重28锚桩上。

此时两艘1000hp拖轮靠近沉箱，起重工将拖轮上缆绳带至沉箱顶口吊环上，并将拖轮与沉箱用缆绳带紧，此时起重人员将卡环打开，起重船与沉箱分离，并向后绞船50m，由拖轮拖带沉箱至储存场或现场安装。

4.结语

曹妃甸通用散货三期工程，采用1600t起重船助浮3000t半潜驳工艺，实现了安全出运大型沉箱46座。

该工艺进一步完善了现有的半潜驳出运沉箱工艺的不足，即使在將来4000t，乃至5000t的大型沉箱出运，均可参照本工程大型起重船助浮半潜驳出运沉箱工艺进行施工。同时，本工程沉箱结构为20万吨级，我公司通过现有船机设备，大胆地进行技术实践，可继续向更高更大泊位的沉箱结构进军，显著提高了沉箱施工能力同时，也验证了大型沉箱结构在水工结构中的良好适应性。

参考文献：

[1]张耘浩，刘思国，姜恒志，朱德华.起重船助浮大型圆沉箱半潜驳出运工艺[J]；水运工程；2012年08期.

[2]殷诗昌；200t起重船助浮圆沉箱安装技术[J]；中国水运（下半月）；2014，14（6）.

[3]赵佳波；王洪涛；马青松；赵校辉；孟凡林；半潜驳工程应用功能的新发展[J]；中国港湾建设；2008年03期.