重力式沉箱码头沉箱安装与施工问题分析

毛括

（江西省港口集团有限公司，江西南昌330008）

0 引言

因沉箱施工技术在港口码头中具有独特优势，所以沉箱结构在重力式码头中应用十分广泛，随着我国水运事业的快速发展以及深水泊位建造规模的扩大，沉箱预制尺寸和规模也在向高大发展。沉箱主体预制及快速高效安装作为一项主要的分项工程，是重力式沉箱结构施工的重点环节，其施工质量及进度直接关系到重力式沉箱码头整体质量。为此，结合具体工程，针对其外形尺寸分别为(17.159/20.076)m×11.2m×13.5m、19.880m×11.2m×14.3m、16.765m×12.0m×13.5m，质量分别为1460t、1560t、1185t，数量分别为2 个、20 个、1 个的CX1 沉箱、CX2 沉箱及预留沉箱进行重力式沉箱码头大型沉箱预制、出运、装驳运输及安装等进行关键技术分析，以期为大型沉箱安装施工提供借鉴指导。

1 沉箱出运

考虑到该重力式沉箱码头沉箱预制场设置在原远船舱内，在完成沉箱预制后必需将其移送至寄存场，待沉箱安装前通过气囊将沉箱搬运至出运码头前，驳至2#半浅驳上后由拖轮拖运至安装场。通过200t 起重船和半潜驳船配合完成整个安装过程。

1.1 气囊搬运

待沉箱箱体预制好后，采用超高压气囊运载沉箱后滚动平移出坑。具体而言，先将圆柱形胶囊平铺于沉箱底面，持续向囊内填充气体以便将沉箱支顶起来，达到设计高度后取出支撑枕木，根据实际顶升高度进行承载面积计算。其中气囊总长度最小值主要结合其压力容许值进行确定，并据此依次确定出气囊使用数量及具体平铺位置。运输气囊的承载面实际宽度B 主要受到其工作高度H 和直径D 两个因素的综合影响，在向气囊充气的过程中囊体因同时受到沉箱的挤压而发生形变，此时其囊体截面可以近似看作是两个半圆。为确保沉箱混凝土结构具备一定强度，必须严格控制气囊间距，防止以上操作中气囊叠压在一起[1]。

待气囊充气后实际高度达到0.4m 设计高度后，应在卷扬机的牵引下滚动气囊，使其上的沉箱随之移动，为保证沉箱移动方向和2.5m/min 的设计速度，同时还应在沉箱两侧各布置2 台8t 卷扬机，在滑轮组的同步牵引下前移；并在沉箱两侧与其前行方向相反，布置相同牵引，以起到牵制和稳固作用。卷扬机所施加的牵引力应按照沉箱实际重量的5%控制；出运码头坡面坡度控制在1.5%。

钢丝绳主要使用公称抗拉强度1960MPa、破断力37.3t 的φ24mm 纤维芯钢丝绳材料，且经过分析，该型号钢丝绳在沉箱牵引过程中安全系数比5.0 的规范值大，故符合设计要求。

1.2 半潜驳出运

该重力式码头沉箱安装采用长50.5m、宽30.2m、深4.5m、设计载重量3000t、空船吃水1.5m 的SH-3#型半潜驳。沉箱上设置由导轮固定架、钢丝绳、卷扬机、滑轮组等构成的半潜驳牵引系统。半潜驳每次装载1 个沉箱，并待沉箱装入驳船后移动至半潜驳中央，加强支垫。待半潜驳上沉箱结构支撑牢固后撤出气囊，并借助舱内排水浮力和潮水上涨力脱离码头承台支座，同时在后锚的辅助下驶离码头[2]。

2 沉箱基础持力层选择

该重力式沉箱码头沉箱安装场地位于滨海浅滩地带，该地区上部主要为海陆交互相沉积物和陆相沉积物土层为主，基底主要为片麻状、上侏罗统条痕状混合岩。由上至下各土层形式属性及性能参数具体如表1所示。

表1 土层形式属性及性能参数

结合该沉箱码头水工主体结构计算结果，基床顶面应力扩散后传递至地基的应力能够满足地基承载力允许值要求。必须充分考虑符合设计水深、抛石基床构造厚度、控制沉降等的基础上进行该重力式沉箱码头基础持力层选择，并尽可能避免开挖基槽及抛石回填基床工程量，最终，抛石基床持力层采用强风化混合岩。

3 沉箱安装

通过气囊搬运+半潜驳出运工艺将沉箱运移至安装施工现场后，严格按照设计要求及事先放置的浮筒标志进行200t 起重船抛锚定位，并待水位降至2.8m后实施沉箱安装。将起重船调整后使其船头面向东侧，船体和前沿线保持垂直，并将2 台测量仪器设置在岸上测量平台处，通过正面交汇法进行沉箱实际安装过程的控制，将6 根尼龙缆绑系于定位方驳缆桩。船机驻位及沉箱安装布置具体，如图1所示。

待半潜驳到达设计位置后压载下沉，考虑到沉箱外形长×宽×高为19.30m×19.8m×18.2m，自重2696t，当沉箱结构自重和水体浮力互相抵消达到平衡状态时，沉箱上浮吃水深度临界值为8.65m，为保证沉箱结构始终处于稳定状态，必须在其箱体下沉至8.65m 前注水压载，并在沉箱内注入与各仓高度相同的水。沉箱安装前必须准确计算各仓加水量、加水速度及沉箱稳定性保证率；待半潜驳到达设计位置后，将200t 起重船移动至与沉箱靠近，并向半潜驳水舱内注水。随着注水过程的持续进行，半潜驳持续下潜，并待沉箱吃水尺寸到达6.8m 时将起重钩挂在起重船上，注水和下潜过程继续保持；当沉箱吃水尺寸到达8.5m 时，增加起重船实际吊力，使沉箱和半潜驳脱离，此时应同时移动半潜驳，并停止注水，检查沉箱平面位置以及沉箱底面坡度和基床顶面坡度的符合情况，无误后，起重船吊钩缓慢放下，以使沉箱缓慢着床[3]。此时，还应当按照设计要求将沉降、位移等观测点设置于沉箱顶面各顶角处，以便实施观测。

4 结语

经过对施工数据的分析并结合施工实践可以看出，单个沉箱安装过程持续时间基本为7.5～8.5h，包括4h 左右的抽水时间、1h 左右的从储运场转运沉箱的时间、3h 的沉箱压水安装时间，并且此安装时间是流域位于低潮期、流速不超出0.4m/s 的情况下所得到的时间，也就是说，重力式沉箱码头沉箱安装最佳时机应选择在潮汐差变化较小的死汛前后低潮平流期，并在安装期间加强实际水位、流速等的观测记录，确保安装成功。本次重力式沉箱码头所采用的“气囊搬运+半潜驳出运”的沉箱安装方式是经过多次研讨和论证所确定的结果，在沉箱施工期间水流流速和沉箱施工历时之间得到了较好控制，为沉箱安装效率和准确性提供了保证。