箱涵式沉箱浮运安装施工技术

姚耿哲

（中交四航局第二工程有限公司，广东广州 510220）

0 引言

在水工建筑物中，沉箱一般采用陆上预制、水上浮运安装施工工艺。常规沉箱布置多为连续“一字型连续”或“单个独立”布置，结构上为多仓方形或圆形钢筋混凝土结构，容易通过增、减仓格水量实现自浮和下沉安装。但在非常规设计布置下箱涵式沉箱的安装施工中，由于沉箱下部箱涵式结构，使常规浮运安装施工工艺下无法通过自身结构实现自浮。本文将介绍码头工程取水口中箱涵式沉箱浮运安装施工技术。

1 工程背景

本工程取水口共11 件沉箱，A、D、E 型沉箱顺岸布置，B、C型沉箱垂直于A 型沉箱布置，单件沉箱重量约为1306.43～2633.25t。其中A 型、B 型为箱涵式沉箱，B 型沉箱结构不对称，两件B 型沉箱下部箱涵与A 型沉箱下部箱涵对接。

2 浮运安装理论思路

为实现取水口非常规布置下箱涵式沉箱浮运安装，提出以下理论思路：

2.1 自浮设计

根据《重力式码头设计与施工规范（JTS 167-2—2009）》，沉箱安装自浮需满足：①沉箱的干舷高度应满足公式要求：②定倾高度不下于0.2m。

2.1.1 A 型沉箱自浮设计

A 型沉箱在不采用助浮措施的情况，自身重力大于浮力，无法自浮，需采取助浮措施。下部箱涵为四道水流通道，通道体积1984.7m3，通过对箱涵结构进行封仓增加浮力实现自浮，封仓采用钢封门。利用CAD 软件建立沉箱三维模型，通过查询模型特性信息，得到沉箱的重心、体积、惯性矩等数据。采用Excel 建立浮游稳定计算表，试算确定在上部沉箱仓格中加入1m 左右压仓水，干舷高度和定倾高度满足要求。

2.1.2 B 型沉箱自浮设计

B 型沉箱在不采用助浮措施的情况，自身重力大于浮力，无法自浮，需采取助浮措施。B 型沉箱箱涵通道为弯折通道，箱涵侧壁分布不对称，导致重心偏心，不平衡力矩过大。下部箱涵通道体积931.08m3，采用钢封门进行封仓增加浮力，增加空仓结构，在上部沉箱仓格中压载砂，减小自重和不平衡力矩，利用上文相关软件试算确定压载砂分布和数量，使干舷高度和定倾高度满足要求。

2.2 钢封门设计

钢封门采用沉箱预制模板改造，由钢面板、钢桁架组合而成，A 型沉箱采用8 套外钢封门。由于A 型、B 型沉箱有2 条箱涵通道对接相通，故B 型沉箱一侧采用内封门，一侧采用外钢封门。

（1）钢封门在沉箱安装过程中，受内外水头差产生的水压力，外钢封门支撑在混凝土面上，内钢封门支撑在钢牛腿上，最高水位为1.6m，钢封门底部高程为-9.0m，内外水头差为10.6m，钢封门底部水压最大最不利。钢封门主要承受外侧海水水压力，水压力通过钢封门面板及竖肋传递至横向主梁上，横向主梁由双拼槽钢+10 号槽钢的组合桁架，主梁间距为1m，主梁与沿钢封门周边设置24#槽钢连接，24 与10mm 钢板封边，通过midas gen 进行验算，强度、变形满足要求，如图1 所示。

（2）为确保沉箱在浮运和安装过程中箱涵通道内无海水渗入，在钢封门与沉箱接触面之间采用橡胶止水带进行止水，止水带安装在钢封门上，采用槽钢挤压固定。

3 浮运安装施工

结合取水口沉箱平面布置，取水口沉箱安装顺序：E 型→A-2 型→B-2 型→C-2 型→2×A-3 型→A-1 型→B-1 型→C-1型→D 型→E 型。

图1 钢封门结构

箱涵式沉箱浮运安装施工与常规沉箱安装有所不同，以B型沉箱为例，施工步骤如下：

（1）钢封门安装。将内钢封门支撑牛腿用螺栓固定于箱涵内壁上，汽车式起重机将内钢封门、外钢封门依次吊起安装。按照压载方案，用吨袋装填砂，吊入各沉箱仓格。安装操作平台、进出水阀门管道。

（2）陆上出运（顶升、横移、纵移、上驳）。摆放气囊，空压机进行充气，卷扬机通过钢丝绳和插销将沉箱横、纵移至出运码头。半潜驳乘潮靠出运码头，气囊滚动沉箱上驳，枕木支垫。

（3）半潜驳运输。拖轮拖带半潜驳，运输至下潜坑。

（4）下潜、出坞、浮游拖运。半潜驳下潜，根据浮游稳定计算结果调整压仓水，使沉箱处于漂浮状态。

由于A 型、B 型沉箱下部设置有钢封门，钢封门上设置有进气管和排水管，安装时在平台上设置空压机与进气管相连接，进气管和排水管穿过钢封门伸入沉箱箱涵结构底部。半潜驳分多次下潜，每次下潜约1m 后停止下潜，静止5min 后，开启空压机往箱涵结构内充气，观察排水管是否有水排出，若无水排出，则半潜驳继续下潜。若有水从排水管排出，则停止下潜，半潜驳缓慢上浮，在半潜驳上检查钢封门气密性，对漏气部位进行封堵。

通过半潜驳和拖轮上的牵引交叉钢丝绳，拖动沉箱出坞，由拖轮缓慢拖运沉箱至安装位置基床。

（5）安装。驳船挂带沉箱到安装位置附近后，慢慢前进，将水流方向上方的钢丝绳与待安装沉箱上钢丝绳连接，方驳解开钢丝绳并离开。慢慢启动卷扬机，拉动沉箱到接近安装位置基床上方。在沉箱就位过程中逐步向沉箱各仓注水，使沉箱平衡下沉，当沉箱下沉至一定深度后，在已安沉箱与待安沉箱之间，交叉连接2 个20t 手拉葫芦和纵向2 个20t 手拉葫芦，并随着沉箱下沉不断将手拉葫芦收紧。在已安沉箱与待安沉箱接缝处，根据要求放置调整缝隙用的木板，当沉箱底面与基床面距离0.3～0.5m 时，对沉箱进行精确定位，如图2 所示。

图2 下潜、出坞、浮游拖运

（6）钢封门水下拆除。详细步骤：①平衡内外水压力。为确保潜水员在拆除钢封门过程中不会被内外水头差形成的吸附力吸附，在拆除钢封门前先开启预留的通气孔阀门，海水充满箱涵通道平衡水压；②外钢封门拆除。钢丝绳连接钢封门吊点，潜水员松除钢封门固定螺丝，起重船起吊完成拆除；③内钢封门拆除。钢丝绳连接钢封门吊点，依次松除牛腿与内钢封门连接螺丝，启动卷扬机使内钢封门倾倒，启动卷扬机将钢封门通过已安装A型沉箱箱涵通道拖出，采用起重船吊起完成拆除，见图3。

图3 内钢封门拆除

钢封门作为临时止水措施，能够承受住水压力，基本起到隔绝海水的作用，但是在钢封门处理细部上仍存在改进之处：①在水压力的作用下，钢封门橡胶止水带会压缩，使固定钢封门的螺栓松弛，应当在半潜驳下潜沉箱出坞前由潜水员对螺栓进行二次加固；②在水压力作用下，钢封门局部产生变形，形成缝隙，使得海水渗入箱涵结构内。可在橡胶止水带与沉箱接缝处采用柔性止水材料进行封堵，也可在箱涵通道内布置水泵进行排水。

在同类沉箱安装或大型结构物水下安装中，可借鉴本工程按经验，利用结构物自身特点，增加空腔体积以增加浮力，利用压载抵消不平衡力矩，实现结构浮运安装。

4 结论

通过在本工程中的实践，取水口箱涵式沉箱在钢封门辅助下实现自浮，其中B 型沉箱的非对称仓格压载砂方案也基本抵消沉箱“偏心结构”产生的不平衡力矩，使沉箱在拖运、安装过程中倾斜幅度小，安全实现浮运安装。同时合理的安装顺序，也利于过程中沉箱的位置调整，提高沉箱安装精度。