箱船下水及压舱混凝土浇注施工工艺

郑玉龙

（中交四航局第五工程有限公司，福建福州 350008）

1 工程概况

本工程位于厦门港古雷港区，具体在福建省漳浦县东山湾古雷半岛西侧，与台湾隔海相望。新建排洪渠明渠段共设计方块两层，-6～-3m为第一层，需安装24个方块；-3～0.0m为第二层，需安装方块30个。

2 箱船出运下水

箱船出运下水作业时，必须借助出运箱涵时预埋的地牛及出运斜坡道运输。后拉地牛尺寸规定值为3m×3m×3m，浇筑采用C25型号混凝土，中间预埋拉环采用直径70mm的圆钢弯制，外露300mm，埋深1200mm。前拉地牛尺寸为2m×2m×2.5m，浇筑混凝土同上，中间预埋拉环采用直径70mm的圆钢弯制，外露300mm，埋深1000mm。

2.1 箱船出运牵引力计算

箱船单件重量为115t，箱船出运采用气囊出运，气囊滚动时与地面的摩擦系数μ=0.05，出运通道设计坡度为6%（1:16.7）。所以箱船在出运过程中：

水平面处卷扬机牵引力F1=μ×G=115×0.05=5.75t；斜坡道摩檫力F2=μ×Gcosα=0.05×115×100/100.18=5.74t；在下坡处溜力F3=G×sinα=115×6/100.18=6.89t；在下坡处后拉力F4=G×sinα-μ×Gcosα=115×6/100.18-0.05×115×100/100.18=1.15t。

箱船出运过程采用2台卷扬机牵引，牵引箱涵钢丝绳数量为n=2，单台卷扬机牵引力F牵引=f×G/n=5.75/2=2.88t；斜坡道处后拉采用2台卷扬机，后拉箱涵钢丝绳数量为n=2，单台卷扬机拉力F拉=F4/n=1.15/2=0.575t。

2.2 牵引点受力验算

根据箱船陆上、海上牵引、拖带受力情况，在箱船前、后底部设置4个牵引点，前、后顶部设置4个牵引点。

由《港口工程桩基规范（JTJ 254—1998）》[1]中附录E“吊耳板设计”知：

孔壁局部受压承载力（MPa）：

孔壁受拉承载力（MPa）：

式中：α-动力系数，起吊和水平运时取1.3，吊立过程取1.1，按1.3计算；yg-荷载分项系数，取1.35；P-吊耳板荷载标准值，由前文计算得28800N；r-吊耳孔半径，取50mm；δ-吊耳板厚度，取15mm≥0.05B=12.5mm，B-吊耳板宽度，B=（2.4～2.6）d，取2.5d=250mm，d-吊耳孔直径，取100mm；fcj-局部紧接承压强度设计值，采用Q235时为125MPa；R-吊耳板半宽，取125mm；ftj-孔壁受拉强度设计值，采用Q235时为145MPa。

计算得：σcj=40.4MPa≤fcj=125MPa，σtj=55.9MPa≤ftj=145MPa，满足要求。

2.3 地牛稳定性验算

卷扬机与地面夹角取30°，根据水平锚碇验算公式：KT1≤G+F，得地牛受力为：G≥KT1-F=KT1-μT2=2×sin30°×2.88-0.5×cos30°×2.88=1.9t。本工程地牛自重G地牛=V混凝土×ρ混凝土=2×2×2.5×2.45=24.5t＞1.9t（满足要求）。式中：K-安全系数，一般取2.0；T1-锚碇受T力后的垂直分力，T1=Tsin30°；F-摩擦力，F=μT2；μ-摩擦系数，无板栅锚碇取0.5；T2-锚碇受T力后的水平分力，T2=Tcos30°；ρ混凝土-混凝土重度，取2.45t/m3。

2.4 出运滚动气囊的选择

（1）气囊的规格和主要功能：气囊选择正规、专业的生产工厂选配，长度按照构件的实际底宽设计。拟选用直径1.0m的高压气囊作为滚动气囊。

（2）施工气囊的选择条件：按照构件原有出运边宽选配单根气囊的长度要吻合，再确定出运（顶升）高度范围，综合计算出承载面积大小，并按气囊的可承受压力阈值计算所需气囊的最短总长度。工作总长度应按最短总长度的1.2倍以上系数设计，目的是防止出运过程中气囊破裂或气囊受力不均时气囊超负荷运行。最后确定气囊根数及按规定定位。气囊承载面宽度B与气囊直径D和气囊工作高度H有关。气囊受压变形后，其截面可看作宽度由直径为H的2个半圆和长度为B的方形组成。

（3）气囊的摆放：根据构件的结构特点以及操作的方便，气囊摆放一般采用单列的排放法。

2.5 箱船出运

在现场预制场南侧空地上针对钢结构箱船进行分体焊接工艺，下部需垫上1000cm×300cm×200cm的方木辅助支垫。

低潮时借助斜坡道优势出运，箱船底部塞入气囊，然后取出垫木，利用预制场预先埋设的地牛（出运箱涵的前拉及后拉地牛），用卷扬机拖带至出运平台，高潮时箱船起浮后用拖轮拖带至出运平台临水面，采用缆绳加以固定。箱船出运时最好选择低潮时出运，气囊搬运安置过程中不能带水作业，保持环境干燥。

箱船焊接好后，在出运平台放置时，技术人员对焊缝进行密封性测试。若发现有漏水现象尽快安排电焊工进行返工补焊加固。

3 压舱混凝土浇筑

混凝土运输方式是靠罐车运输，混凝土泵车泵送，在出运平台上往2#和3#空舱内浇筑3m厚的压仓混凝土。

数据分析确定，浇筑的压舱C30混凝土需要1063.69t，加上箱船自重115t，此时箱船整体入水达3.91m深。针对类似情况，应该预先在离2#和3#空舱底部3.3m高度上，在离1#和4#空舱底部1.5m高度上，预先埋置若干个进水阀门，分布位置对称于各仓格，保证基础施工的稳固性。

控制箱船稳定的方法：①控制混凝土的坍落度，尽量缩小塌落值，制约混凝土的流动性；②采取分仓浇注的方法；③浇注时控制好分层厚度；④浇注时要密切关注箱船的平衡程度，适当调整浇注位置。

4 箱船拖带及安装

基槽夯实、整平验收合格后关注气象资讯，选择适合天气进行箱船拖带及安装，海上风速小于4m/s，流速小于1m/s。

拖轮拖带平板驳，平板驳侧系靠箱船，移动到待安装海域，获取平板驳测量定位数据，以此确定箱船安装的位置。拖带距离计算可知约150m。

箱船安装准备就绪，确定顶标高+0.7m，预先在箱船的四个角焊接接长2m高的DN50无缝钢管用于定位测量获取数据。钢管顶标高+2.7m，高潮时保证能露出水面。同时在箱船安装的纵横向位置延线上设立岸上导标，同时测量定位。在纵轴线上，在新建挡水围堰上设立AB导标，在横轴线上，排洪渠北侧，设立CD导标，进行测量控制。按设计布置完成后，再对称拧开进水阀门位于箱船底部仓格内，箱船会缓慢注水下沉。

经过二次复检确定箱船沉放位置，若与要求不相符，在低潮时派潜水员下水关闭仓格内的阀门，用水泵将仓格内的水对称同步抽出，箱船慢慢起浮后再次进行沉放，直至满足要求。

5 箱船混凝土浇注

（1）施工准备工序：浇筑混凝土分仓进行，提前做好浇注前的各项准备工作，泵车预先开至排洪渠侧面的空地上，测量准确泵管到仓格的距离，泵车准备。北侧箱船混凝土浇注时，采取57m长的泵车支立在南侧防潮坝处的空地上，泵车支立的地方和范围，预先用挖掘机进行压实或垫高。南侧箱船混凝土浇注时，选用57m长的泵车支立在旧排洪渠北侧与北侧防潮坝中间的空地上。

（2）仓格内排水：待潮水落潮，低于+0.7m时，立刻用2台7.5kW的水泵将仓格内的水进行外排。另增加1台1.5kW的小水泵尽量排干箱船内积水。1#和4#仓格，每个仓格内存水约505m3。7.5kW的水泵抽水效率系数按照0.8考虑，排水高度6.7m，每台水泵每小时抽水量计算如下：7.5×1000×3600×0.8=M×1000×9.8×6.7M=329t。505t×60min/（2×329t）=46min。两台水泵46min可以将仓格内的水排除。

（3）浇筑混凝土：待仓格内的水抽干后方可浇筑C30混凝土。因为箱船底为平板设计，积水很难用水泵一次排水干净。在混凝土浇注时可从仓格一角开始浇注，混凝土顺流缓慢进入，将积水推送到另一个角落，这时才可启动1.5kW的小水泵将所有积水排干净。

若在抽水过程中发现箱船有渗漏点，必须及时解决、封堵。若渗漏处呈细条型可塞上土工布；若渗漏处较大可将锥型木塞端头缠绕土工布，再按位置契入渗漏处。

根据东山潮汐表显示，从潮水高度+0.5m落潮至潮水上涨至+0.5m大概需要6h。抽水工作以1.5h计算，箱船混凝土浇筑分仓格、分层进行，抽干一个仓格后对其仓格浇注混凝土，每层浇筑高度控制在1.5m内，预算容量达到113m3，依据每小时浇注60m3，总工时约2h；混凝土初凝前应该保持干燥，避免水淹，并考虑在水淹前1h停止浇注。

浇注混凝土的同时再对另一个仓格进行抽水作业。待下层混凝土初凝前才可浇筑上层混凝土，上层混凝土浇筑完毕后马上涂刷一层水玻璃旱强剂。涂刷水玻璃作业，施工人员应站立在箱船顶部搭设的跳板上，采用软毛刷蘸上水玻璃溶剂，均匀平整地从仓格一边的混凝土表面，往另一边进行涂刷。

矩形段分为4个仓格，1#和4#仓格，每个仓格需浇筑方量452m3。2#和3#仓格，压舱混凝土已浇筑3m高，因此每个仓格需浇筑方量226m3。

梯形段分为3个仓格，浇筑作业分层进行。

6 结语

经过长时间的努力研究，箱船下水及压舱混凝土浇注施工工艺不断得到创新与改进，施工工艺质量越来越高，工序管理也显著加强，能更好地应对严苛环境条件的限制，使压舱混凝土顺利浇筑，施工效率大大提升，节省施工成本，为以后类似工程积累宝贵经验。