外海孤岛渔港码头沉箱出运及安装工艺比选

张亮ZHANG Liang；石正伟SHI Zheng-wei；黄辉龙HUANG Hui-long

（中交上航（福建）交通建设工程有限公司，厦门 361000）

0 引言

由于沉箱具有水上工作量小、施工速度快、整体稳定性好的较大优势，其已在码头和防波堤等水工结构的建造过程中得到了广泛应用。一般情况下，沉箱的施工流程主要包括陆地加工场内的沉箱预制、沉箱陆地出运、沉箱下水、沉箱水上运输与沉箱安装定位。沉箱陆上转运主要有气囊和台车等方法；沉箱下水有半潜驳、起重船吊运、斜坡道下水等方法；水上运输有半潜驳、平板驳、浮运拖带等方法。每个工程的沉箱出运都需要根据现场水文地质环境条件、沉箱尺寸大小重量等实际情况、各采用其中一种方法进行组合施工来完成沉箱从预制、下水、运输到最后安装的过程。各种组合工艺没有最好的，只有最合适的。

福建某渔港工程突堤式码头采用沉箱结构，单个沉箱重近500t，共48 个，在渔港码头中属于单个重量较大，总体数量较多的工程。该项目地处孤岛，远离大陆，交通不便，岛上多山场地有限，无法建造大型预制场，受风浪特别是台风影响大，采用何种工艺来确保沉箱出运安装顺利完成是本工程施工组织的重中之重。本文从技术、经济、安全方面进行分析比较，根据孤岛特殊环境、工期、船机设备等因素，对沉箱出运、安装方案进行了比选，最终采用了大型起重船整体吊运下水存放、拖轮拖带浮运安装的工艺，为类似工程提供借鉴。

1 工程概况

福建某渔港工程分为一南一北两个港区，其中突堤式码头长度150m，宽度25m，设计标高+8.00m，采用重力式方型沉箱结构。沉箱共包括3 种类型，其中标准沉箱CX1型尺寸为长13.20m，宽6.94m，高度9.10m，横向有2 个仓格、纵向有3 个仓格，仓格尺寸为3.50m×3.07m，仓格四周加强角0.2m×0.2m。沉箱前壁厚0.40m，后壁厚0.30m，侧壁厚0.30m，横、纵隔墙厚0.20m，前、后趾宽0.8m，单件沉箱所需砼量186.7m3，钢筋用量30.09t，异形沉箱分别是CX1a、CX2 型，其中CX1 型43 件，CX1a 型4 件，CX2 型1件，合计48 件，单件最重沉箱473.2t。如表1 沉箱参数一览表所示。

表1 沉箱参数一览表

2 方案比选

本工程是比较罕见的一港两址模式，其中突堤式码头所在的港区民房密布，沿岸没有合适的预制场地，只能在场地较大的另一个港区进行沉箱预制。为此预制场和安装现场分别位于海岛上的南北两个澳口里，海上行程6 海里，虽然属于近程浮运，但是外海施工受风浪影响较大。根据现场实际情况，拟定三种出运安装方案进行比选。

2.1 方案介绍

第一种方案：起重船配合自航驳出运安装

沉箱预制完成后，由起重船将沉箱吊运至自航驳上，根据自航驳吨位和尺寸，每船装运1-3 个沉箱，然后起重船和自航驳航行至安装现场，各自驻位好后，起重船从自航驳上吊出沉箱进行安装。

第二种方案：采用气囊通过临时斜坡道溜放下水后拖带浮运安装。

在预制场边上设置一个临时下水斜坡道，配备相应地锚和卷扬机，利用气囊将沉箱逐个转运到斜坡道上端，低潮时用卷扬机配合气囊将沉箱溜放到海里临时存放。高潮时由拖轮拖带浮运至安装现场进行安装。

第三种方案：起重船吊运沉箱下水后拖带浮运安装。

沉箱预制完成后，由起重船将沉箱吊运至港池里进行临时存放，高潮时由拖轮拖带浮运至安装现场进行安装。

2.2 方案比选

第一种方案采用起重船配合自航驳出运安装，施工工序少、简单明了，沉箱下水和安装同时进行，起重船和运输船同时进退场。起重船和运输船进场后，出运安装受天气影响大，工期不好把控。按3 天安装2 个，平均每月可施工天数24 天，需3 个月。投入费用：起重船包干360 万，2000t 自航驳按3 个月120 万，合计480 万。

第二种方案采用气囊转运并通过临时斜坡道溜放下水后拖带浮运安装，辅助工作较多（斜坡道、地锚等），配套设备器具多（千斤顶、气囊、空压机等），沉箱下水和安装可以分开进行，不需要大型起重船，可以提前溜放，对预制场压力小。提前把沉箱溜放下水，按1 天安装1 个，平均每月可施工天数24 天，需2 个月。现场具备条件后可随时进行安装。投入费用：沉箱专业班组340 万，配套斜坡道及地锚等费用50 万，合计390 万。

第三种方案采用起重船吊运沉箱下水后拖带浮运安装，施工工序较少，沉箱下水和安装可以分开进行，沉箱浮运吃水较深，赶潮水时间短，需要大型起重船，提前把沉箱吊下来，港池里起重船吊运存放沉箱时间可控。按1 天安装1 个，平均每月可施工天数24 天，需2 个月。投入费用：起重船包月，按2 个月240 万，拖轮及辅助船舶按3 个月120 万，合计360 万。

3 方案实施

3.1 起重船参数性能及吊装方案：如表2 船舶及起重参数所示

表2 船舶及起重参数

3.1.1 起重船参数性能：如表3 起重性能表所示

表3 起重性能表

3.1.2 吊装方案

考虑到安全、进度、成本及工序衔接的情况下，经过比选，确定第三种方案为最优方案，即起重船吊运沉箱下水后拖带浮运安装。

3.2 吊孔及吊架、吊索设计

3.2.1 吊孔设计

单个沉箱设计4 个吊孔，吊孔由国标无缝钢管制成，沉箱前壁2 个吊孔采用内径250mm，壁厚30mm，长度为400mm；沉箱后壁2 个想吊孔采用内径250mm，壁厚30mm，长度为350mm。

3.2.2 吊架设计

按设计图纸吊孔在沉箱长方向两侧，为确保沉箱安全，吊运时设置钢吊架改变沉箱受力方向。吊架呈长方形，长11.225m，宽4.74m，四个角采用Φ1000，壁厚20mm，高1.1m 无缝钢管，四边由Φ610，壁厚12mm 无缝钢管焊接成长方形，并设置交叉内支撑。吊架受力最大的钢管所受轴向力1670kN。

吊点设在四个角钢管上下，分为上吊耳、下吊耳，吊耳采用δ40mm 钢板制作，穿过插销作为吊点。

连接起重船与吊架的上吊索使用Φ100mm 钢丝绳共4 根，单根长度12m，每根钢丝绳一头直接挂在起重船吊钩上，另一头通过上吊耳与吊架连接，每股吊索的允许破断拉力为13901.5kN，实际受力不大于9017.7kN，安全系数为2.0；吊架与沉箱吊孔连接的下吊索使用Φ56mm 钢丝绳共8 根，单根长6m，每2 根为一组。在沉箱壁内外两侧套住起重销柱，以起吊沉箱，其中沉箱壁外侧的吊索与起重销柱固定连接，该吊索安全系数为2.0。

3.3 浮游稳定及拖带力计算

拖运前计算沉箱的浮游稳定，干舷高度，沉箱吃水深度等，经过浮游稳定试验确定技术参数。经理论计算，在不加水的情况下沉箱吃水5.8m，能漂浮但不稳定，这时沉箱后壁隔仓内注水1.7m，其他隔仓注水1m 达到浮游稳定，沉箱吃水6.5m。每个沉箱各个部位密度都会有偏差或者沉箱里个别有灰渣，通过前几个沉箱进行试验，取得的数据是注水1m 达到浮游稳定，沉箱吃水6.2m 左右，干舷高度2.9m，满足要求。

4 施工流程及方法

4.1 沉箱下水及存放

吊装前，起重船先到临时码头就位，由起重工把吊架、索具和操作平台挂上。然后起重船到预制场前沿驻位，前后4 个锚均由锚艇下锚。边角等个别位置角度不好时，在岸上设置地锚，前缆带到地锚上。

起重船大致就位后，待潮水涨到3.2m 后（起重船后部吃水4m），起重船慢慢向沉箱靠近，并启动大钩，在起重人员指挥下，准确对位，把索具和操作平台套进沉箱里，起重人员通过爬梯上到操作平台上，把吊装插销从沉箱外侧插进吊孔里，再把沉箱内外两侧的下吊索套进吊装插销，并插好防脱锚栓，4 个吊装插销都挂好后，起重船缓缓起钩，平稳起吊沉箱。待沉箱离地50cm 后，检查无异样后，起重船绞动后锚，后退在指定位置暂停。沉箱临时存放场在预制场的侧面，距离较近，这时通过锚艇移动两个前锚，起重船再绞动前锚即可到达存放场，到达指定位置后，起重工趁低潮摘掉吊装插销后，沉箱存放到位，起重船吊起吊架及吊索，再涨潮后潮水通过吊孔进入沉箱，沉箱稳定坐底。

4.2 沉箱拖带浮运

标准沉箱干舷高度满足规范要求，不用采取封仓措施。低潮的时候用钢板加泡沫胶的方法把4 个吊孔进行封堵，然后把沉箱里面的水抽到沉箱能浮游稳定的高度，首个沉箱静置24 小时检查漏水情况，确保拖运过程不漏水。

拖带采用围缆拖拽的方式，用2 根Ф22 的钢丝绳捆住沉箱，沉箱顶部设置钢筋挂钩用以固定钢丝绳位置，长边均布挂2 个钢筋钩子，短边中间挂1 个钩子，将钢丝绳固定在沉箱顶部往下5m 的位置。

围缆钢丝绳长50m，一端用卸扣捆住沉箱，另一端通过卸扣和拖轮的拖钩连接。

低潮时做好相关准备工作，并检查确认钢丝绳捆绑连接到位，潮水涨到5.5m 左右，沉箱浮起后，查看沉箱平衡状况，如果倾斜较大，则适当加水调平。然后拖轮拖带沉箱缓缓启动，按照既定航线行进到安装现场。

4.3 沉箱安装

第一排沉箱采用驳船定位辅助进行粗安装，先安装第一个沉箱（粗安装）→以第一个沉箱为依靠安装第二个沉箱（精确安装）→如第一个沉箱安装精度不符合要求，则起浮第一个沉箱并以第二个沉箱为依托进行精确安装→以第二个沉箱为依托安装第三个沉箱，由此方法依次顺序安装。具体步骤如下：

①沉箱定位好后箱内注水缓慢下沉，当底部距离抛石基床顶面约30cm 时，测量人员对其进行复核，满足要求后继续下沉到基床，再复核位置，若偏差较大，抽水上浮继续调整。

②沉箱下放过程中，相邻沉箱间的缝宽采用3cm 板支垫控制。第一、二块沉箱安装应准确控制，反复复核，符合要求后下放，保障第1、2 个沉箱安放的位置准确。

③沉箱坐底后，测量人员观测沉箱安装偏差，如偏差过大，不符合规范标准要求，重新调整安装，直至安装合格。

④待经历2 个潮水后对沉箱沉降位移观测，若位移及沉降超出设计及规范要求应重新调整，直至符合要求后进行箱内回填。

5 施工中注意事项

5.1 航线的摸排，潮流、水深、渔网、暗礁等等

在沉箱拖运过程中，沉箱吃水约6m 左右，为确保安全行驶，拖带船拖运前进行航线摸排，航行过程中注意需潮流、水深、渔网、暗礁等影响因素，根据多次往返探索确定最佳航行路线，在拖带过程中严格按照该路线行驶。

5.2 窗口期的建立

本工程沉箱拖运安装受风浪、潮水影响较大，施工难度较大，施工前须严格按照方案做好相应准备工作，做到人员有交底、材料物资准备充足、设备运转正常，所有构配件均检查合格。在施工前期，根据现场每一次实际拖带安装情况，总结改善施工方法程序，使沉箱拖带安装平稳有序进行。

5.3 沉箱漏水、拖带系统检查，拖带警戒等等

沉箱进水孔采用实心木加塞，内外壁加设6mm 厚，30cm×30cm 钢板，四周喷泡沫胶，四角打入钢钉进行严密性封堵，防止沉箱漏水；注水期间严密观测箱内水位，如发现漏水情况严禁进行拖带作业，立即采取补救措施，待沉箱浮游稳定且不漏水后方可进行拖带。每次拖带过程严格检查拖带钢丝绳的是否有磨损、断丝及其他异常情况，检查合格方可投入使用。拖带过程中，拖带班组乘坐警戒船时刻跟随，一方面要密切观察拖带过程是否顺利进行，随时做好应急调整准备；另一方面做好安全警戒工作，防止漂浮物、外来船舶等不利因素影响，确保安全拖带。

6 实施效果及控制措施

本工程沉箱拖带、安装共历时两个月，各个沉箱安装精度满足规范要求，完成了既定施工目标任务，为下一步箱内回填、上部结构施工打开了工作面，保障了项目的有序进行。

6.1 进度控制

风浪、潮位是影响进度最重要的两个因素，风浪大则无法拖航、潮位低则储存区沉箱无法起浮。风浪、潮位都是客观气象因素，人为不可更改，在大致掌握风浪，通过精心组织、合理谋划，抢抓每一个大潮、不浪费每一个好天气，才能保证施工进度，确保项目保质保量完成任务。做好物资保障，组织保障及各时间节点的安排。

6.2 质量控制

本工程选择了经验丰富、责任心强的班组进行沉箱定位安装工作。沉箱安装时，将待安装沉箱通过4 个手拉葫芦与已安装沉箱连接，调整葫芦松紧程度来控制沉箱位置，当测量复核沉箱位置符合要求后，果断加水下沉使沉箱落底。安装过程中采用木板来控制沉箱之间的缝宽，木板厚度与沉箱缝宽一致，这样也减小了沉箱之间因碰撞而造成的损伤。

7 结语

本工程沉箱出运安装方案在投标和前期准备阶段都是考虑采用起重船配合自航驳的方案，然而实施前由于工程所在附近区域海上风电大干快上、全面展开，导致能满足要求的自航平板驳供不应求，价格暴涨，且一船难求，项目部因势而变、果断决策、迅速调整方案，改为起重船吊运下水和水上拖带的办法，即解决了无船可用的难题，顺利安装了沉箱，又降低了施工成本。

由此可见，虽然沉箱出运安装的方法很多，但外海孤岛沉箱出运安装工艺应该根据特殊的施工环境和时段，顺势而为，不要拘泥于固定思维，解决问题才是硬道理。