任思光

摘 要：唐山港曹妃甸港區(qū)通用散貨泊位三期工程水工結構工程沉箱浮游穩(wěn)定吃水14.4m，由于公司自有半潛駁3#最大潛深18.7m，半潛駁型深4.5m，甲板上臺座高1m，因此沉箱可下潛至吃水13.2m，不能滿足沉箱浮游穩(wěn)定條件，需采用大型起重船助浮。本工程中，我們根據(jù)沉箱助浮出運的施工技術難點進行研究，制定出技術方案并成功實施，取得了一定的經(jīng)濟和社會效益，值得類似工程借鑒。

關鍵詞：浮游穩(wěn)定吃水 起重船助浮 沉箱出運 m值

1.工程概況

1.1 工程規(guī)模

唐山港曹妃甸港區(qū)通用散貨泊位三期工程水工結構工程位于曹妃甸一港池西岸，建設15萬、10萬、5萬噸級泊位各1個，水工結構按照20萬噸級泊位預留，碼頭主體為正南正北方向，采用重力式沉箱結構，岸線長度855m。

本工程主體段共有沉箱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，為17.45m×16.1m×21.6m（長×寬×高），沉箱單重約2750t，浮游穩(wěn)定校核吃水14.414m，故選擇對A、B型沉箱進行出運工藝研究。

1.2沉箱浮游穩(wěn)定分析

本工程A、B型沉箱校核吃水如表1。

正常出運時，m值取0.3，此時A、B型沉箱浮游穩(wěn)定吃水14.4m，由于公司自有半潛駁3#最大潛深18.7m，半潛駁型深4.5m，甲板上臺座高1m，因此沉箱可下潛至吃水13.2m，不能滿足沉箱浮游穩(wěn)定條件，需采用大型起重船助浮。

采用起重船助浮時，m值可取0 . 1 m，此時沉箱穩(wěn)定校核吃水14.1m，5、8、9～12倉格壓載3.62m海水，1～4、6、7倉格壓載4.59m海水。

沉箱調離臺車的距離按0.3m考慮，則需起重船起吊高度1.2m，此時起重船起吊沉箱和壓倉水的重量，等于排開海水的重量17.45×14.8×1.2×1.025=318t。同時考慮到4根鋼絲繩重7t，8個卡環(huán)重0.6t，6人重0.4t，因此需起吊總重量326t，重力3195kN，需配備500t以上起重船輔助沉箱出運。

結合公司自有的起重28（1600t全回轉起重船）良好的起重能力和操縱性能，因此采用起重28進行沉箱助浮出運。

2.工藝難點分析

（1）本工程屬水上大型構件吊裝，在吊浮計算時必須認真仔細，再三校核，確保吊索具受力滿足規(guī)范要求。

（2）大型船機起重28與半潛駁3#相互配合是關鍵，在半潛駁壓水至接近最大下潛深度時，起重28即開始準備加載起吊力，避免此時沉箱m=0.1時受風浪、暗流影響而導致沉箱傾斜。

（3）沉箱下潛時，各倉格的壓水精確度是關鍵，采用刻度明顯的鋼芯膠皮測繩。

（4）潮流流速大，潮差大，最大潮差可達3.0米，對沉箱出運的穩(wěn)定性有一定影響。

3.助浮工藝研究

3.1 吊浮計算

3.1.1吊環(huán)布設位置

下潛起浮A型沉箱需起吊重量P = 3 2 6 t，自重力標準值Gk=3195KN；起重船作業(yè)時采用主鉤（4個鉤爪）起吊，吊環(huán)及鋼絲繩布置見圖2。施工中必須保證4根串扣鋼絲繩長度相同、吊環(huán)埋設位置精確，以保證按照8點吊裝計算的正確性。

3.1.2吊環(huán)受力計算

①依據(jù)《水運工程混凝土結構設計規(guī)范》（JTS 151-2011），構件單個吊環(huán)鋼筋截面面積可按下式計算：

A=3F/（2nfy）

其中

A——單個吊環(huán)鋼筋截面面積（mm2）；

F——構件的總重力設計值（N）；

n——吊環(huán)數(shù)，當一個構件設有4個吊環(huán)時，按3個受力計算，設置8個吊環(huán)時，按6個吊環(huán)受力計算；

fy——鋼筋的抗拉強度設計值（N/mm2），吊環(huán)采用Q235圓鋼制作，取190N/mm2。

計算得，A=4204mm2；吊環(huán)半徑r=36.6，直徑d=75mm；

選用直徑d=80mm，Q235圓鋼制作吊環(huán)，滿足設計強度要求。

3.1.3卡環(huán)選擇

連接鋼絲繩與吊環(huán)的卡環(huán)，選擇85噸弓形卸扣，共8個。

3.1.4吊浮用鋼絲繩計算和選擇鋼絲繩允許拉力按下列公式計算：[Fg]=αFg/K

式中[Fg]——鋼絲繩的允許拉力（kN）；

Fg——鋼絲繩的鋼絲破斷拉力總和（kN）；

α——換算系數(shù)，6×37取0.82；K——鋼絲繩的安全系數(shù)，作吊索、無彎曲時，安全系數(shù)取6～7。

①鋼絲繩吊索的允許拉力取決于所吊構件的重量及吊索的水平夾角，水平夾角應不小于30°，一般用45°～60°；本項目每根吊索的豎向拉力3195kN/6=533kN。

②每支吊索的斜向拉力[Fg]= F=533/cosβ（kN），β為吊索與垂直線的夾角；在此取β=20°，則[Fg]= 533/ cos20°=533/0.94=566kN。

圖3中a、b為吊環(huán)位置，h為選用的起重船重載作業(yè)時吊鉤在吃水線以上高度減去（沉箱干舷與吊環(huán)高度之和）；沉箱提升高度則考慮吊鉤距離起重拔稈頂部的鋼絲繩長度之中。

③通過②、①計算出Fg——鋼絲繩的鋼絲破斷拉力總和（kN），

Fg=[Fg]×K/α=566×6/0.82=4141kN。

依據(jù)《GB/T 20067-2006粗直徑鋼絲繩》選擇鋼絲繩的規(guī)格，最小鋼絲破斷拉力總和=鋼絲繩最小破斷拉力×1.321（鋼芯）=4141kN，則需要鋼絲繩最小破斷拉力=3135kN。

選取直徑82mm，鋼絲公稱抗拉強度1770MPa的鋼芯鋼絲繩，鋼絲繩最小破斷拉力=4240kN﹥3135 kN。

3.2 主要工序施工工藝

沉箱出運施工前，提前收聽天氣預報，確保海況良好。根據(jù)氣象資料，確定出運時滿足：風速≤6級，流速≤1.0m/s，波高≤1.5m，視程>1000m。

3.2.1沉箱平移上半潛駁

沉箱自預制場采用千斤頂、橫縱移臺車和頂推器進行橫縱移，推上半潛駁，然后進行封車加固。3.2.2半潛駁3#起浮、拖運

封車加固后，半潛駁開始排水起浮，由兩艘3000hp拖輪系纜拖運至下潛坑位置。在拖運過程中要注意觀察半潛駁的縱橫傾變化情況，及時調整壓水，確保半潛駁及沉箱安全平穩(wěn)，并通過調整航向來降低半潛駁的搖擺度。

3.2.3起重28駐位

起重28船頭朝下潛坑駐位，左右舷前后均拋200m錨，兩前錨的東西向位置在下潛坑的中心線上，可使起重28通過絞船進行沉箱吊浮。

3.2.4半潛駁3#駐位、下潛

拖輪拖運半潛駁進入現(xiàn)場后，根據(jù)起重28的駐位位置及水上浮標進行粗定位，并拋前后錨。

隨后半潛駁通過調整錨纜，進行精確定位，利用GPS對半潛駁角點進行位置校核，確定準確無誤后開始下潛，半潛駁下潛時橫傾≤0.33°，縱傾≤0.55°，下潛過程各個階段由起重班長通知主辦工程師、測量人員及調度進行驗收，驗收合格后，由起重班長下達繼續(xù)及停止下潛命令。

3.2.5沉箱壓水

半潛駁下潛淹沒沉箱截門時，沉箱開始自然壓水。沉箱壓水過程中重心位置可能會發(fā)生較大變化，此時注意調節(jié)半潛駁各艙室的進水速度，以克服由于沉箱重心位置變化及不平衡壓載造成的傾覆力矩。為保證安全，沉箱下潛過程中，先將各倉格壓水至m值0.1時沉箱浮游穩(wěn)定時壓水高度。

3.2.6起重船與沉箱吊環(huán)掛鉤和起吊

半潛駁3 #下潛至最大潛深18.7m之前進行掛鉤（此時沉箱吃水小于13.2m），起重人員將Φ82鋼絲繩和85t卡環(huán)連接至沉箱預埋吊環(huán)上，并將沉箱帶兩根牽牛纜至起重船駕駛室前絞纜樁上。

掛鉤后開始起吊，起重28緩慢增加起吊力，當起吊力達到326t時，停止增加，此時已達到沉箱設計吊浮受力，若此時沉箱未起浮，繼續(xù)增加起吊力，直至沉箱被吊離半潛駁臺座30cm。起重人員再次觀察沉箱和起重設備的情況，無誤后起重船方可將沉箱緩慢沿左側舷吊浮出半潛駁。

3.2.7沉箱出駁、拖輪接套

沉箱起浮后通過起重28吊浮和固定在沉箱上口的牽牛纜牽引，使沉箱在半潛駁內移動。沉箱移動方向注意要與半潛駁3#船體方向保持垂直，從半潛駁左舷出駁。

待起重28吊浮沉箱離開半潛駁50m后，由起重28旋轉扒桿，吊浮沉箱至起重28右舷，扒桿起桿，待沉箱靠近右舷后，繼續(xù)對沉箱進行壓水，使此時m值達到0.3（即5、8、9～12壓載3.985m，1～4、6、7倉格壓載4.953m，沉箱穩(wěn)定吃水14.414m），隨后將沉箱帶纜至起重28錨樁上。

此時兩艘1000hp拖輪靠近沉箱，起重工將拖輪上纜繩帶至沉箱頂口吊環(huán)上，并將拖輪與沉箱用纜繩帶緊，此時起重人員將卡環(huán)打開，起重船與沉箱分離，并向后絞船50m，由拖輪拖帶沉箱至儲存場或現(xiàn)場安裝。

4.結語

曹妃甸通用散貨三期工程，采用1600t起重船助浮3000t半潛駁工藝，實現(xiàn)了安全出運大型沉箱46座。

該工藝進一步完善了現(xiàn)有的半潛駁出運沉箱工藝的不足，即使在將來4000t，乃至5000t的大型沉箱出運，均可參照本工程大型起重船助浮半潛駁出運沉箱工藝進行施工。同時，本工程沉箱結構為20萬噸級，我公司通過現(xiàn)有船機設備，大膽地進行技術實踐，可繼續(xù)向更高更大泊位的沉箱結構進軍，顯著提高了沉箱施工能力同時，也驗證了大型沉箱結構在水工結構中的良好適應性。

參考文獻：

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