郭清

摘 要：目前，大型有底鋼套箱越來越多地應(yīng)用于海洋、江河、湖泊等涉水大型橋梁工程。鋼套箱為橋梁基礎(chǔ)及下部構(gòu)造水上施工作業(yè)中常用的一類圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式，常用的鋼套箱分為單壁和雙壁兩種形式，一般大型深水基礎(chǔ)大多采用雙壁鋼套箱形式。鋼套箱的安裝方法通?？煞譃榉謮K拼裝和整體吊裝兩種。

港珠澳大橋青州航道橋主墩承臺(tái)鋼套箱設(shè)計(jì)為有底雙壁鋼套箱，鋼套箱平面尺寸90.39×43.14m，重量約1700t。鋼套箱在工廠內(nèi)分塊制作并拼裝為整體，滾裝上船后浮運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)整體吊裝。根據(jù)施工條件、浮吊資源，考慮到套箱結(jié)構(gòu)尺寸大、重量大，且外海海域工況復(fù)雜，施工方案最終采用兩艘浮吊抬吊安裝工藝，而雙機(jī)抬吊作業(yè)對(duì)船舶拋錨定位、起吊下放及移動(dòng)的協(xié)調(diào)性要求較高，通過對(duì)抬吊安裝工藝進(jìn)行研究和總結(jié)，可為今后類似工程提供一定的借鑒經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞： 大型;有底鋼套箱;整體吊裝;施工

1.鋼套箱概況

港珠澳大橋青州航道橋主墩承臺(tái)防撞套箱采用雙壁有底鋼套箱，套箱總長約226.5m（內(nèi)圍壁），平面長度90.99m、寬度43.14m，高度8.5m，承臺(tái)套箱箱體寬度為3.3m，系梁套箱箱體寬度為3.1m。防撞套箱分為26個(gè)分段，單個(gè)節(jié)段長度4～11m。節(jié)段間采用不銹鋼螺栓連接;分段重量約25～36噸，總重約1700噸，結(jié)構(gòu)如下圖。

2.氣象水文條件

（1）氣象

橋址區(qū)屬南亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候區(qū)，天氣特點(diǎn)為溫暖潮濕、氣溫年較差不大，年平均氣溫22.7℃。降水量多且強(qiáng)度大。年盛行風(fēng)向以東南偏東和東風(fēng)為主，橋區(qū)處于熱帶氣旋路徑上，登陸和影響橋位的熱帶氣旋十分頻繁，平均每年2個(gè)左右，最多時(shí)每年可達(dá)6個(gè)，主要集中在6～10月。

（2）水文

工程沿線水下地形十分平坦，水深為5～6m，設(shè)計(jì)最高水位為3.52m，最低潮位-1.24m，平均潮位1.05m。本海域水流具有落潮流速大于漲潮流速，中部海域潮流流速比兩邊大的特點(diǎn)。漲潮流向基本為N向，落潮流向基本為S向。100年重現(xiàn)期設(shè)計(jì)流速極大值為2.02m/s。

3.設(shè)備配置及吊裝驗(yàn)算

3.1吊裝設(shè)備選擇

根據(jù)鋼套箱結(jié)構(gòu)尺寸、自重及吊高要求，并結(jié)合現(xiàn)有設(shè)備情況，本著經(jīng)濟(jì)適用的原則，擬采用中交一航局ZPMC4000t及江蘇蛟龍打撈航務(wù)工程有限公司的秦航工65（1000t）浮吊抬吊，浮吊性能參數(shù)如下：

3.2吊裝參數(shù)驗(yàn)算

1、吊高核算

鋼套箱吊裝時(shí)兩浮吊平行定位，扒桿吊裝傾角秦航工65為60°，ZPMC4000t為65°，吊裝時(shí)水位取+0.0m，鉆孔平臺(tái)頂標(biāo)高為+6.5m，鋼套箱高度8.5m，鉤頭到鋼套箱頂面40m（鋼絲繩長度為80 m）。要求吊高為：6.5+8.5+40=55m，按所選浮吊凈空高度最小的秦航工65計(jì)算，扒桿在60°仰角時(shí)凈空高度為70m（含水面至甲板的距離），所以富余高度還有70-55=15m，滿足吊裝要求。

2、吊重核算

吊裝設(shè)備的選擇應(yīng)考慮鋼套箱自重及吊高要求。由于鋼套箱重量達(dá)到1700t，考慮1.2倍動(dòng)載系數(shù)，1.2×1700=1955t。4000t+1000t浮吊抬吊，兩浮吊相加只能算2000噸（抬吊算均分）滿足吊重要求，按各浮吊性能參數(shù)為：1000噸-977.5噸=22.5噸，還有22.5噸的富余，滿足吊裝要求。

3、吊裝作業(yè)半徑核算

根據(jù)計(jì)算得到作業(yè)半徑為：鋼套箱中心點(diǎn)距最外側(cè)鋼管樁25m，秦航工65扒桿仰角60°時(shí)凈空作業(yè)半徑為30.58m，因此還有30.58-25=5.58m富余，滿足吊裝作業(yè)要求。

3.3吊點(diǎn)布置

根據(jù)浮吊主鉤分布情況，合理布置吊點(diǎn)。主墩鋼套箱共布置16個(gè)吊點(diǎn)，如圖7所示：

3.4吊索具選用

（1）卸扣

經(jīng)計(jì)算，吊點(diǎn)受力最大值為115t，采用150t卸扣16個(gè)可滿足要求。

（2）鋼絲繩

鋼絲繩選用直徑120mm長80m8根，由吊點(diǎn)布置可得鋼絲繩夾角為32°，最重件為1750噸（以秦航工65為例，算吊重900噸）

P=G/nCOSα

P=900/8*COS32°=95.4（噸）

P ─ 鋼絲繩所受的力

G ─ 最重吊物重量

α─ 鋼絲繩與吊物垂線間夾角

[S許]=S破κ/K

=770噸*0.82/6

=105噸

[S許] ─ 鋼絲繩許用應(yīng)力

S破 ─ 鋼絲破斷拉力總和 ? ? ? ? ?S破=770（噸）

κ─ 鋼絲繩捻制折減系數(shù) κ=0.82

K ─ 安全系數(shù) ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?K=6

105>95.4

[S許]>P

鋼絲繩滿足吊裝要求。

由于鋼繩具可以自調(diào)節(jié)平衡，在起吊過程中，兩艘起重船均有拉力計(jì)控制平衡，偏載可控制在100T范圍以內(nèi)，兩浮吊拉力計(jì)偏差若為100T，最不利情況為1000T浮吊承受荷載950T，此時(shí)鋼繩受力發(fā)生變化，鋼繩受力P=95.4*950/900=100.7T，鋼繩破斷力=770*0.82=631.4T，此時(shí)鋼繩安全系數(shù)為6.3，仍可滿足要求。

注意：在起吊過程中安排測(cè)量人員觀察套箱兩端的高度差，盡量保持套箱水平狀態(tài)，避免偏載過大。

4.浮吊布置及拋錨

兩艘浮吊尾部各拋2只將軍錨，艏部各拋2只錨，錨纜長：1號(hào)錨250m，2號(hào)錨200m，3號(hào)錨200m，4號(hào)錨250m，5號(hào)錨250m，6號(hào)錨200m，7號(hào)錨200m，8號(hào)錨250m，錨繩布置如圖8所示。

注意：可在主墩鉆孔平臺(tái)鋼管樁上各帶兩根牽引纜繩，降低水流力對(duì)船體的影響。

鋼套箱吊裝過程中所受的外力大小，計(jì)算公式根據(jù)港口工程荷載規(guī)范（JTJ215—98）計(jì)算浮吊的水阻力。

浮吊阻力按下式計(jì)算：

FW=CWV2Aρ/2

CW=0.046Re-0.134+b

Re=VL/ν

其中：FW——水流力標(biāo)準(zhǔn)值（KN）;

CW——水流力縱向分力系數(shù);

V——水流設(shè)計(jì)流速（m/s）;

ρ——水的密度（t/m3）;

A——計(jì)算構(gòu)件在與流向垂直平面上的投影面積（m2）。

Re——水流對(duì)船舶作用的雷諾數(shù);

L——船舶吃水線長度（m）;

ν——水的運(yùn)動(dòng)粘性系數(shù)（m/s）;取ν=1.00

b——系數(shù);取b=0.031

風(fēng)壓就是垂直于氣流方向的平面所受到風(fēng)的壓力。根據(jù)伯努利方程得出的風(fēng)-壓關(guān)系，風(fēng)的動(dòng)壓為

其中P為風(fēng)壓[kN/㎡]，ρ為空氣密度[kg/m?]，為風(fēng)速[m/s]。

此式為標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)壓公式。

標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下（氣壓1013 hPa， 溫度15°C）， 空氣重度 r=0.01225 kN/m?，重力加速度g=9.8m/s?：

7級(jí)風(fēng)風(fēng)速為（13.9～17.1 ）m/s，考慮工程安全，取風(fēng)速為17.1 m/s。

P=17.12/1600=0.183kN/㎡

水流流速m/s 水流力（kN） 風(fēng)壓力（kN） 合力（kN）

1.5 41.6 51.2 92.8

111.2 77.0 188.2

說明：1.水流流速取1.5m/s;

2.風(fēng)壓力按7級(jí)風(fēng)（13.9～17.1m/s）核算，取風(fēng)速為17.1m/s;

3.浮吊操作室、扒桿等擋風(fēng)結(jié)構(gòu)取擋風(fēng)面積為100m2。

說明：1.水流流速取1.5m/s;

2.風(fēng)壓力按7級(jí)風(fēng)（13.9～17.1m/s）核算，取風(fēng)速為17.1m/s;

3.浮吊操作室、扒桿等擋風(fēng)結(jié)構(gòu)取擋風(fēng)面積為100㎡。

根據(jù)上表計(jì)算結(jié)果，浮吊縱橋向吊裝時(shí)的臨時(shí)錨碇系統(tǒng)最小錨著力為188.2kN。

經(jīng)計(jì)算，浮吊定位順橋向總阻力R=188.2KN（風(fēng)荷載+流水壓力）。

浮吊定位橫流向總阻力R= 188.2KN

①鐵錨數(shù)量：3個(gè)10t、2個(gè)8t邊錨（上下游各兩個(gè)），邊錨與水流方向成20°夾角。

②海底覆蓋層為砂質(zhì)土，鐵錨承載力：

P1=4×7=280KN

豎向承載力： R= 2×P1×cos20°=2×280×0.9397=526.2KN>R= 188.2KN

③錨纜鋼絲繩，選用6×37-42.0-1700的鋼絲繩，鋼絲繩破斷拉力1185.0kN。

鋼絲繩安全系數(shù)：K=α·R/188.2

K=0.85×1185.0/188.2=5.35，3≤K≤6，滿足要求

④纜繩長度，鋼絲繩長度Lm=sqrt（h2+2hF/γ）

其中：h——錨馬口至河床面面的高差，取h=18.0m

F——錨的水平拉力，取F=94.1kN

γ——鋼絲繩在水中重力，取空氣中的70%，0.14743×0.7=0.103kN/m

Lm=sqrt（18.02+2×18×94.1/0.103）=182m

取Lm=200m。

通過上述計(jì)算同理可得鋼護(hù)筒能承受拉力達(dá)到8噸即可。

5.吊裝

5.1準(zhǔn)備工作

進(jìn)場(chǎng)前檢查各工器具（鋼絲繩、卸扣、吊鉤、制動(dòng)、限位等）以及鋼套箱完好情況，檢查需吊裝構(gòu)件吊點(diǎn)以及外貌有無受損情況，并做好詳細(xì)的檢查記錄，同時(shí)，測(cè)量作業(yè)水域水深以及流速情況。

5.2吊裝施工

1、吊裝時(shí)機(jī)選擇

鋼套箱吊裝選擇在流速較小平潮時(shí)的進(jìn)行，風(fēng)力達(dá)到6級(jí)以上停止施工。

2、吊點(diǎn)連接

由于鋼套箱的吊索非常重，靠人力很難完成吊點(diǎn)的連接，所以必須通過左右移動(dòng)浮吊來實(shí)現(xiàn)吊點(diǎn)的連接，同時(shí)要準(zhǔn)備若干2t手拉葫蘆，用以輔助吊點(diǎn)連接。

3、試吊

所有吊點(diǎn)均連接完畢，并檢查無任何問題后，浮吊開始起鉤，使吊索被張緊，此時(shí)，起重指揮人員再次檢查吊點(diǎn)的連接情況及吊鉤是否與吊箱的中心是否重合，如果不滿足要求，可通過絞錨使浮吊吊鉤位于吊箱的正上方，同時(shí)，各船專職人員檢查錨纜情況，均無任何問題后，解除吊箱的一切約束，進(jìn)行試吊。

1）試吊高度：200～300mm;

2）每次試吊時(shí)間15分鐘;

3）試吊時(shí)重點(diǎn)檢查內(nèi)容：

a、吊點(diǎn)的受力情況：

b、各根吊索具的受力情況;

c、卷揚(yáng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，聲音、電流大小;

d、崗位制的執(zhí)行情況;

e、整改及試吊次數(shù)：不限次數(shù)，以整改完成為準(zhǔn)。

4、起吊

試吊檢查合格后，正式起吊。起吊應(yīng)分級(jí)進(jìn)行，根據(jù)鋼套箱的重量，每100t為1個(gè)級(jí)別，實(shí)際吊裝施工時(shí)，通過浮吊上自帶的拉力計(jì)進(jìn)行控制，每增加一個(gè)級(jí)別，相關(guān)人員檢查各自負(fù)責(zé)的任務(wù)（錨纜、吊索、卡環(huán)等），無任何問題后施加下一級(jí)。

5、移船

當(dāng)鋼套箱被吊起超過平臺(tái)50cm高后，兩艘浮吊通過絞錨松錨操作同時(shí)前進(jìn)，移動(dòng)時(shí)應(yīng)緩慢進(jìn)行，幅度不宜過大。移位時(shí)統(tǒng)一口徑，統(tǒng)一指揮松放艉錨纜，同時(shí)收縮艏錨纜，操作時(shí)實(shí)行點(diǎn)動(dòng)禁止連動(dòng)，移動(dòng)時(shí)保證各錨纜同時(shí)上勁和緩放。使浮吊平穩(wěn)的移至鋼套箱需擺放位置;前后調(diào)整錨纜使處于懸掛狀態(tài)的鋼套箱對(duì)準(zhǔn)擬擺放點(diǎn)正上方50cm。

6、下放

當(dāng)鋼套箱的縱、橫軸線與平臺(tái)的縱、橫軸線基本重合時(shí)，兩艘浮吊同時(shí)落鉤，直至鋼套箱四角孔緩慢進(jìn)入導(dǎo)向鋼護(hù)筒，并且經(jīng)過微調(diào)，使鋼套箱完全套進(jìn)所有鋼護(hù)筒內(nèi)。繼續(xù)下放，直至鋼套箱入水。

7、懸掛梁吊桿施工

鋼套箱下放至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，采用鋼板、鋼楔塊將每一個(gè)懸掛梁與鋼護(hù)筒之間的空隙楔緊，確保各個(gè)懸掛梁受力均勻。然后采用型鋼將懸掛梁與鋼護(hù)筒外壁焊接固定，同時(shí)，也采用型鋼將鋼套底板桁架與內(nèi)部鋼護(hù)筒焊接固定，以保證鋼套箱在外圍海水漲落潮時(shí)的穩(wěn)定。同時(shí)，快速完成鋼套箱底板吊桿的焊接，確保套箱安全。

6.注意事項(xiàng)

1）鋼套箱吊點(diǎn)的強(qiáng)度必須達(dá)到鋼套箱自重的6倍以上。

2）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘察情況，作業(yè)區(qū)的兩側(cè)需有足夠的系纜樁，如沒有必須埋設(shè)地錨并能承受10噸以上的拉力便于浮吊的移位。

3）場(chǎng)地如沒有系纜樁必須在兩邊對(duì)等位置埋設(shè)兩只地錨以便浮吊進(jìn)行移位。

4）鋼套箱起吊時(shí)，鋼套箱的四個(gè)角需用足夠長的繩子栓好以免左右晃動(dòng)。

5）鋼套箱吊裝到位時(shí)，初定位由浮吊完成控制在10cm以內(nèi)的誤差，精確定位時(shí)，需利用手拉葫蘆和導(dǎo)向裝置以及四周繩子來定位。

7.小結(jié)

港珠澳大橋青州航道橋主墩鋼套箱結(jié)構(gòu)尺寸大、重量大，吊裝作業(yè)點(diǎn)處于外海，受風(fēng)力、潮汐、水流、浪涌等影響較大，吊裝工況復(fù)雜。采取兩艘大型浮吊抬吊安裝對(duì)浮吊的拋錨定位、臨時(shí)固定、浮吊起鉤、絞錨移動(dòng)等操作提出了較高的要求。雙浮吊抬吊安裝的成功，填補(bǔ)了外海大型鋼構(gòu)件吊裝施工的空白，為今后類似工程提供了借鑒經(jīng)驗(yàn)。