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        高長細(xì)比沉箱內(nèi)抽砂重新起浮的施工探討

        2020-08-04 07:04:06楊衛(wèi)東劉慧波
        港工技術(shù) 2020年4期
        關(guān)鍵詞:空壓沉箱重力

        楊衛(wèi)東,劉慧波

        (中交第三航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司,上海 200032)

        引 言

        沉箱是目前重力式碼頭最常用最主要的構(gòu)件。隨著碼頭等級越建越大,泊位要求的前沿水深也越來越深,故使沉箱朝高長細(xì)比趨勢發(fā)展。沉箱在安裝成功并回填砂石后,因各種原因可能會要求重新起浮安裝,但如何從細(xì)長狹小的沉箱隔倉中水下抽砂,以達(dá)到重新起浮的重量要求,是施工中需解決的關(guān)鍵問題。中石化(香港)洋浦成品油保稅庫項(xiàng)目配套碼頭工程在施工中就遇到了這種問題,現(xiàn)場采用自制空壓抽砂機(jī)進(jìn)行水下抽砂的方法,有效地解決了高長細(xì)比沉箱重新起浮的關(guān)鍵技術(shù)問題,取得了很好的效果。

        1 工程概述

        中石化(香港)洋浦成品油保稅庫項(xiàng)目配套碼頭工程的1#泊位為10萬t級成品油泊位,其中工作平臺沉箱4件,采用方沉箱。沉箱底板四周帶趾,沉箱尺寸(長×寬×高)10 m×10 m×20.2 m,趾長1.0 m,底板厚度 60 cm;每件沉箱內(nèi)設(shè) 4個(gè)隔倉,隔倉尺寸4.5 m×4.5 m;沉箱外壁厚35 cm,內(nèi)壁厚25 cm,重量約為1 143.5 t。該沉箱于2016年9月中旬完成安裝,10月上旬完成沉箱內(nèi)14 m的中粗砂回填(中粗砂內(nèi)摩擦角μ≥28°)。

        2 沉箱重新起浮安裝的施工流程

        沉箱重新起浮安裝的基本工序如圖1。

        圖1 沉箱的重新起浮安裝流程

        在重新起浮安裝施工的工序中,與首次安裝略有不同的工序需特別注意。

        1)沉箱基床清淤

        沉箱安裝完成后,可能有回淤填滿了基床面和沉箱底板之間。如果不清淤,沉箱底面和基床面會因?yàn)橛倌喈a(chǎn)生相互吸力,造成起浮重力加大,增加起浮難度。

        2)沉箱內(nèi)抽砂

        這項(xiàng)工序是沉箱重新起浮的關(guān)鍵,其主要困難在于沉箱內(nèi)隔倉較狹小,水深較深,不能采用大型機(jī)械設(shè)備;回填砂內(nèi)摩擦角大,不容易吸動。

        3)沉箱移位到臨時(shí)存放處擱放

        58例CT診斷肋骨骨折116處,其中背段、腋段、前段和軟骨段骨折分別為37、60、14和5處,發(fā)生率分別為31.9%、51.7%、12.1%和4.3%(表1)。

        沉箱起浮后的臨時(shí)存放處盡量靠近安裝位置,減少沉箱轉(zhuǎn)運(yùn)距離,提高工作效率。

        3 沉箱抽砂深度計(jì)算

        本次沉箱重新起浮采用400 t起重船,考慮到沉箱和起重船隨浪升、沉?xí)r,有可能因升、沉不同步或升沉值不相同,吊力變大,起重船的額定吊力應(yīng)大于起重吊力且留有較大的富裕量[1],故安全吊力(F吊力)按額定吊力的65 %即260 t(260 000 N)計(jì)算。按浮力與自重相等原則計(jì)算出沉箱空載自身起浮的吃水高度為12 m。為減少沉箱起浮重量,計(jì)劃在高潮位時(shí)進(jìn)行沉箱起浮工作,此時(shí)沉箱吃水深度取18.5 m。

        沉箱富裕吃水的浮力F浮=ρgv(ρ為液體密度,取1 000 kg/m2;g為重力加速度常數(shù),取10 kg/m2;v為富裕排水體積,取沉箱起浮時(shí)吃水體積與空載自身起浮時(shí)吃水體積之差)。

        回填砂的重力G砂=F浮+F吊力=9 100 kN,故沉箱內(nèi)最多能留存910 t砂。沉箱裝砂面積S=4.5×4.5(隔倉面積)×4=81 m2,沉箱內(nèi)回填砂最大可留存高度設(shè)為h,砂的密度ρ砂按1 t/0.7 m3取值。按G砂=ρ砂×V砂=S×h×ρ砂,即 910=81×h×1/0.7,則回填砂留存高度h=7.86 m。

        考慮到還要進(jìn)行抽水施工和安全系數(shù),故回填砂高度取7 m。目前沉箱內(nèi)已回填砂約14 m左右,因此需要在約4.5 m邊長的隔倉內(nèi)進(jìn)行近7 m的水下抽砂施工。在抽砂完成后,另需抽水至砂面以減輕自重,此時(shí)內(nèi)外水差為18.5-7-0.6(底板厚度)=10.9 m,且因短距離轉(zhuǎn)移,波高小于1.0 m時(shí),只考慮靜水壓力[2],經(jīng)計(jì)算沉箱壁厚能滿足水壓力要求。

        4 自制空壓抽砂機(jī)原理及制作工藝

        自制空壓抽砂機(jī)的核心構(gòu)件主要是排沙管、高壓進(jìn)氣管、高壓噴水管、自制風(fēng)包、底部攪拌裝置和相關(guān)連接件,其構(gòu)成如圖2、圖3。

        空壓抽砂機(jī)由空氣輸送管、排砂管、高壓水管、自制吸砂器、攪拌裝置等構(gòu)件組成。由空氣壓縮機(jī)輸送足夠風(fēng)量進(jìn)入自制吸砂器風(fēng)包內(nèi),并向排砂管內(nèi)噴射,形成圓錐形高速氣流,向排砂管出口排放,使風(fēng)包下部的排砂管入口處形成負(fù)壓,產(chǎn)生吸力,將砂水混合物吸入排砂管,從而隨同高壓氣流連續(xù)不斷排出排砂管外,達(dá)到抽砂的目的[3]。為了更大效率的抽砂,采用高壓水槍和攪拌裝置對砂進(jìn)行擾動,使抽砂機(jī)抽取的砂水混合物中能含更多的砂料。

        根據(jù)空壓抽砂機(jī)的抽砂原理,有如下參數(shù)需要考慮:

        式中:

        H為沉箱內(nèi)水面至砂面的高程;

        h為吸砂管出口至水面的高程;

        δ1為水的相對密度;

        δ2為砂、水、空氣混合物的密度。

        高壓空氣的氣壓P:

        式中:P為氣壓,kg/cm2[4]。

        上述公式的滿足,才能使砂水空氣混合物能在壓力下排出排砂管外。按上述公式,H的深度與砂的比重、空氣壓力及風(fēng)量有關(guān);且為了減少空氣壓力,增大吸砂效果,h應(yīng)越小越好。所以該抽砂機(jī)的效率決定于供給抽砂機(jī)的風(fēng)量和風(fēng)壓的大小、水的深度和排砂口高度;抽砂量決定于排砂管中所含砂的濃度,其主要與高壓水槍、攪拌裝置的砂子擾動程度有關(guān)。

        圖2 自制空壓抽砂機(jī)示意

        圖3 自制風(fēng)包大樣

        經(jīng)工程現(xiàn)場反復(fù)試驗(yàn),本工程平均吸砂水深H為12 m左右,h為1.5 m,空壓機(jī)氣壓在0.5 MPa下,能達(dá)到最理想的吸砂效果。

        5 結(jié) 語

        隨著重力式碼頭等級的逐年增加,沉箱結(jié)構(gòu)日趨高大,沉箱安裝施工的復(fù)雜性和重要性使其越來越成為重力式碼頭施工工序中的重中之重。施工過程的復(fù)雜性使沉箱很有可能需要重新起浮和二次安裝。對已回填完成的沉箱來說抽出回填料是關(guān)鍵,待抽出到合適深度后就可以按正常施工程序來進(jìn)行沉箱的起浮、移位、臨時(shí)存放等工序,然后對沉箱基床重新整平,再進(jìn)行沉箱的二次安裝和回填,以完成整個(gè)沉箱的重新安裝施工。

        本文中采用自制空壓抽砂機(jī)的施工工藝,有效地解決了高長細(xì)比沉箱水下抽砂難的問題,使沉箱安裝施工變得可逆,解決了沉箱二次安裝的后顧之憂。自制空壓抽砂機(jī)制作簡易,可在現(xiàn)場自行制作,使用效率高,不僅可以在沉箱隔倉這種水下細(xì)長空間內(nèi)使用,也可以推廣到大型深水沉井等施工中,為類似水下狹小空間內(nèi)的抽砂、吸泥等施工方法提供一種了新的思路。

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