姚耿哲

（中交四航局第二工程有限公司，廣東廣州 510220）

0 引言

在水工建筑物中，沉箱一般采用陸上預(yù)制、水上浮運(yùn)安裝施工工藝。常規(guī)沉箱布置多為連續(xù)“一字型連續(xù)”或“單個(gè)獨(dú)立”布置，結(jié)構(gòu)上為多倉(cāng)方形或圓形鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，容易通過增、減倉(cāng)格水量實(shí)現(xiàn)自浮和下沉安裝。但在非常規(guī)設(shè)計(jì)布置下箱涵式沉箱的安裝施工中，由于沉箱下部箱涵式結(jié)構(gòu)，使常規(guī)浮運(yùn)安裝施工工藝下無法通過自身結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)自浮。本文將介紹碼頭工程取水口中箱涵式沉箱浮運(yùn)安裝施工技術(shù)。

1 工程背景

本工程取水口共11 件沉箱，A、D、E 型沉箱順岸布置，B、C型沉箱垂直于A 型沉箱布置，單件沉箱重量約為1306.43～2633.25t。其中A 型、B 型為箱涵式沉箱，B 型沉箱結(jié)構(gòu)不對(duì)稱，兩件B 型沉箱下部箱涵與A 型沉箱下部箱涵對(duì)接。

2 浮運(yùn)安裝理論思路

為實(shí)現(xiàn)取水口非常規(guī)布置下箱涵式沉箱浮運(yùn)安裝，提出以下理論思路：

2.1 自浮設(shè)計(jì)

根據(jù)《重力式碼頭設(shè)計(jì)與施工規(guī)范（JTS 167-2—2009）》，沉箱安裝自浮需滿足：①沉箱的干舷高度應(yīng)滿足公式要求：②定傾高度不下于0.2m。

2.1.1 A 型沉箱自浮設(shè)計(jì)

A 型沉箱在不采用助浮措施的情況，自身重力大于浮力，無法自浮，需采取助浮措施。下部箱涵為四道水流通道，通道體積1984.7m3，通過對(duì)箱涵結(jié)構(gòu)進(jìn)行封倉(cāng)增加浮力實(shí)現(xiàn)自浮，封倉(cāng)采用鋼封門。利用CAD 軟件建立沉箱三維模型，通過查詢模型特性信息，得到沉箱的重心、體積、慣性矩等數(shù)據(jù)。采用Excel 建立浮游穩(wěn)定計(jì)算表，試算確定在上部沉箱倉(cāng)格中加入1m 左右壓倉(cāng)水，干舷高度和定傾高度滿足要求。

2.1.2 B 型沉箱自浮設(shè)計(jì)

B 型沉箱在不采用助浮措施的情況，自身重力大于浮力，無法自浮，需采取助浮措施。B 型沉箱箱涵通道為彎折通道，箱涵側(cè)壁分布不對(duì)稱，導(dǎo)致重心偏心，不平衡力矩過大。下部箱涵通道體積931.08m3，采用鋼封門進(jìn)行封倉(cāng)增加浮力，增加空倉(cāng)結(jié)構(gòu)，在上部沉箱倉(cāng)格中壓載砂，減小自重和不平衡力矩，利用上文相關(guān)軟件試算確定壓載砂分布和數(shù)量，使干舷高度和定傾高度滿足要求。

2.2 鋼封門設(shè)計(jì)

鋼封門采用沉箱預(yù)制模板改造，由鋼面板、鋼桁架組合而成，A 型沉箱采用8 套外鋼封門。由于A 型、B 型沉箱有2 條箱涵通道對(duì)接相通，故B 型沉箱一側(cè)采用內(nèi)封門，一側(cè)采用外鋼封門。

（1）鋼封門在沉箱安裝過程中，受內(nèi)外水頭差產(chǎn)生的水壓力，外鋼封門支撐在混凝土面上，內(nèi)鋼封門支撐在鋼牛腿上，最高水位為1.6m，鋼封門底部高程為-9.0m，內(nèi)外水頭差為10.6m，鋼封門底部水壓最大最不利。鋼封門主要承受外側(cè)海水水壓力，水壓力通過鋼封門面板及豎肋傳遞至橫向主梁上，橫向主梁由雙拼槽鋼+10 號(hào)槽鋼的組合桁架，主梁間距為1m，主梁與沿鋼封門周邊設(shè)置24#槽鋼連接，24 與10mm 鋼板封邊，通過midas gen 進(jìn)行驗(yàn)算，強(qiáng)度、變形滿足要求，如圖1 所示。

（2）為確保沉箱在浮運(yùn)和安裝過程中箱涵通道內(nèi)無海水滲入，在鋼封門與沉箱接觸面之間采用橡膠止水帶進(jìn)行止水，止水帶安裝在鋼封門上，采用槽鋼擠壓固定。

3 浮運(yùn)安裝施工

結(jié)合取水口沉箱平面布置，取水口沉箱安裝順序：E 型→A-2 型→B-2 型→C-2 型→2×A-3 型→A-1 型→B-1 型→C-1型→D 型→E 型。

圖1 鋼封門結(jié)構(gòu)

箱涵式沉箱浮運(yùn)安裝施工與常規(guī)沉箱安裝有所不同，以B型沉箱為例，施工步驟如下：

（1）鋼封門安裝。將內(nèi)鋼封門支撐牛腿用螺栓固定于箱涵內(nèi)壁上，汽車式起重機(jī)將內(nèi)鋼封門、外鋼封門依次吊起安裝。按照壓載方案，用噸袋裝填砂，吊入各沉箱倉(cāng)格。安裝操作平臺(tái)、進(jìn)出水閥門管道。

（2）陸上出運(yùn)（頂升、橫移、縱移、上駁）。擺放氣囊，空壓機(jī)進(jìn)行充氣，卷揚(yáng)機(jī)通過鋼絲繩和插銷將沉箱橫、縱移至出運(yùn)碼頭。半潛駁乘潮靠出運(yùn)碼頭，氣囊滾動(dòng)沉箱上駁，枕木支墊。

（3）半潛駁運(yùn)輸。拖輪拖帶半潛駁，運(yùn)輸至下潛坑。

（4）下潛、出塢、浮游拖運(yùn)。半潛駁下潛，根據(jù)浮游穩(wěn)定計(jì)算結(jié)果調(diào)整壓倉(cāng)水，使沉箱處于漂浮狀態(tài)。

由于A 型、B 型沉箱下部設(shè)置有鋼封門，鋼封門上設(shè)置有進(jìn)氣管和排水管，安裝時(shí)在平臺(tái)上設(shè)置空壓機(jī)與進(jìn)氣管相連接，進(jìn)氣管和排水管穿過鋼封門伸入沉箱箱涵結(jié)構(gòu)底部。半潛駁分多次下潛，每次下潛約1m 后停止下潛，靜止5min 后，開啟空壓機(jī)往箱涵結(jié)構(gòu)內(nèi)充氣，觀察排水管是否有水排出，若無水排出，則半潛駁繼續(xù)下潛。若有水從排水管排出，則停止下潛，半潛駁緩慢上浮，在半潛駁上檢查鋼封門氣密性，對(duì)漏氣部位進(jìn)行封堵。

通過半潛駁和拖輪上的牽引交叉鋼絲繩，拖動(dòng)沉箱出塢，由拖輪緩慢拖運(yùn)沉箱至安裝位置基床。

（5）安裝。駁船掛帶沉箱到安裝位置附近后，慢慢前進(jìn)，將水流方向上方的鋼絲繩與待安裝沉箱上鋼絲繩連接，方駁解開鋼絲繩并離開。慢慢啟動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)，拉動(dòng)沉箱到接近安裝位置基床上方。在沉箱就位過程中逐步向沉箱各倉(cāng)注水，使沉箱平衡下沉，當(dāng)沉箱下沉至一定深度后，在已安沉箱與待安沉箱之間，交叉連接2 個(gè)20t 手拉葫蘆和縱向2 個(gè)20t 手拉葫蘆，并隨著沉箱下沉不斷將手拉葫蘆收緊。在已安沉箱與待安沉箱接縫處，根據(jù)要求放置調(diào)整縫隙用的木板，當(dāng)沉箱底面與基床面距離0.3～0.5m 時(shí)，對(duì)沉箱進(jìn)行精確定位，如圖2 所示。

圖2 下潛、出塢、浮游拖運(yùn)

（6）鋼封門水下拆除。詳細(xì)步驟：①平衡內(nèi)外水壓力。為確保潛水員在拆除鋼封門過程中不會(huì)被內(nèi)外水頭差形成的吸附力吸附，在拆除鋼封門前先開啟預(yù)留的通氣孔閥門，海水充滿箱涵通道平衡水壓；②外鋼封門拆除。鋼絲繩連接鋼封門吊點(diǎn)，潛水員松除鋼封門固定螺絲，起重船起吊完成拆除；③內(nèi)鋼封門拆除。鋼絲繩連接鋼封門吊點(diǎn)，依次松除牛腿與內(nèi)鋼封門連接螺絲，啟動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)使內(nèi)鋼封門傾倒，啟動(dòng)卷揚(yáng)機(jī)將鋼封門通過已安裝A型沉箱箱涵通道拖出，采用起重船吊起完成拆除，見圖3。

圖3 內(nèi)鋼封門拆除

鋼封門作為臨時(shí)止水措施，能夠承受住水壓力，基本起到隔絕海水的作用，但是在鋼封門處理細(xì)部上仍存在改進(jìn)之處：①在水壓力的作用下，鋼封門橡膠止水帶會(huì)壓縮，使固定鋼封門的螺栓松弛，應(yīng)當(dāng)在半潛駁下潛沉箱出塢前由潛水員對(duì)螺栓進(jìn)行二次加固；②在水壓力作用下，鋼封門局部產(chǎn)生變形，形成縫隙，使得海水滲入箱涵結(jié)構(gòu)內(nèi)?？稍谙鹉z止水帶與沉箱接縫處采用柔性止水材料進(jìn)行封堵，也可在箱涵通道內(nèi)布置水泵進(jìn)行排水。

在同類沉箱安裝或大型結(jié)構(gòu)物水下安裝中，可借鑒本工程按經(jīng)驗(yàn)，利用結(jié)構(gòu)物自身特點(diǎn)，增加空腔體積以增加浮力，利用壓載抵消不平衡力矩，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)浮運(yùn)安裝。

4 結(jié)論

通過在本工程中的實(shí)踐，取水口箱涵式沉箱在鋼封門輔助下實(shí)現(xiàn)自浮，其中B 型沉箱的非對(duì)稱倉(cāng)格壓載砂方案也基本抵消沉箱“偏心結(jié)構(gòu)”產(chǎn)生的不平衡力矩，使沉箱在拖運(yùn)、安裝過程中傾斜幅度小，安全實(shí)現(xiàn)浮運(yùn)安裝。同時(shí)合理的安裝順序，也利于過程中沉箱的位置調(diào)整，提高沉箱安裝精度。