丘福旺

（中交第四航務工程局有限公司粵東分公司,廣東 惠州 516000）

0 引言

重力墩式碼頭大型沉箱安裝施工速度快、水下工作量少、結(jié)構(gòu)整體性好、抗震性能好，并且整體造價較低，在施工地基能夠滿足重力墩式碼頭施工條件的情況下，成為很多水運工程的首選結(jié)構(gòu)形式。該文將對重力墩式碼頭大型沉箱安裝進行分析研究。

1 重力墩式碼頭

碼頭是建設在水域沿邊用來貨物裝卸、乘客上下的場所?，F(xiàn)有的碼頭建設結(jié)構(gòu)形式有三種：重力式、高樁式和板樁式，其中重力式碼頭是國內(nèi)水運工程中最常投入施工的碼頭結(jié)構(gòu)之一。重力式碼頭又依據(jù)平面布置的不同分為兩種：重力式岸壁碼頭和重力墩式碼頭。

碼頭建設施工方案的確定與選擇需要對各方面條件進行科學合理的前期調(diào)研準備，具體的碼頭設計條件如表1[1]。

表1 碼頭設計條件表

2 沉箱

沉箱是一種結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、安裝便捷的深基礎，常用于碼頭的建設，是水運工程的重要組成部分。沉箱是一種有底的箱型結(jié)構(gòu)，內(nèi)部設置隔板，可以漂浮在水中，可通過調(diào)節(jié)箱內(nèi)壓載水控制沉箱下沉或漂浮。沉箱設計如圖1。

圖1 沉箱結(jié)構(gòu)設計圖

目前大型沉箱施工的過程順序如下：沉箱預制→沉箱運出→沉箱安裝。沉箱本身是一種超大型的構(gòu)件，在施工過程中受到自然地理條件的影響、構(gòu)件自身重量的約束、機械設備運輸能力的限制以及施工經(jīng)費的制約[2]。

沉箱施工的第一個環(huán)節(jié)是沉箱預制，該施工環(huán)節(jié)的主要內(nèi)容有：沉箱預制場的規(guī)劃設計與布置建設、選擇經(jīng)濟便捷的攪拌站、預制沉箱。

2.1 沉箱預制場的布置

沉箱預制場依照沉箱制作技術(shù)需求，需要布置的場地有：沉箱預制區(qū)、沉箱堆存區(qū)、鋼筋加工場、模板改造區(qū)、混凝土攪拌站等。除此之外沉箱預制場的布置還需要考慮到項目施工地的電力、水力、通信問題以及沉箱制成后的運輸問題、施工人員的生活問題。

2.2 沉箱預制技術(shù)

采用分層法預制沉箱，具體的預制過程如圖2。

圖2 沉箱預制施工工藝流程圖

3 重力墩式碼頭大型沉箱安裝施工

將預制的沉箱運輸?shù)桨惭b地點之后需要進行精準的安裝。沉箱安裝施工過程分為兩步：第一步安裝前的準備，第二步進行沉箱安裝。

3.1 沉箱基礎施工條件準備

3.1.1 擠密砂樁

沉箱安裝施工之前進行擠密砂樁，目的是對地質(zhì)液化嚴重的區(qū)域進行地基加固保障施工項目安全。擠密砂樁施工工藝主要是將土擠壓、壓實，將成型的鋼筒底端進行封閉處理，然后采用沖擊法或振動法將其打入地基中成孔，最后將砂料填入孔內(nèi)再用鋼管進行回壓搗實擴徑成樁。擠密砂樁工法是將砂樁打入軟弱土體中，形成復合地基，此時砂樁對周邊的松散土產(chǎn)生擠密作用，可以大大提高地基承載力、抗液化變形和抗剪切力的能力。具體的擠密砂樁采用的是干法灌砂、加壓排砂。

擠密砂樁的制樁是通過向貫入土層中的套管內(nèi)部加壓，使套管端部內(nèi)外壓力保持平衡，然后提管使套管內(nèi)砂料排出，再向下打回的方式來完成。在GPS 指導下進行船舶的駐位以及對擠密砂樁進行定位。在系統(tǒng)指令下，套管沉入地基土體下利用振動錘的作用接近設計標高，砂傳輸系統(tǒng)同時向套管內(nèi)提供定量砂料，套管內(nèi)利用空氣壓縮系統(tǒng)預先設定好一定的氣壓。此過程需要時間來向套管內(nèi)加砂和加壓，會有部分泥、水、砂等混合物進入套管。等到套管繼續(xù)上拔，內(nèi)部的混合物在氣壓和砂料自重作用下排出。在氣壓作用下，砂料從套管內(nèi)落入孔洞后形成松散砂樁。隨后將管內(nèi)落入的砂達到的高度與上拔的高度進行對比，控制人員得到系統(tǒng)的指令后停止上拔，然后將套管回壓至一定深度。內(nèi)部松散砂樁經(jīng)過搗實后擴徑形成擠密砂樁。

3.1.2 基槽挖泥以及墊層和基床拋石

基坑挖泥的具體流程：測量具體的水下施工高度→施工時分層分條對砂層進行挖掘。墊層和機床拋石的具體流程：做標志位→拋石船根據(jù)GPS 定位到達拋石地點→拋石。進行這些前期施工作業(yè)目的是為沉箱的安裝提供堅實的水下地基，保障上層施工的穩(wěn)固性、安全性。

3.1.3 對基床夯實整平

采用錘夯法對基床進行夯實作業(yè)，具體的夯實作業(yè)過程如下：設立標志測量定位→初步進行粗糙平整→基床夯實→基床驗收→局部補充拋石。

基床的整平作業(yè)具體作業(yè)過程如下：基床夯實作業(yè)完成→整平前粗整平星床面→潛水員下放鋼軋→下放刮耙，投放二片石→移動刮靶，細整平基床頂面→基床整平驗收→起鋼軌科船至下段待整平基床。

3.2 沉箱安裝施工

沉箱安裝的具體過程分為三步：下潛出塢→拖輪拖運→就位安裝。

3.2.1 沉箱的下潛出塢作業(yè)

下潛出塢作業(yè)的主要內(nèi)容是：選擇、布置和檢測下潛坑，進行下潛準備工作；半潛駁下潛、對沉箱進行灌水作業(yè)；沉箱出塢[3]。

下潛前的準備工作有以下幾點：依照工程施工標準采用精密探測儀對下潛坑數(shù)據(jù)進行驗收；半潛駁由測量船引導進入下潛坑后，用GPS 進行數(shù)據(jù)測試，為半潛駁提供精密的下潛坑深度以及拋錨點位置；啟動起重機進行沉箱頂棧橋和操作平臺的安裝；通過浮游計算確定出適合下潛出塢的潮位和時間；進行大型沉箱抽灌水系統(tǒng)的具體布置和安裝，以供抽壓載水出倉、向沉箱內(nèi)部加水；為沉箱出塢時溜尾進行遛尾纜繩的安裝和固定。

準備工作完成，在潮位條件出現(xiàn)之后進行半潛駁下潛和沉箱灌水作業(yè)。在半潛駁下潛過程中，指揮員需要時刻關注半潛駁的下潛情況以及沉箱當前的吃水深度，達到沉箱深度施工標準深度時，開啟注水閥門對沉箱進行灌水作業(yè)，此時需要密切監(jiān)測倉內(nèi)注水的深度，在達到倉內(nèi)注水深度要求之后，立即關閉注水閥門。在沉箱起浮前完成剩余作業(yè)，當沉箱穩(wěn)定在固定范圍并且吃水深度接近沉箱起浮的臨界條件時，停止半潛駁的下潛作業(yè)。開始進行鋼絲繩鏈接作業(yè)，同時檢測沉箱內(nèi)的壓倉水深是否需要繼續(xù)進行壓倉注水。待所有作業(yè)全部完成后等待半潛駁自帶的起重機將連接半潛駁頂及沉箱頂?shù)墓ぷ鳁虻蹼x。隨后完成沉箱的起浮直至沉箱完全處于漂浮狀態(tài)再觀測沉箱的傾斜情況，通過注水對傾斜問題進行調(diào)節(jié)。

最后出塢階段：在沉箱的吃水達到標準并保持穩(wěn)定之后啟動卷揚機牽引鋼絲繩，沉箱出塢。時刻監(jiān)察沉箱的壓倉水深以及沉箱是否傾斜，將沉箱勻速緩慢地拖出下潛坑并靠在方駁邊。沉箱出塢作業(yè)模擬圖如圖3。

圖3 沉箱出塢作業(yè)模擬圖

3.2.2 沉箱的拖輪托運作業(yè)

沉箱拖輪托運作業(yè)具體過程如下：選擇合適沉箱拖輪托運作業(yè)的潮位、通過浮游托運完成沉箱的拖輪托運作業(yè)、對沉箱的?？孔龊们捌谑┕ぷ鳂I(yè)[4]。

其中沉箱拖輪托運作業(yè)潮位選擇是依據(jù)沉箱浮游穩(wěn)定計算以及水運工程施工現(xiàn)場具體情況確定的，為了更好地控制作業(yè)環(huán)境，大多數(shù)情況下沉箱的拖輪托運作業(yè)會在水深較大且流速較慢的平潮進行。

在開始沉箱拖輪托運作業(yè)之前，需要運用精密的儀器對沉箱出運通道進行詳細的數(shù)據(jù)測量，選取合適的托運路線，確保沉箱在浮游拖運作業(yè)過程中不會出現(xiàn)沉箱擱淺的狀況。

施工作業(yè)過程千變?nèi)f化，對于可能發(fā)生的狀況要做好預防。在安裝作業(yè)中出現(xiàn)需要安裝的沉箱但是基床尚未整理完畢時，浮游拖運的沉箱就必須暫時?？坑诖a頭前沿，等待現(xiàn)場恢復至可進行正常安裝。為了避免沉箱相互之間發(fā)生碰撞事故，就要設計合理安全的沉箱停泊區(qū)域。

3.2.3 沉箱的就位安裝作業(yè)

進行第一個沉箱的安裝施工，周圍沒有其它可以進行輔助安裝的物體，需要借助半潛駁在安裝的時候?qū)Π惭b點進行定位，實施粗安裝。在第一個沉箱安裝完成之后需要進行復查審核，若與原先既定位置存在差距，可以在第二個沉箱安裝施工作業(yè)完成后再次進行抽水起浮對沉箱位置進行精密調(diào)整。

剩余沉箱的安裝分為兩個過程。首先是對沉箱安裝點進行粗定位：對已經(jīng)完成施工的沉箱進行安裝工作平臺進行固定；其次是通過精密測量后在精準的安裝點進行施工安裝：施工人員利用GPS 測量出沉箱底部四個角點的坐標數(shù)據(jù)以及標準高度，然后依照數(shù)據(jù)對沉箱進行灌水或者抽水作業(yè)使沉箱在既定的范圍之內(nèi)。隨后繼續(xù)向沉箱灌水，再調(diào)整使其到達既定位置，在符合標準的情況下完成沉箱安裝，沉箱就位安裝作業(yè)模擬圖見圖4。

圖4 沉箱就位安裝作業(yè)模擬圖

3.2.4 起重船的就位與安裝

起重船就位安裝具體過程如下：首先精準測量起重船拋錨的具體位置完成拋錨定位作業(yè)；接著通過吊裝開始進行沉箱出駁作業(yè)，將大型沉箱平穩(wěn)緩慢地吊起至沉箱施工預先選定的安裝區(qū)域正上方，然后平穩(wěn)緩慢地將起重船的主鉤下放至施工預定位置落鉤。

起重船在進行沉箱安裝施工時需要注意：在進行沉箱安裝作業(yè)時要善于利用精準的測試數(shù)據(jù)，精準調(diào)整起重船高強拉桿的長度；起重船自身以及起重船上的吊起設施工具是否進行探傷處理、施工試調(diào)、是否符合工程要求；在起吊作業(yè)開始之前對起吊設備工具進行檢查，看是否會和沉箱發(fā)生接觸碰撞，鋪設安裝一些具有保護作用的坐墊；進行夜晚施工作業(yè)一定要設立警示標牌作為提示以防發(fā)生接觸碰撞。

4 結(jié)束語

該文通過圖文結(jié)合的方式對重力墩式碼頭大型沉箱安裝施工技術(shù)進行了研究，按照重力墩式碼頭大型沉箱安裝工程施工的具體過程，對過程中的作業(yè)技術(shù)進行講解。沉箱安裝施工技術(shù)是要求精準度的技術(shù)，在進行沉箱安裝作業(yè)時一定要將前期準備工作嚴謹?shù)赝瓿桑拍苡凶銐虻哪芰θ獙κ┕み^程中的突發(fā)狀況，順利完成施工作業(yè)。