第１４卷 第２期 ２０１４笠 中 国水运 Ｎｏ．２ ２月 Ｃｈ ｉ ｎａ Ｗａｒｅｒ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ２Ｏ１４ 重力式码头工程沉箱平移、出运和安装施工实例研究 葛 君 （中国铁建港航局集团有限公司，山东青岛２６６０７１） 摘要：以漳州港东山港区城垓作业区８＃、９＃泊位工程为例， 对重力式码头工程沉箱平移、出运和安装施工进行 工艺选型分析和设计验算，并详细介绍了施工程序及操作要点， 可供同类工程施工技术人员参考。 关键词：重力式码头；沉箱；平移；出运；安装；研究 中图分类号：Ｕ６５６ 文献标识码：Ａ 沉箱作为一种重要的结构形式，在重力式码头工程中应 用广泛『】】，而其平移、出运和安装施工往往是整个工程关键 施工线路中的控制性节点。本文以漳州港东山港区城坡作业 区８＃、９＃泊位工程为研究实例，结合工程条件与特点，选定 气囊陆上平移、起重船吊运及安装沉箱工艺，进行工艺设计 验算，并详细介绍该工艺的施工程序及操作要点，可供相关 专业施工技术人员参考。 一、工程概况 漳州港东山港区城坡作业区８＃、９＃泊位工程，位于漳州 市东山县康美镇城坟村，是漳州旗滨玻璃有限公司专用硅砂、 杂货件和集装箱货运码头，泊位总长３００．５ｍ，码头采用重 力式沉箱结构，共需预制安装长８．０７ｍ、宽７．９ｍ、高１０．２ｍ 沉箱４０个，分甲、乙、丙型３种型号，沉箱单重分别为４４ｉｔ、 ４３ｉｔ和４２Ｉｔ，一期工程８样泊位共须预制沉箱２２个，二期 工程９＃泊位为１８个。 二、工艺选型分析 １．沉箱平移工艺 目前，我国码头工程施工中沉箱的平移工艺主要有两种。 工艺一，台车平移：这种工艺的特点是平移方向精确、利于 沉箱上坞，但对地基的承载力要求较高，成本也高，适用于 中硬底质的长期固定预制场。工艺二，气囊平移：这种工艺 的特点是产生的地基应力较小，成本低，但平移方向不易控 制，适用于中软底质的临时预制场。 本工程的沉箱预制场地由业主租赁，在８＃泊位工程现场 的南侧约１．５ｋｍ，为岸边填土区，地基松软，需进行软基加 固处理『２】，沉箱出运完成后该预制场地将被土地所有方收回， 工期非常紧张。综合考虑预制场地质、沉箱预制以及施工工 期要求等各方面因素，结合以往沉箱陆上水平移动的成功经 验，确定采用现在业已成熟的气囊顶升并水平移动沉箱工艺。 ２．沉箱出运和安装工艺 目前，我国码头工程施工中沉箱的出运和安装工艺主要 有三种。工艺一，下水滑道出运、拖轮拖运安装。工艺二， 船坞式出运安装。工艺三，起重船直接吊运安装。 本工程沉箱预制场地为临时租赁，不适合投入高成本建 设斜坡滑道；最大沉箱单重４４ ｌｔ，混凝土方量小，单价低， 从外地调遣价格昂贵的半潜驳或浮船坞，施工成本将远高于 收稿日期：２０１３—１０—２０ 作者简介：葛君，中国铁建港航局集团有限公司。 文章编号：１００６—７９７３（２０１４）０２—０３１９－０３ 建设投资。综合考虑建设成本、沉箱重量以及航线水深要求 等各方面因素，结合以往沉箱出运成功经验，确定采用５００ｔ 起重船吊运及安装沉箱工艺。 选定沉箱平移和出运安装工艺后，对预制场进行总平面 布置，布置１条生产线共２排沉箱，每排共１１个沉箱台座， 第１批可预制一期工程８＃泊位的２２个沉箱，二期工程９舟 泊位的１８个沉箱待第１批出运完成后再预制。１批沉箱预 制完成后，除了靠近岸边的两个可直接吊运，其余均需要平 移至预制场出运码头前沿。 三、工艺设计验算 １．气囊陆上平移沉箱工艺 本文以气囊中的平移气囊计算为例。依据沉箱底板尺寸， 选用平移气囊参数：直径Ｄ＝０．８ｍ；有效长度Ｌ。＝８ｍ；设 计出运高度ｈ ＝Ｏ．４ｍ；使用气囊数量ｎ ＝５；安全系数 Ｋ ＝１．５。平移气囊布置详见图１。 图１沉箱平移气囊布置图（单位：ｍｍ） 单条气囊工作时承载面宽度： ：塑 二 ： ： ：！二 ：０．６２８（ｍ）； ２ ２ 气囊受力的总承载面积： Ｓ＝ＢＬｌ ｌ＝０．６２８ｘ８．０￣５＝２５．１２（ｍ。）； 气囊承受压强： Ｐ＝ 舢 ＝ ２５： １ ～＝０．２５８（ＭＰａ）， ．２ 选用安全承压为０．３ＭＰａ的气囊。 ２．起重船吊运及安装沉箱工艺 限于文章篇幅，仅以吊装绳索中的主吊钢丝绳计算为例。 拟投入本工程的５００ｔ起重船的主吊钢丝绳采用 ８×６１＋ＩＷＲ、直径Ｄ为１ｌ８ｍｍ的钢芯钢丝绳，采用公称 ３２０ 中国水运 第１４卷 抗拉强度Ｒ为ｌ８７０ＭＰａ的材质制作而成。 （１）钢丝绳的容许拉力［ｓｌ（安全荷载）按下式计算： Ｓ＝ ＪＩ（ 因此拟投入本工程的５００ｔ起重船的主吊钢丝绳采用 ８Ｘ６１＋ＩＷＲ、直径Ｄ为１１８ｒａｍ、公称抗拉强度Ｒ为 １８７０ＭＰａ的钢芯钢丝绳是可以的，但应强制采用四根上述 钢丝绳穿过卸扣对折进行吊装。 ，其中Ｓ ＝ ” 四、施工程序及操作要点 １ 气囊陆上平移沉箱 式中：Ｓ一钢丝绳的容许拉力（ｋＮ）； 一钢丝绳的破断 拉力（ｋＮ）； 一钢丝的破断拉力总和（ｋＮ）； 数，钢丝绳作吊索无绕曲时取５； 一考虑钢 气囊陆上平移沉箱的主要施工流程为：施工准备一高压 水冲出顶升槽内填砂一检查沉箱底、布置气囊一卷扬机牵引 系统与沉箱连接一气囊充气顶升沉箱一抽出枕木一卷扬机牵 引、气囊移动沉箱至出运码头前沿一下一个沉箱。 施工中的关键点： 丝绳之间荷载不均匀系数，取０．８０；Ｋ，一钢丝绳使用安全系 钢丝绳的截面积： ＝三。！＝ × ＝１０９３４（ａｒｍ。）； 钢丝绳中全部钢丝的截面积： Ａ。＝．ｉ｝。 ＝０．４７６ｘｌ０９３４＝５２０４（ｒａｍ。）， 为钢丝绳的截面 积折减系数（根据大量统计资料计算）； 钢丝的破断拉力总和： ＝＿ＲＡ＝＿１８７０ｘ ５２０４＝９７３１（ｋＮ）； 钢丝绳的破断拉力：ｓ 口 ０．８０ｘ９７３１ ７７８５（ｋＮ）； 钢丝绳的容许拉力（安全荷载）：ｓ＝ ＝ ＝１ ５５・（ｋＮ）； 共采用四根上述钢丝绳进行吊装，为安全考虑，计算时 仅按三根钢丝绳同时受力进行计算。 钢丝绳所承受的拉力设计值１６１： ｙｏ［ｙｔＫ÷）］＝１．Ｏｘ［１ ３ｘ（１・５×—＿）】＝２８６７（ｋＮ） 因为： ＞Ｓ 因此钢丝绳是不安全的，应换选直径更大、强度更高的 钢丝绳。 （２）按钢丝绳所承受的拉力设计值逆向推导钢丝绳的最 小直径： 钢丝绳的容许拉力（安全荷载）：Ｓ＝ Ｋ． ≥ ＝２８６７（ｋＮ）； 钢丝绳的破断拉力：Ｓ ≥Ｋ ＝５ｘ２８６７＝１４３３５（ｋＮ）； 钢丝的破断拉力总和： ＝ 鼍 ＝１７９ （ｋＮ）； 当钢丝绳采用公称抗拉强度Ｒ为１８７０ＭＰａ的材质制作 时，钢丝绳中全部钢丝的截面积： Ｐ×１０ １７９１９×１０ 钢丝绳的截面积： Ａ ｋ ｎ —— ９５８３叭 （ｒａｍ。）； ０．４７ ６钢丝绳的直径：。＝Ｊ ｏ ￣ｖ ／４￣２０１ ３３＝－ 。－ ３（ａｒｍ）； 即：所选用的钢丝绳直径Ｄ不应小于１６０．１ １ｍｍ。 如果将钢丝绳穿过卸扣对折进行吊装（计算时按六根钢 丝绳同时受力进行计算），则钢丝绳的直径： （１）保护气囊 在沉箱底及出运通道内不得有杂物，特别是铁钉等尖锐 物，如有必须清理干净，以免气囊充气时剌裂气囊。移动过 程中，气囊中部受压，两端伸出沉箱底并鼓起，与沉箱边接 触处磨损较厉害，操作过程中可适当减小气压，抬升高度不 宜过高。 （２）牵引系统安全可靠，气囊接引操作得当 利用卷扬机牵引，可以采取在沉箱底板预埋吊环，或设 置插销孔、或钢丝绳套着沉箱，吊环、插销、或钢丝绳的受 力必须验算并安全可靠。牵引时，下令启动卷扬机动力，将 牵引钢丝绳拉紧，移动开始。沉箱前面铺好接应气囊，每条 中心间距为２．１ｍ，调整纵移气囊压力，使沉箱前面稍高， 后面稍低，后拉绳稍放松，卷扬机牵引，接应气囊吃进沉箱 三分之二时加气到指定压力，沉箱继续移动，后面气囊快出 沉箱时放掉气压，取出并放到沉箱前面当作接应气囊，如此 循环。 ２起重船吊运及安装沉箱 （１）施工准备 起重船吊装索具、测杆、圆形塞以及上下沉箱用的梯子 等用具制作准备妥当；抛石基床整平后按以下步骤进行沉箱 出运和安装工作： （２）起重船就位 起重船由拖轮拖带前往预制场出运码头前沿，起重船到 位后，下锚定位。 根据船舶起重性能：起重船双吊杆与水平面的夹角为 ６４。时，起重船的安全工作负荷为５００ｔ（双杆）。本次出运 沉箱最大重量４４ｉｔ，为保险起见，起吊沉箱时起重船双吊杆 与水平面的夹角≥６４。。 （３）起重船带缆、挂钩 起重船下锚定位后，操作人员各就各位，听从指挥人员 的统一指挥。起重船下钩，由人工将分支钢丝绳带在沉箱吊 孔的插销上，检查确认无误后撤离人员。待潮位满足起重船、 拖轮吊运吃水要求后，由指挥人员指挥起重船挂钩起吊，吊 力控制在４８０ｔ左右。 （４）稳定后沉箱吊运出海，起重船拖往安装现场 吊起沉箱后，起重船解缆并由拖轮拖往安装现场。拖运 途中密切监视航道、风浪、天气等情况，拖轮控制好起重船 不偏离航道，避免搁浅。 （５）起重船安装沉箱 （下转第３２２页） ３２２ 中国水运 第１４卷 了，陆上分层推填围堰最高在３．５ｍ。围堰两边的坡度比例 操作人员的素养是由施工质量反应的。比较了各方面的因素， 具有质量可控性好、施工速度快、工程造价低、防渗效果好、 可靠性高等特点的是混凝土防渗墙，此工程就可采用混凝土 防渗墙。 分别是１ ２ ２．５和１：３，高１．７ｍ的湖侧设置４ｍ平台，在 坡边位置用５００ｍｍ厚块石和２００ｍｍ厚的碎石，用来抵制 湖水的冲击，碎石下铺一层土工布；在高１．２ｍ处的基坑中 设置４ ｍ平台，护坡的碎石为５００ｍｍ厚块石和２００ｍｍ， 碎石下铺一层土工布。 南围堰与海洋接近，有较高的地段在６．０ｍ，是不用推 填的，在开挖到高５．０ｍ处就有防渗墙的施工平台。地段有 导向槽施工是防渗墙施工的前提，在防渗墙施工引导和 维护槽口是导向槽的作用，支模现浇Ｃ２０钢筋混凝土构建了 导向槽。强度、刚度和精度都是导向槽要具备的，挖槽机械 和接头管起拔设备的施工的要求要做到。完成了导向槽，用 些许的植被、灌木，只有先用推土机清理后才能施工，开挖 的高度是１．５￣２ｍ，与此同时，在海侧堆积开挖出的砂，浪 砂堤也就形成了。再就是填土，主要是为了施工中防渗墙的 运用，同时要分层的碾压回填在５ｍ，围堰顶要有１０ｍ的宽 度。围堰推填方法都是一样的。 泥浆净化机分隔出泥浆中的沉渣和砂分，多次的运用泥浆， 这样泥浆用量减少了，也有清孔和护壁的效果。槽孔的实施 分成两期，即一期槽和二期槽。依据实际的情况来确定两期 槽孔的长度。成产性试验是前期施工必须做的，然后调整到 适当的数据，不塌孔、较长的槽孔、槽段接缝的有效减少是 基本的保证，注重施工的质量，也不能忽视施工的进度。孔 尾的深度要根据设计的标准，来清空换浆。清孔换浆主要有 两个步骤，首先，把孔底大颗粒的物质捞出来，然后，抽取 湖内建造北围堰位，依据以往的经验显示，有较差的地 质，淤泥厚度在２～４ｍ间，淤泥的厚度不是很大，开挖换填 是首选，在主堤部分用细砂来填充，之后就是插板处理，因 为它的淤泥的凝固点小，有较慢的增强，所以块石反压的方 法来解决主堤两侧，为了让围堰具有稳定性，淤泥下层就是 要用反压块石铺垫。 做好了围堰施工，再稳定好围堰沉降的位移，就要处理 防渗墙，让防渗墙的施工具有安全性，碾压密实在围堰施工 是不可少的。 ２．防渗墙设计与施工 其中的泥浆，采用抽桶或砂石泵。泥浆性能指标的完善，就 是要加入现成的浆液在清孔换浆中。清理交界处的槽段，要 用具有硬度的工具，如钢丝刷子，槽孔端头混凝土壁上的泥 皮的清理，使用的工具有一定的要求，就是不带泥屑、不增 加孔底淤积。 四、结果和测评 此港口的二期围堰项目中的防渗指数小于１ Ｘ 土石坝堤是工程的围堰的另一种说法，达到地基渗透变 形控制和渗漏量减少的目的，要用相应的方法来制止坝基渗 流，即使流动途径增大和降低坡度，让渗漏量减小，这种方 法治标不治本。要有效和合理的制止渗流采用垂直防渗。此 工程的施工区域砂层有较强的透水性，附近的水分多，尤其 １０ ｃｍ／ｓ，有很好的止水作用；船机设备、材料、人力等的 使用都减少了；港池开挖的工期减少了４个月，港口开港的 工期减少了３个月，工程的施工有较好的成绩，干施工中采 用内挖式完成止水围堰让领导们称赞。良好的陆上施工环境 是止水围堰围成基坑，干作业的方案贯穿着全部港口的施工， 并取得成功，未来陆地的干施工有了一个很好的经验，具有 良好的发展平台。 参考文献 在湖的北侧和东侧，南侧与海洋接近；在施工基坑爆破震动 中，它的运土量大和规模也大，基坑中有很多施工人员和设 备，不仅这样，码头的构造也要有优良的环境来施工，干施 工的基坑有较长的工期，所以此工程必不可少的程序就是基 坑防渗。 【１】《港口工程施工手册》出版发行 中国港湾建设，１９９４， （０６）． 防渗结构的选择中，主要是选择高压旋喷桩墙和混凝土 防渗墙，此工程的要求是这两种结构能达到的，针对质量的 控制，打水陀验收是防渗墙形成槽的关键，可视性和可监控 性是它所具备的；在实施过程中，旋喷桩设置为隐身状态， （上接第３２０页） 抛石基床顶标高一９．８ｍ，沉箱高度为１０．２ｍ，沉箱安装 ｆ２１宫继呜．肇源新港码头基床务实施工方案【『１．黑龙江水利 科技，２００８，（０２）． 『３１李兴文．青海湖航运旅游码头水下基础处理新工艺及质量 控制ｌＩ１．湖南水利水电，２（）０９，（０３）． 【１】赵维军．大型沉箱构件预制和出运施工技术综述 华南 港工，２００５，３０（１）：８９－９０． 后顶标高＋０．４ｍ。沉箱安装采用起重船低潮直接安装的方法。 沉箱安装后，测量人员在沉箱上设立观测点，定时进行沉降 位移观测。 （６）准备下一个沉箱的出运安装工作。 五、结语 【２Ｊ交通部第一航务工程局港口工程施工手册（上册）【Ｍ】． 北京：人民交通出版社，１９９７． 【３Ｊ刘秋芝，金晓明．半潜驳预制、出运码头沉箱施工工艺【『Ｊ． 港１３＇科技，２００６，０（５）：２８—２９． 【４】ＪＴＳ１５１—２０１１，水运工程混凝土结构设计规范【ｓ１．北京：人 民交通出版社．２０１１． 漳州港东山港区城埃作业区８＃、９｝｝泊位工程选用的气囊 陆上平移、起重船吊运及安装沉箱工艺在实际应用中，取得 了较好的效果，经济实用且安全可靠，可供同类工程施工技 术人员参考。 参考文献 ［５】江正荣，朱国梁．简明施工计算手册（第三版）ＩＭｌ＿北京： 中国建筑工业出版社，２００５． 【６】ＪＴＳ１４４—１—２０１０，港口工程荷载规范【ｓ１．北京：人民交通出 版社．２０１１．