码头沉箱出运及其安装工艺的研究

码头沉箱出运及其安装工艺的研究

黄湛威

中交广州航道局有限公司广东广州510000

摘要:沉箱作为码头工程最大型的预制构件，沉箱的拖运与安装是码头工程施工的重难点项目。本文通过施工实例介绍了某码头沉箱拖运与安装施工控制，分别从施工条件、方案及沉箱安装的质量控制等方面进行详细的论述，对此类项目施工具有一定的参考价值。

关键词:码头；沉箱；施工；安装；质量控制

引言

重力式码头沉箱具有操作性强、整体稳定性高、耐久性高与施工进度快等特点，在水工建筑中广泛应用。然而由于受到多重因素的影响，使得码头沉箱施工中出现了若干的质量问题，严重影响到码头主体的施工质量。因此，如何控制好重力式码头沉箱施工过程中的质量，就成为了目前相关人员的重要课题。本文以某码头工程项目为例探讨了沉箱拖运与安装过程中的质量控制措施。

1工程概况

某码头结构采用重力式沉箱结构，共需安装沉箱70块，沉箱单块重量约500t，其尺寸为7.6m×7.95m×14.50m(包括前趾为8.5m×7.95m×14.50m)。沉箱由某预制厂预制，后出运拖至现场安装，拖程约8.5海里。码头剖面及沉箱结构示意图详见图1。

图1码头剖面及沉箱结构示意图

2施工条件

码头前沿线临近涨落潮流和某江泾流主泓线，潮流流速较大，其最大涨落潮流速达3～4节。沉箱在最高潮时由预制厂起拖，拖运经过航道至暗礁约6海里，由暗礁转向至安装地点需顶流行使约2.5海里。拖运航道弯曲复杂，水流较急，航道宽度为120～200m，水深7～8.5m。考虑到航道常有大型船舶进出，我们选择相对较少的高满潮后半小时开始沉箱顺流拖运。

3施工方案

本工程所在地距沉箱预制场8.5海里，根据我司以往类似工程的施工经验，选用200t起重船(自有)吊拖方法，即沉箱由起重船浮吊在船头经加固后由一艘2,200HP拖轮和另一艘400HP拖轮分别夹靠起重船左右两侧进行拖运，其施工工艺流程为:预制厂500t门机吊吊运至出运坞安放(沉箱后两舱加平衡水)→起重船吊离坞(绞船至深水区)→沉箱加固→拖轮傍拖起重船至安装现场→起重船抛锚定位→沉箱在起重船协助下注水下沉着床。

3.1船舶性能

(1)起重船9#:船长42m，宽20m，满载吃水2.4m，主钩吊重200t，副钩吊重25t×2。

(2)拖轮2003#:船长37.7m，宽10.0m，吃水3.5m，拖力为28t，主机2200HP.

(3)拖轮405#船:船长:27.03m，宽6.80m，吃水2.6m，拖力为5t，主机400HP

3.2沉箱拖运

沉箱预制完成且其砼强度满足起吊要求后，利用预制厂500t门机吊在最低潮水位时把沉箱吊离预制场地运至出运坞内安放好，经检查沉箱周边和底板均无渗漏后，500t门机脱钩，起重工对沉箱吊孔进行封闭好后500t门机移开。安装人员登上沉箱顶，按照计算要求在沉箱四个隔舱内外各挂一台潜水泵接通电源向沉箱后两舱加灌平衡水，达到要求后停止加水。起重工把两根缆风绳一端系在沉箱后壁两吊环上，另一端绑扎在起重船左右两侧系缆柱上，起重船下放吊钩挂好沉箱吊缆并稍为收紧。在最高潮前约半小时，起重船缓缓吊起沉箱此时沉箱前趾处于左侧方向(详见图2:沉箱出坑示意图)。利用沉箱上系好的缆风绳与船上3#绞缆车连接并绞动，使沉箱逆时针旋转90°至沉箱前趾朝向船头(详见图2:沉箱出坑起重船抛锚定位示意图)。起重船升扒杆下吊钩尽量使沉箱靠近船头，同时收紧左右两侧的缆风绳，以免沉箱左右摆动，起重船即可往外移至深水区，安装人员下至交通船上系沉箱围缆，围缆一端与船头右侧拉环连接，另一端与左侧3#绞车连接，利用绞车绞紧，使沉箱紧靠起重船船首位置，沉箱加固完毕(详见图3:沉箱加固示意图)，拖轮两艘驶近分别傍靠起重船两侧船舷，带好托缆后，即开始拖航(详见图3:沉箱拖运示意图)。

图2沉箱出坑示意图

图3沉箱加固示意图

沉箱拖运至安装现场时，起重船自行抛下左后锚，由于水流很急，拖轮2003#船必须开机顶流，由400HP拖轮(405#)协助起重，船依次抛下左前锚、右前锚、右后锚，待四只锚全部抛好后，拖轮2003#才能移开。

3.3沉箱就位安装

起重船抛好锚后，即进行绞缆就位(在已安好的相邻沉箱上挂浮标做标志)同时安装人员上至沉箱顶上，把潜水泵放低至海面以下，接上电源向沉箱四个隔舱内注水，由留在起重船上的起重工指挥把沉箱腰部围缆解开收起，随着沉箱重量增加，起重船下放吊钩或下扒杆使沉箱慢慢下沉(起重船吊重控制在60～70t)，起重船下扒杆时候，起重工慢慢放松缆风绳，当扒杆停止下放即收紧缆风绳，以免沉箱受水流推力而旋转。沉箱加水下沉至其干舷高度留30～40cm即停止加水，调整沉箱前后舱水位差，使沉箱底面倾斜与基床面相一致，以免使沉箱着床后破坏基床面。待潮水退至沉箱着床后可露出的水位即可安装。

安装前，由测量班测出相邻块沉箱的前沿线及扭角情况，根据所测沉箱前壁两角点位置与前沿线偏差值之差，来调整沉箱前后缝板厚度(缝板厚度差近似与之同)，使沉箱前边线与前沿线平行，再根据相邻块沉箱前沿线偏离情况指挥起重船升(或降)扒杆来调整沉箱前边线位置，由于基床整平时预留1%的倒坡，沉箱着床稳定后将会往内侧倾斜，正常情况下(即预留1%倒坡)沉箱前边线应相对正确位置往前移14.5cm。这样可提高沉箱着床后位置的正确率。沉箱就位好后，即下放吊钩使沉箱着床。着床稳定后测量班测出沉箱前壁两角点位置，若偏差超过允许值，即吊起重新就位、安装、直至满足规范要求为止。沉箱安好后须继续向沉箱内加水，直到沉箱完全稳定后停止。

4沉箱安装的质量控制

水运工程码头沉箱安装的质量控制主要与沉箱下部的基床施工质量，沉箱安装过程中各工种人员间的配合程度，以及指挥安装的施工技术员的经验有较大的关系。

4.1影响沉箱安装质量的几个因素分析

(1)基床沉降:由于抛石基床在沉箱着床后受其荷载作用，使抛石基床产生沉降密实，又因为基床抛石经爆夯后无法达到每处夯实率相同，加载后沉降不均匀，导致沉箱安装着床后经过一段时间会产生一些位移，使沉箱顶部前边线位移，当相邻两块沉箱前边线位移方向不同或偏离值不相同，不但导致沉箱偏离正确位置，且会产生错开，其顶部两角点(相邻块)形成错牙(详见图4)。

图4基床沉降

另外，由于沉箱底部四个角的基床面标高有高有低，沉箱着床稳定后，会往较低处倾斜，使沉箱产生扭角(β)，从而使沉箱前壁边线与前沿线不平行，可能造成沉箱前边线一端偏离，正确位置过大，超过规范允许偏差值(详见图4-A、B)。

(2)基床平整:由于码头前沿线临近涨落潮流及某江泾流主泓线，潮流流速较大，其最大涨落流速达3～4节，在整平放轨时，由于水流急，在对钢轨顶标高测量控制时，受潮流推力影响，测绳会产生一定的倾斜，影响标高测量精度。由于放轨标高测量的误差，使基床沿上、下游方向存在一定的倾斜，当相邻块沉箱底部基床顶面倾斜程度不同或方向相反，均会造成沉箱着床后，顶部张开(啦叭口)，使缝宽加大，缝板松脱(详见图5-C、D)。

图5基床平整

(3)沉箱安装采用露水安装，须赶潮作业，安装时间短，沉箱着床前须向沉箱内灌水加重下沉，各工种人员间应加强配合，现场须备足潜水泵以便补充使用，尽量缩短往沉箱内加水下沉的时间，来相对延长沉箱安装时间。避免因为安装时间不足造成来不及安装(潮水淹没沉箱)，而影响沉箱安装质量和人员安全。

4.2质量控制措施

针对以上影响沉箱安装的不利因素，我们在施工中采取如下措施加以控制:

(1)加强基床爆夯前、后的断面测量精度，严格按照设计夯实率要求进行验收，对达不到要求的应进行补夯，直至满足设计要求为止。对基床抛石顶层厚度应控制好标高，避免超高。基床顶面以下0.5～0.8m应作细抛，块石规格须控制好，块石不能太大，抛填中须勤测水深，加强标高控制。

(2)基床整平，选择流速相对较小的低平潮时间进行放轨，以相应降低由于测绳倾斜而引起的标高测量误差。整平船定位要做到准确，使其船边线与导轨保持同一垂直面，避免测绳产生前沿线左右方向倾斜，提高精度(详见图6)。

图6

测量用水砣须加焊铁块，以加大其重量，亦可减轻测绳倾斜程度，定期对测绳刻度进行检查，以免由于测绳收缩使刻度不准产生长度误差。

(3)成立沉箱安装QC小组，对安装各工种人员进行质量意识教育，提高他们的质量观念，并制定相应的奖罚措施，进行单构件质量考核，提高工人的劳动积极性，加强现场各工种间的配合工作，尽量缩短沉箱着床的准备工作，相应延长沉箱可安装时间，加强后勤工种的配合工作，如对潜水泵损坏要及时进行维修，确保现场有足够的水泵供使用，避免水泵不足(如现场损坏)而延长向沉箱内注水时间。对安装用缝宽垫板要及时制作且规格要有多种(如100×100×500mm、50×100×500mm、30×100×500mm)，以便现场选择合适的厚度来调整控制好沉箱安装质量。

5结语

综上所述，沉箱结构是重力式码头的主要组成部分，沉箱结构的拖运与安装质量直接影响重力式码头主体的施工质量与耐久性。重力式码头沉箱施工中出现的一些质量问题应引起足够的重视，需要采取积极、合理的措施加以控制。为确保重力式沉箱码头施工质量，必须先从每一个过程做起，必须得从工程的基础开始，每道工序必须严格把好质量关。以上综述拖运与安装施工工序的质量控制措施，均在工程实践中取得了较好的成效，对类似工程可提供借鉴作用。

参考文献

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[3]张惠,林志捷.重力式沉箱码头在施工过程中的质量控制[J].文摘版:工程技术.2015