1600t起重船助浮3000t半潛駁出運沉箱施工技術

任思光

摘 要：唐山港曹妃甸港區通用散貨泊位三期工程水工結構工程沉箱浮游穩定吃水14.4m，由于公司自有半潛駁3#最大潛深18.7m，半潛駁型深4.5m，甲板上臺座高1m，因此沉箱可下潛至吃水13.2m，不能滿足沉箱浮游穩定條件，需采用大型起重船助浮。本工程中，我們根據沉箱助浮出運的施工技術難點進行研究，制定出技術方案并成功實施，取得了一定的經濟和社會效益，值得類似工程借鑒。

關鍵詞：浮游穩定吃水 起重船助浮 沉箱出運 m值

1.工程概況

1.1 工程規模

唐山港曹妃甸港區通用散貨泊位三期工程水工結構工程位于曹妃甸一港池西岸，建設15萬、10萬、5萬噸級泊位各1個，水工結構按照20萬噸級泊位預留，碼頭主體為正南正北方向，采用重力式沉箱結構，岸線長度855m。

本工程主體段共有沉箱4 6座，其中A型1 8座、B型2 1座，且A、B型沉箱尺寸最大，為17.45m×16.1m×21.6m（長×寬×高），沉箱單重約2750t，浮游穩定校核吃水14.414m，故選擇對A、B型沉箱進行出運工藝研究。

1.2沉箱浮游穩定分析

本工程A、B型沉箱校核吃水如表1。

正常出運時，m值取0.3，此時A、B型沉箱浮游穩定吃水14.4m，由于公司自有半潛駁3#最大潛深18.7m，半潛駁型深4.5m，甲板上臺座高1m，因此沉箱可下潛至吃水13.2m，不能滿足沉箱浮游穩定條件，需采用大型起重船助浮。

采用起重船助浮時，m值可取0 . 1 m，此時沉箱穩定校核吃水14.1m，5、8、9～12倉格壓載3.62m海水，1～4、6、7倉格壓載4.59m海水。

沉箱調離臺車的距離按0.3m考慮，則需起重船起吊高度1.2m，此時起重船起吊沉箱和壓倉水的重量，等于排開海水的重量17.45×14.8×1.2×1.025=318t。同時考慮到4根鋼絲繩重7t，8個卡環重0.6t，6人重0.4t，因此需起吊總重量326t，重力3195kN，需配備500t以上起重船輔助沉箱出運。

結合公司自有的起重28（1600t全回轉起重船）良好的起重能力和操縱性能，因此采用起重28進行沉箱助浮出運。

2.工藝難點分析

（1）本工程屬水上大型構件吊裝，在吊浮計算時必須認真仔細，再三校核，確保吊索具受力滿足規范要求。

（2）大型船機起重28與半潛駁3#相互配合是關鍵，在半潛駁壓水至接近最大下潛深度時，起重28即開始準備加載起吊力，避免此時沉箱m=0.1時受風浪、暗流影響而導致沉箱傾斜。

（3）沉箱下潛時，各倉格的壓水精確度是關鍵，采用刻度明顯的鋼芯膠皮測繩。

（4）潮流流速大，潮差大，最大潮差可達3.0米，對沉箱出運的穩定性有一定影響。

3.助浮工藝研究

3.1 吊浮計算

3.1.1吊環布設位置

下潛起浮A型沉箱需起吊重量P = 3 2 6 t，自重力標準值Gk=3195KN；起重船作業時采用主鉤（4個鉤爪）起吊，吊環及鋼絲繩布置見圖2。施工中必須保證4根串扣鋼絲繩長度相同、吊環埋設位置精確，以保證按照8點吊裝計算的正確性。

3.1.2吊環受力計算

①依據《水運工程混凝土結構設計規范》（JTS 151-2011），構件單個吊環鋼筋截面面積可按下式計算：

A=3F/（2nfy）

其中

A——單個吊環鋼筋截面面積（mm2）；

F——構件的總重力設計值（N）；

n——吊環數，當一個構件設有4個吊環時，按3個受力計算，設置8個吊環時，按6個吊環受力計算；

fy——鋼筋的抗拉強度設計值（N/mm2），吊環采用Q235圓鋼制作，取190N/mm2。

計算得，A=4204mm2；吊環半徑r=36.6，直徑d=75mm；

選用直徑d=80mm，Q235圓鋼制作吊環，滿足設計強度要求。

3.1.3卡環選擇

連接鋼絲繩與吊環的卡環，選擇85噸弓形卸扣，共8個。

3.1.4吊浮用鋼絲繩計算和選擇鋼絲繩允許拉力按下列公式計算：[Fg]=αFg/K

式中[Fg]——鋼絲繩的允許拉力（kN）；

Fg——鋼絲繩的鋼絲破斷拉力總和（kN）；

α——換算系數，6×37取0.82；K——鋼絲繩的安全系數，作吊索、無彎曲時，安全系數取6～7。

①鋼絲繩吊索的允許拉力取決于所吊構件的重量及吊索的水平夾角，水平夾角應不小于30°，一般用45°～60°；本項目每根吊索的豎向拉力3195kN/6=533kN。

②每支吊索的斜向拉力[Fg]= F=533/cosβ（kN），β為吊索與垂直線的夾角；在此取β=20°，則[Fg]= 533/ cos20°=533/0.94=566kN。

圖3中a、b為吊環位置，h為選用的起重船重載作業時吊鉤在吃水線以上高度減去（沉箱干舷與吊環高度之和）；沉箱提升高度則考慮吊鉤距離起重拔稈頂部的鋼絲繩長度之中。

③通過②、①計算出Fg——鋼絲繩的鋼絲破斷拉力總和（kN），

Fg=[Fg]×K/α=566×6/0.82=4141kN。

依據《GB/T 20067-2006粗直徑鋼絲繩》選擇鋼絲繩的規格，最小鋼絲破斷拉力總和=鋼絲繩最小破斷拉力×1.321（鋼芯）=4141kN，則需要鋼絲繩最小破斷拉力=3135kN。

選取直徑82mm，鋼絲公稱抗拉強度1770MPa的鋼芯鋼絲繩，鋼絲繩最小破斷拉力=4240kN﹥3135 kN。

3.2 主要工序施工工藝

沉箱出運施工前，提前收聽天氣預報，確保海況良好。根據氣象資料，確定出運時滿足：風速≤6級，流速≤1.0m/s，波高≤1.5m，視程>1000m。

3.2.1沉箱平移上半潛駁

沉箱自預制場采用千斤頂、橫縱移臺車和頂推器進行橫縱移，推上半潛駁，然后進行封車加固。3.2.2半潛駁3#起浮、拖運

封車加固后，半潛駁開始排水起浮，由兩艘3000hp拖輪系纜拖運至下潛坑位置。在拖運過程中要注意觀察半潛駁的縱橫傾變化情況，及時調整壓水，確保半潛駁及沉箱安全平穩，并通過調整航向來降低半潛駁的搖擺度。

3.2.3起重28駐位

起重28船頭朝下潛坑駐位，左右舷前后均拋200m錨，兩前錨的東西向位置在下潛坑的中心線上，可使起重28通過絞船進行沉箱吊浮。

3.2.4半潛駁3#駐位、下潛

拖輪拖運半潛駁進入現場后，根據起重28的駐位位置及水上浮標進行粗定位，并拋前后錨。

隨后半潛駁通過調整錨纜，進行精確定位，利用GPS對半潛駁角點進行位置校核，確定準確無誤后開始下潛，半潛駁下潛時橫傾≤0.33°，縱傾≤0.55°，下潛過程各個階段由起重班長通知主辦工程師、測量人員及調度進行驗收，驗收合格后，由起重班長下達繼續及停止下潛命令。

3.2.5沉箱壓水

半潛駁下潛淹沒沉箱截門時，沉箱開始自然壓水。沉箱壓水過程中重心位置可能會發生較大變化，此時注意調節半潛駁各艙室的進水速度，以克服由于沉箱重心位置變化及不平衡壓載造成的傾覆力矩。為保證安全，沉箱下潛過程中，先將各倉格壓水至m值0.1時沉箱浮游穩定時壓水高度。

3.2.6起重船與沉箱吊環掛鉤和起吊

半潛駁3 #下潛至最大潛深18.7m之前進行掛鉤（此時沉箱吃水小于13.2m），起重人員將Φ82鋼絲繩和85t卡環連接至沉箱預埋吊環上，并將沉箱帶兩根牽牛纜至起重船駕駛室前絞纜樁上。

掛鉤后開始起吊，起重28緩慢增加起吊力，當起吊力達到326t時，停止增加，此時已達到沉箱設計吊浮受力，若此時沉箱未起浮，繼續增加起吊力，直至沉箱被吊離半潛駁臺座30cm。起重人員再次觀察沉箱和起重設備的情況，無誤后起重船方可將沉箱緩慢沿左側舷吊浮出半潛駁。

3.2.7沉箱出駁、拖輪接套

沉箱起浮后通過起重28吊浮和固定在沉箱上口的牽牛纜牽引，使沉箱在半潛駁內移動。沉箱移動方向注意要與半潛駁3#船體方向保持垂直，從半潛駁左舷出駁。

待起重28吊浮沉箱離開半潛駁50m后，由起重28旋轉扒桿，吊浮沉箱至起重28右舷，扒桿起桿，待沉箱靠近右舷后，繼續對沉箱進行壓水，使此時m值達到0.3（即5、8、9～12壓載3.985m，1～4、6、7倉格壓載4.953m，沉箱穩定吃水14.414m），隨后將沉箱帶纜至起重28錨樁上。

此時兩艘1000hp拖輪靠近沉箱，起重工將拖輪上纜繩帶至沉箱頂口吊環上，并將拖輪與沉箱用纜繩帶緊，此時起重人員將卡環打開，起重船與沉箱分離，并向后絞船50m，由拖輪拖帶沉箱至儲存場或現場安裝。

4.結語

曹妃甸通用散貨三期工程，采用1600t起重船助浮3000t半潛駁工藝，實現了安全出運大型沉箱46座。

該工藝進一步完善了現有的半潛駁出運沉箱工藝的不足，即使在將來4000t，乃至5000t的大型沉箱出運，均可參照本工程大型起重船助浮半潛駁出運沉箱工藝進行施工。同時，本工程沉箱結構為20萬噸級，我公司通過現有船機設備，大膽地進行技術實踐，可繼續向更高更大泊位的沉箱結構進軍，顯著提高了沉箱施工能力同時，也驗證了大型沉箱結構在水工結構中的良好適應性。

參考文獻：

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