沉箱浮游穩定計算公式推導及常見錯誤解析

時學海

摘 要：沉箱結構在水工建筑物中得到廣泛應用，但在沉箱浮游穩定計算中，由于部分工程技術人員不掌握計算公式中各參數的含義，生搬硬套計算公式，存在計算錯誤。參數取值不精確，或者在發生特殊狀況時缺乏精確核算的情況下采取措施不當引起事故。本文通過推導沉箱浮游穩定計算公式，使工程技術人員能更好理解公式中各參數的意義;通過典型案例分析使工程技術人員能夠汲取事故教訓，防患于未然。。

關鍵詞：沉箱;浮游穩定;計算公式;復雜操作

中圖分類號：U655.54 ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ?文章編號：1006—7973（2019）06-053-02

1 概述

沉箱是重力式水工建筑物常用的大型構件，沉箱的下水、運輸、安裝經常會采用浮運的方式，這就需要對沉箱浮游穩定進行計算。但在《港口工程》和《重力式碼頭設計與施工規范》等文獻中只給出了沉箱浮游穩定計算公式，而未給出公式的推導過程，使部分工程技術人員生搬硬套計算公式，存在計算錯誤或參數取值不精確等問題，導致計算結果與實際不符。

在實際施工中，由于采用的半潛駁能力所限，有的沉箱在下水過程中，還會采取起

重船吊扶出塢等輔助措施，使沉箱的浮游穩定計算更加復雜，由于部分工程技術人員對沉箱的受力工況缺乏全面分析與計算而采取的操作不當，引起事故。

2 沉箱浮游穩定計算公式推導

3 沉箱浮游穩定常見計算錯誤解析

3.1沉箱浮游穩定取值不精確

《重力式碼頭設計與施工規范》中鋼筋混凝土的重度推薦取值為24.5kN/m?，由于沉箱受力計算日益成熟，沉箱混凝土含鋼筋率一般不高，僅為150kg/m?左右;國內預制砼常采用的碎石為花崗巖，在此狀況下，鋼筋混凝土重度宜取24.2kN/m?。

3.2沉箱橫向箱格連通情況下的浮游穩定計算

近幾年隨著碼頭的大型化，沉箱也向大型化發展，沉箱箱格數量也越來越多，為滿足箱格壓載水需要，箱格分區灌注壓載水，即幾個相鄰箱格縱橫向互相連通，在沉箱浮游穩定計算時應將互相連通的幾個箱格看作一個大箱格，如圖2：

圖中陰影部分三個箱格互相連通，在計算這三個箱格自由液面慣性矩時，應為：

如果按單獨箱格計算與上述計算結果相差甚大。

3.3在起重船吊扶出塢情況下的錯誤操作

由于受半潛駁下潛深度的限制，部分沉箱一般采用起重船吊扶沉箱出塢的方式減少沉箱吃水，來滿足出塢條件，采用此工藝操作過程較復雜，需要沉箱在整個施工過程中始終處于浮游穩定狀態，然而近二十年來，國內在沉箱吊扶出塢過程中發生多起事故，該類事故占沉箱下水事故的較大比例，沉箱吊扶出塢發生事故的原因主要有兩種情況。

第一種情況：工藝流程操作順序錯誤

正確的工藝流程是：

其中發生的一起事故操作的工藝流程是：

此事故發生的原因是：沉箱在浮游穩定計算中，起重船在吊力3000kN時，沉箱才是浮游穩定的，因出塢時沉箱底與半潛駁甲板需500mm左右的安全距離，按此操作，在起重船在2000kN吊重時沉箱底板就與半潛駁甲板脫離，此時沉箱處于浮游不穩定狀態，最終釀成事故。

第二種情況：出塢后沉箱注水不足，起重船落鉤速度較快，釀成事故。

沉箱出塢后，起重船摘鉤的正確步驟是沉箱注水的同時起重船保持吊重在計算吊重，沉箱注水到計算水量時起重船再落鉤。

其中一起事故是沉箱注水的同時起重船落鉤，最終由于注水尚未完成，由于落鉤過快，沉箱傾覆，釀成事故。

此事故發生的原因是：起重船減少吊重必須滿足以下條件，

γ水 V'd>p'h

不等式中，γ水——水的重度;V'——出塢后新增壓載水的體積;d——新增壓載水重心到原沉箱重心的距離;p'——起重船減少的吊力;h——吊鉤到沉箱原重心的距離。

實際操作中，因此新增壓載水的重力要大于吊重減少，沉箱才能滿足浮游穩定，此事故中，由于起重船吊重減少過快，起重船落鉤過程中，沉箱處于浮游不穩定狀態，最終釀成事故。因此穩妥的操作是起重船保持計算吊重，沉箱注水完畢后再減少吊重摘鉤。

4 結論

計算沉箱浮游穩定時，應當理解計算公式中各參數的意義，才能避免發生計算錯誤;

在進行沉箱下水的復雜操作中，沉箱受力發生變化，在變化過程中，必須保證沉箱在整個過程中始終使沉箱處于浮游穩定狀態，才能避免事故的發生。

參考文獻：

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