沉箱陸上吊裝工藝在漁港碼頭施工中的實踐

◎ 羅建春 中交上海航道局有限公司

高琦 中交疏浚（集團）股份有限公司

1.引言

我國沿海小型漁港大多建于上個世紀中后期，碼頭結構形式多采用漿砌塊石和混凝土混合結構。隨著漁業產業升級以及漁船的逐步大型化，原有的碼頭岸線已無法滿足漁船的安全停靠和生產需求，各地也逐步開始對老舊漁港進行升級改造。目前常規的碼頭結構型式多采用沉箱等重力式碼頭結構，其涉及的大型水工構件多采用水上安裝工藝，而一般漁港水域狹小、水深條件差，且漁港常年處于生產運營狀態，漁船進出港口和靠岸作業頻繁，采用水上安裝作業將受到各種限制。針對上述情況，在遼寧省葫蘆島市綏中縣張見港二級漁港升級改造施工中，我們結合漁港改造的實際情況，最終將沉箱水上安裝工藝調整為陸上吊裝施工工藝，以實現沉箱構件安全、高效、高質量的安裝。

2.工程概況

2.1 施工內容

葫蘆島市綏中縣張見二級漁港升級改造項目是將老舊漁碼頭岸線升級改造為沉箱重力式碼頭改造長度403m，共需安裝沉箱106個。單個沉箱長5m，寬3.6m，高5.5m，重約83噸。

2.2 工程難點及應對措施

考慮到漁港施工水域狹窄，水深條件差，且進出漁船較多，為確保施工安全和整體施工進度，工程采用陸上履帶吊吊裝工藝取代傳統的沉箱水上安裝施工工藝。

2.3 吊裝區域現狀

為減少沉箱的倒運，提高安裝效率，本工程沉箱預制區域采用就近原則，盡可能利用原碼頭岸線后方堆場作為臨時預制場地。

3.設備選型、技術參數安全性校核

3.1 設備的選型

通過現場履帶吊可作業區域大小、吊距以及需承受的吊重，綜合對比不同起重設備起吊參數、安全穩定性能以及經濟合理性，選定倒運起重吊裝設備為150噸（XGC150）履帶吊，安裝起重設備為400噸（SCC4000）履帶吊。

3.2 吊具的選擇

吊具準備兩套。材料使用如下：直徑70mm、單根長16m的鋼絲繩4根，直徑52mm、單根長8m的鋼絲繩8根，吊架兩個，吊架采用Q345B 材質鋼管焊接制作，吊架上與沉箱吊裝孔相對應位置設置四組吊環，吊環內穿鋼絲繩連接履帶吊吊鉤，鋼絲繩與水平面角度為60°。

3.3 技術參數安全驗證

結合選定的設備、吊具進行相關安全驗算，通過驗算進一步驗證起重設備、吊具的作業安全系數、作業區的地基承載力和邊坡穩定性均能滿足安全要求。

3.3.1 吊架結構強度計算

吊架采用Midas Civil 有限元建模計算，吊架結構采用梁單元模擬，鋼絲繩采用索單元模擬，沉箱自重作為荷載施加在吊架之上，計算時動力荷載系數取為 1.3。計算吊架最大應力48.4MPa，小于Q345B 鋼材容許應力305MPa，滿足要求。鋼絲繩最大應力 82.9MPa（模型中按Φ70 鋼絲繩試算），單根鋼絲繩最大拉力 319kN。

3.3.2 鋼絲繩強度計算

根據吊裝工程經驗，鋼絲繩的容許拉力可按下式計算：

式中：S--鋼絲繩的容許拉力（kN）；

Sb--鋼絲繩的破斷拉力（kN）；

Pg--鋼絲的破斷拉力總和（kN）；

α--考慮鋼絲繩之間荷載不均勻系數，取 0.80；

K1--鋼絲繩使用安全系數，鋼絲繩作吊索無繞曲時一般取 5；γ--材料損傷系數，取 0.9。

計算本工程鋼絲繩的容許拉力S 為 319kN，計算破斷拉力Pg 為2215kN，即選擇的鋼絲繩最小破斷拉力不得小于 2215kN。

本工程選擇公稱抗拉強度為1770Mpa，鋼芯鋼絲繩為1220Mpa的Φ70 與Φ50（吊架下方連接卡銷）6＊41SW型號鋼絲繩。

4.沉箱陸上吊裝施工情況

4.1 吊裝施工

由于本工程沉箱共計106個且為連續布置，為減少天氣、施工干擾、水流條件等因素影響，采用陸上大型機械安裝配合GPS定位，能實現大型構件的高安全高效率高質量安裝。

4.1.1 吊具安裝

吊裝工藝由吊鉤、吊架等組成，吊鉤連接在吊架四角，位于吊架上部，吊架下方使用4根鋼絲繩連接卡銷，并同時連接吊筐。

4.1.2 試吊

吊具與沉箱固定牢固后，進行試吊，試吊過程中，沉箱附近嚴禁人員逗留，通過試吊對現場作業條件、各項參數以及安全作業范圍進行進一步的確認。

4.1.3 沉箱起吊安裝

沉箱安裝前，對基礎進行復驗，并且檢查基礎是否存在雜物和擾動現象，如存在及時進行清理，沉箱起吊后緩緩移至水面進行下沉安裝，待水面沒過進水孔位置后，沉箱開始進水下沉。待沉箱距離基床頂面約0.5m處時，停止下沉，測量人員上前利用GPS、全站儀，對沉箱中心及前沿線進行定位，再由施工指揮人員與起重人員溝通進行沉箱位置的不斷調整，并緩緩落鉤。當沉箱底部距離基床頂面約0.2m時，暫停落鉤，測量人員再次精確測量，沉箱調整至位，快速落鉤，直至沉箱完全落底。

4.2 安裝效率分析

本工程共計沉箱106個，整個吊裝過程均在低潮位進行，根據現場實際統計數據，單個沉箱安裝起吊安裝時間約30min，考慮到天氣、施工干擾等因素影響，平均每天安裝4個，單個潮水最高安裝可達8個。

4.3 安裝質量控制分析

本工程在吊裝過程中，需通過各個環節的精確控制來保障沉箱的安裝質量，避免反復起吊下沉，影響施工質量和效率。為實現沉箱快速高質量的安裝，主要做好以下幾點：

（1）安裝前，再次對基床進行檢查，確保基槽面平整無回淤情況。起吊后對沉箱底部進行檢查，確保進水孔通暢且底部無殘渣。

（2）吊裝過程中，起重設備操作由專人指揮，嚴禁沉箱大幅度移動，并通過沉箱兩側的定位繩不斷對安裝姿態進行調整，確保沉箱準確入水下沉。

（3）沉箱就位沉放到底后，測量人員使用儀器對沉箱的施工軸線偏差、臨水面錯臺、接縫寬度及豎向傾斜進行校核。滿足精度要求后，拆除卡銷，安裝作業完成。若不滿足要求，則緩緩起吊沉箱距離基床頂面約10cm左右，重新進行調整，確保安裝精度。

（4）為確保安裝質量和作業安全，沉箱安裝均在低潮位進行，水位超過沉箱安裝頂標高時，停止安裝。

4.4 安全控制

（1）在進行施工技術交底的同時已進行安全技術交底，現場安排專職安全員負責現場安全管理工作。

（2）吊機作業半徑范圍內拉設警示帶，作業期間禁止人員進入作業區域。

（3）進入施工現場人員已按規范佩戴安全帽，高空作業必須系好安全繩，測量定位人員按照要求穿戴好救生衣。

（4）起重吊運的各類索具如鋼絲繩、卡稍安全可靠，起重操作按起重“十不吊”原則進行。

5.結論

經過本工程沉箱陸上安裝工藝實踐表明，針對類似的小型漁港升級改造工程，結合現場施工條件，采用陸上大型設備進行沉箱、方塊等重力式碼頭安裝，具備安全、高效、質量可靠等優點。采用陸上設備安裝要優于傳統的水上安裝，在作業水域狹小的情況下，避免了水上作業的安全風險以及漁船進出港等施工干擾；一般的沉箱安裝均需候低潮施工，可作業時間短，陸上設備安裝準備時間段，穩性好，能快速準確落位，單塊的安裝時間較水上安裝大大縮短，單個潮水的安裝數量最高可達8塊，也大大的節約了施工成本。