沉箱結構在船閘靠船墩工程中的應用

邵舟 江蘇中路交通發展有限公司

1.工程背景

淮陰二號船閘新建靠船墩均采用下部沉箱結構加上部現澆胸墻結構。下部沉箱尺寸為5.5×5.5×7.0（m）（長×寬×高），壁厚300～400mm（迎水面壁厚400mm），底板尺寸7.1×7.1×0.5（m）（長×寬×厚），沉箱頂高程為12.0m，底高程5.0m，四周設Φ100 透水孔，沉箱中設300×300（mm）縱橫向撐各一道，沉箱安裝到位后封堵透水孔。沉箱內部填充塊石和浸水混凝土。上部現澆沉箱蓋板及胸墻至高程16.6m。高程9.5m以上墩身迎水面設置鋼護面及鋼包角。

2.沉箱施工方案比選

2.1 船塢預制，起浮出運

選擇施工場地附件的船塢，一般為干船塢作為沉箱的臨時預制場地，在船塢內沉箱預制完成后，在沉箱內部注水壓載，隨即在船塢內注水，而后抽出沉箱內的水使沉箱漂浮，然后開啟船塢利用拖輪拖帶至現場，測量定位后向沉箱內注水使沉箱安放在基床上的一種施工工藝。當施工場地附件沒有可租賃的船塢時可以利用廢棄的碼頭，在碼頭港池口門段構筑圍堰，抽干水后使港池形成干地條件，構筑地坪后形成一個類似于船塢功能的臨時預制場地。

圖1 靠船墩斷面圖

2.2 預制場預制，起吊出運

選擇合適的碼頭前沿場地作為沉箱的預制場地，在碼頭上預制完成后，直接利用浮吊船吊裝至運輸船上，通過運輸船運送至現場，浮吊船起吊安裝，沉箱注水壓載，將沉箱慢慢安放在基床上的一種施工工藝。

由于內河航道受航道通航條件，預制場地條件以及機械設備等限制。沉箱預制出運一般為以上2種方式。本工程綜合考慮施工成本及工程所處的環境等因素，選擇了第2種施工方式進行沉箱的施工。

3.主要施工方案及控制要點

3.1 施工工藝流程

施工準備→水下拋石→沉箱預制→沉箱出運→沉箱安裝→箱體填筑→胸墻填筑

3.2 基槽開挖及水下拋石

根據沉箱位置的地質勘探土質，選擇合適的挖泥船進行水下基槽的開挖，本工程土質主要為粉土粉砂選用定位樁反鏟挖泥船，開挖時勤測水深、勤對標，做好基槽開挖的標高控制，防止基槽欠挖，控制基槽超挖。開挖至設計深度時，要核對土質，土質滿足設計要求的及時進行水下拋石。因靠船墩為船閘上游靠船墩且接近船閘閘門，長期受水頭差及船舶航行影響，會帶動閘室外的拋石往閘門處移動，較大的塊石如卡在閘門處會對閘門的正常開合造成影響，因此沉箱的拋石基礎由底部為塊石，頂部為碎石進行拋填，拋石由挖泥船挖斗運送至水面下接近基槽底部泥面進行拋填，先拋填塊石，拋石嚴格遵守“寧低勿高”的原則，勤用測深砣進行測量，防止漏拋超拋，拋石完成后用挖泥船挖斗進行粗平，再在挖機挖斗上焊接鋼軌。由潛水員配合進行水下細平并用碎石找平，整平后的拋石基礎其頂面標高及整平邊線符合規范要求，以保證基床的平整度滿足沉箱安放的要求，同時拋填時要預留一定的沉降量。

圖2 測深砣測量

圖3 底層鋼護面安裝至蓋板高度

圖4 胸墻鋼模安裝

3.3 沉箱預制

預制場選用的是碼頭前沿靠近航道側堆場，便于沉箱預制完成后的浮吊船起吊出運，對預制場地的地基承載力及邊坡穩定性進行驗算。沉箱模板可委托專業的廠家進行設計生產，從鋼筋工程、模板工程、混凝土工程等方面介紹了預制施工過程中各個環節的操作要點[1]并對其強度剛度穩定進行驗算。內外側模板采用定制鋼模，模板用槽鋼縱橫向加固，并穿對拉螺桿進行最終固定。底模板采用經找平后的碼頭面層，并鋪設一層塑料薄膜，以將混凝土地坪與沉箱底板隔離，降低底板與地坪的粘結力，便于后期沉箱的起吊，同時在底板澆筑混泥土時也可以盡量避免漏漿。鋼筋綁扎按規范執行，注意加強鋼筋保護層厚度的控制，保護層采用專業廠家生產的水泥砼墊塊進行控制。考慮到沉箱結構的幾何特征，沉箱的模板及澆筑共分3次完成，第一次完成底板和倒角澆筑，倒角澆筑要滯后于底板但必須在底板初凝前完成澆筑，必要時可在底板頂面設置水平壓板，防止澆筑倒角時混凝土從底板頂面冒出；第二次完成沉箱外壁及內部縱橫撐的澆筑，澆筑時注意每邊的混凝土高差的控制，要四邊多次對稱澆筑，要控制好縱橫梁與其上部的沉箱外壁澆筑的間歇時間，即避免跑漿又避免冷縫等質量通病的出現。沉箱上部前沿測為鋼護面，因一次澆筑的高度較高，鋼護面的剛度及穩定性不滿足其直接作為模板的要求，故在鋼護面外側同樣采用定型鋼模加固。因模板支護對拉螺桿設置，需要在鋼護面上的開孔，在澆筑完成后要及時進行修補做好防腐措施。考慮到沉箱安裝完成后，需在其上部現澆50cm厚的蓋板，因此在沉箱預制時，其鋼護面安裝高度可直接達到蓋板頂面高程，蓋板澆筑高度僅為50cm，鋼護面可直接作為蓋板的模板，既減少了鋼護面的多次拼接提高了鋼護面的整體性，又減少了后期蓋板澆筑安裝模板的工作量。

3.4 沉箱出運

沉箱混凝土在達到設計強度后，沉箱出運采用浮吊船吊裝至運輸船船艙內，由運輸船運送至施工作業點。沉箱起吊前，浮吊船根據起吊重量事先完成壓載水倉壓水以提高其吊裝的穩定性。同時要考慮浮吊船在加載過程中的穩定及檢查吊具吊索吊環等，并檢查各吊點鋼絲繩長度是否一致，以確保起吊受力均勻，并調整浮吊船位置及扒桿幅度使吊具中心能與沉箱重心在一條垂直線上。完成調整及檢查后，所有作業人員撤出起吊范圍，浮吊船緩慢加載進行試吊，試吊過程中觀察各吊具是否有異響，試吊完成后檢查各吊具是否正常。若試吊一切正常則開始正式起吊。在京杭運河內河航道內，較大噸位的吊裝一般只有固定吊臂的浮吊船，沉箱起吊穩定后，固定吊是通過調整浮吊船的錨纜，將沉箱移動至運輸船上方，沉箱裝運前，在運輸船船艙底部預放沉箱位置鋪設厚木方，以免磕壞沉箱邊角，并在船艙預放沉箱位置上用油漆做好記號，確保裝船后沉箱重心能與運輸船中心線基本重合，以免沉箱裝船后偏心造成船舶過大的傾斜。浮吊船將沉箱勻速緩慢地下放至預先標記的沉箱放置位置上，以確保沉箱垂直平穩坐落在運輸船上。沉箱裝船后，由運輸船將沉箱運至安裝現場，船舶航行運輸過程設專人跟蹤負責，隨時匯報船位、航速、航向及水面情況和沉箱狀況。確保沉箱安全運抵現場。

3.5 沉箱安裝

圖5 沉箱吊裝

固定式浮吊船拋錨駐位方位為垂直靠船墩前沿線，定位船拋錨駐位方位為平行于靠船墩前沿線，定位船定位時要預留出沉箱安放位置，以確保安裝時沉箱位置準確就位；運輸船平行停泊于浮吊船側，沉箱的起吊及安裝靠浮吊船來回調整錨纜進退船位完成。

沉箱在起吊前先進行試吊，試吊正常后正式起吊將沉箱調離運輸船，沉箱吊裝穩定后，調節浮吊船錨纜，使沉箱大致就位于安放位置，緩慢下放沉箱至泄水孔高度貼近水面，并將沉箱緊貼定位船，進行測量定位，沉箱的縱橫向位置由設置在陸上的全站儀進行觀測，通過定位船來調整和控制。沉箱定位精準后，勻速緩慢下沉，下沉時要控制好沉箱不同倉的水位基本一致，沉箱下沉過程中的水平位置通過水準儀對沉箱四角的相對高度進行觀測，通過調整各倉的水位來調整和控制。沉箱下沉至底面距基床頂面0.5米時，停止下沉，進行精準定位，精準定位通過全站儀測量沉箱的四個角坐標來定位，利用沉箱頂面預埋的吊環與定位船通過電動葫蘆相連，通過調整2個電動葫蘆進行局部微調，精準定位后，浮吊船勻速緩慢下放沉箱，使沉箱在自重及水壓的共同作用下平穩而準確的落在基床上。沉箱落至基床后，要進行沉箱安裝位置的數據采集，并記錄沉箱前口控制線與靠船墩施工控制線偏移數據和沉箱四個控制點高程。如縱橫向偏移和控制高程超出設計和規范要求，則必須重新起吊以進行調整安裝。

沉箱安裝完成后及時在箱內回填塊石，并及時澆筑C30浸水混凝土。澆筑完成后采集沉箱的平面位置及高程的原始數據，根據水工結構變形觀測的要求進行沉箱沉降位移觀測。待穩定后進行上部構筑物的施工。

3.6 胸墻澆筑

上部胸墻結構的施工胸墻模板的安裝是施工的關鍵，胸墻前模直接采用鋼護面，并在鋼護面外側用槽鋼進行加固，胸墻后模及兩側模板，采用定型鋼模，三塊鋼模拼裝成整體后用浮吊船吊至沉箱上與事先在沉箱上已安裝完成的鋼護面進行拼裝，拼裝通過鋼護面上的加固槽鋼用螺栓和和其他兩側模板連接加固成整體，提高模板的整理穩定性。梯形結構的胸墻在混凝土澆筑時，模板會受到混凝土很大的上浮力，為避免混凝土澆筑時引起胸墻鋼模的上浮，胸墻模板通過倒鏈和花蘭螺栓與預埋在蓋板上的地錨連接牢固。胸墻獨立于水中，混凝土運輸較為不便，故采用水上運泵一體化船進行混凝土的運輸及澆筑，澆筑時要注意控制好澆筑速度及做好大體積混凝土澆筑的質量控制措施。

4.結語

本文以淮陰二號船閘上游靠船墩采用沉箱結構為新建靠船墩主體結構的工程為例，總結了沉箱的基床，沉箱的預制，沉箱的出運、安裝，上部胸墻結構及后期監測等關鍵工序施工及主要控制方法，可為后續類似結構的靠船墩施工提供經驗借鑒。沉箱結構相較于以往的現澆混凝土結構靠船墩，省去了需要在引航道中圍堰筑島以及減少了水上澆筑的工程量，有利于工程質量的控制。沉箱結構相較于樁基結構的靠船墩，結構穩定性好，抗船舶撞擊能力強，且更加綠色環保。沉箱結構由于其具備結構穩定性好，施工工期短，工廠化集中預制，安全節能環保等優點，在我省內河水運工程中已得到了廣泛的應用。