某工程沉箱出運(yùn)工藝探討

永泰長榮

某工程沉箱出運(yùn)工藝探討

工程為碼頭工程，結(jié)構(gòu)為重力式沉箱結(jié)構(gòu)。其中沉箱由169t、475t及695t三種型號(hào)組成。由于475t沉箱只有2個(gè)，695t沉箱只有1個(gè)，為了減少大型起吊設(shè)備進(jìn)出場費(fèi)用及安裝臺(tái)班費(fèi)用，節(jié)約工程成本，本工程通過計(jì)算確定通過浮箱助浮，借助潮差浮力，采用200t起重船輔助安裝本工程大型沉箱。

關(guān)鍵詞：浮箱；氣囊；沉箱；起重船

abstract: the caisson is composed by the three models.of 169t, 475t and 695t.there is only one 475t caisson and only two 695t caissons . in order to reduce the entry and exit costs of lifting equipment, save the cost of the project, determined by calculating to use the pontoon and tidal range when install the large caisson with 200t crane ship.keywords: pontoon; airbags; caisson; crane ship

工程概況

某核電廠大件設(shè)備運(yùn)輸碼頭工程為重力式沉箱結(jié)構(gòu)。本工程共有沉箱29個(gè)，分為a、b、c、d、e五種結(jié)構(gòu)型式，其中a型沉箱25個(gè)，其余沉箱各1個(gè)，均在施工現(xiàn)場預(yù)制后出運(yùn)。沉箱a和沉箱b平面尺寸為8500（長）×4900（寬）×6200（高）mm，重169t；c型沉箱平面尺寸為14100mm（長）×11100mm（寬）×8200mm（高），重689t； d型沉箱和e型沉箱平面尺寸為11700mm（長）×9900mm（寬）×6200mm（高），重475t。

沉箱出運(yùn)

由于從預(yù)制場至臨時(shí)出運(yùn)碼頭距離較遠(yuǎn)，沉箱預(yù)制完后擬采用氣囊頂升、青島交運(yùn)集團(tuán)的大型運(yùn)輸平板車水平運(yùn)輸、起重船吊運(yùn)安裝的施工工藝。

a、b型沉箱安裝施工工藝流程為：沉箱頂升→平板車水平運(yùn)輸→200t起重船吊運(yùn)安裝。

d、e型沉箱安裝施工工藝流程為：沉箱頂升→平板車水平運(yùn)輸→浮箱助浮→200t起重船吊運(yùn)安裝。

c型沉箱安裝施工工藝流程為：沉箱第一、二層頂升→平板車水平運(yùn)輸→浮箱助浮→水上接高→200t起重船吊運(yùn)安裝。由于c型沉箱重量大，工藝多，下面僅從c型沉箱的出運(yùn)安裝工藝來進(jìn)行敘述。

2.1 c型沉箱出運(yùn)方案c型沉箱陸地預(yù)制5.5m高（重量535t），海上接高2.7m。c型沉箱第一、二層預(yù)制完后，采用大型平板車乘低潮時(shí)運(yùn)輸至坡底-1.2m浮箱平臺(tái)后，然后采用200t起重船吊浮至-4.0m水深處進(jìn)行沉箱接高?；炷吝_(dá)到起吊強(qiáng)度后采用200t起重船進(jìn)行吊扶安裝就位。根據(jù)最重的c型沉箱設(shè)計(jì)四個(gè)鋼浮箱，其尺寸為分別為2.2*2.0*9m的兩個(gè)和2.2*2.0*8m的兩個(gè)鋼浮箱。經(jīng)過計(jì)算，浮箱用鋼材總重量為25t，4個(gè)浮箱助浮力為149t。浮箱平臺(tái)尺寸較c型沉箱平面尺寸各邊大5cm，浮箱斷面圖如下。

圖1：鋼浮箱圖2.2沉箱頂升

2.2.1氣囊及千斤頂選擇采用11m×1.0m0.3mpa氣囊3條作為535t（c型沉箱分節(jié)預(yù)制頂升）的頂升氣囊，利用公司現(xiàn)有的500t千斤頂4個(gè)作為頂升千斤頂。沉箱頂升時(shí)氣囊布置圖見圖2。

圖2：c型沉箱氣囊布置圖

2.2.2 氣囊壓力計(jì)算氣囊的承載面寬計(jì)算：氣囊受壓變形后，可視為一種規(guī)則的形態(tài)，即氣囊橫截面呈正扁形態(tài)，氣囊承載面寬按下列公式計(jì)算：b=(πd-πh)/2其中： d為氣囊公稱直徑；h為氣囊受壓后高度即工作高度，一般取d的一半。則氣囊承載面寬b=(πd-πh)/2=0.785m對(duì)于c型沉箱沉箱頂升出運(yùn)時(shí)，氣囊與沉箱的總接觸長度l=11×3=33m總接觸面積s=l×b=33×0.785 =25.9m2氣囊所受壓力p= g/s=535/25.9=20.66t/m2=0.2066 mpa通過以上計(jì)算可知，根據(jù)沉箱平面尺寸，采用0.3mpa氣囊可以滿足c型沉箱的頂升工作。2.2.3氣囊充氣頂升連接空氣壓縮機(jī)與氣囊之間的氣管，連接妥當(dāng)后充氣，對(duì)氣囊充氣時(shí)應(yīng)均勻、緩慢，每條氣囊充氣壓力達(dá)到沉箱預(yù)定頂升壓力的80℅時(shí)，停止充氣，檢查所有氣囊的壓力是否一致，不一致時(shí)可向單個(gè)氣囊充氣，使壓力基本一致。再繼續(xù)充氣，直到氣囊達(dá)到頂升壓力，才將各氣囊的氣閥關(guān)閉，停止供氣，此時(shí)沉箱離開混凝土胎座大約50cm左右，然后采用枕木支墊沉箱。待沉箱墊平后，同時(shí)打開各氣囊排氣閥緩慢放氣，使用沉箱平穩(wěn)擱置在支墊枕木上。

2.2.4千斤頂頂升沉箱千斤頂及油泵就位，保證千斤頂中心正對(duì)沉箱底板上的千斤頂中心，千斤頂頂板的位置在沉箱外墻上。頂升沉箱設(shè)4個(gè)500t級(jí)千斤頂組，前后兩側(cè)各設(shè)兩個(gè)，每兩個(gè)千斤頂用一臺(tái)油泵供油，將沉箱繼續(xù)往上頂升20cm，然后加墊枕木。在千斤頂?shù)撞考臃鸥叨葹?0cm鋼支墊繼續(xù)用千斤頂頂升沉箱，當(dāng)沉箱頂升高度達(dá)到90cm時(shí)則滿足要求。2.3平板車運(yùn)輸水平運(yùn)輸沉箱青島交運(yùn)集團(tuán)的大型運(yùn)輸平板車寬6m，長20m，通過高度調(diào)節(jié)裝置，高度可控制范圍為80cm～100cm。當(dāng)沉箱頂升90cm時(shí)，平板車高度調(diào)節(jié)到最低高度，并行使到沉箱底部調(diào)節(jié)平板車高度。千斤頂卸載使沉箱下落至平板車上。清除運(yùn)輸?shù)缆飞纤姓系K物，平板車運(yùn)輸沉箱至指定位置。平板車的結(jié)構(gòu)形式見下圖。

2.4浮箱助浮本工程施工現(xiàn)場高潮水位0.96m，低潮水位-1.11m，潮差2.07m。在c型沉箱出運(yùn)前，沿碼頭引堤內(nèi)側(cè)修筑一條沉箱出運(yùn)通道，通道坡比為1:20。將浮箱置于坡底-1.2m標(biāo)高平臺(tái)上，沉箱乘低潮時(shí)出運(yùn)至平臺(tái)上。乘高潮時(shí)200t起重船吊運(yùn)沉箱至指定的-4.0m水深處，將浮箱下錨固定。此處浮箱距離岸邊坡頂處為10m。

2.5 水上接高沉箱采用陸上吊機(jī)進(jìn)行模板支拆、泵車進(jìn)行混凝土澆筑。水上接高過程中，應(yīng)固定好浮箱防止發(fā)生漂移。

2.6 200t起重船吊運(yùn)安裝待沉箱混凝土達(dá)到起吊強(qiáng)度后，用200t起重船吊運(yùn)沉箱至安裝位置。在浮箱內(nèi)灌水使浮箱下沉，200t起重船吊扶沉箱進(jìn)行安裝。

3.施工工藝可行性分析

3.1 d、e型沉箱施工工藝分析

（1）沉箱吃水計(jì)算沉箱吃水1m時(shí)排水體積：v排=11.7×9.9×0.6+8.7×11.7×0.4=110.2m3沉箱吃水每增加1m時(shí)排水體積：v′ =8.7×11.4×1=99.18m3

（2）施工工藝分析施工現(xiàn)場高潮水位0.96m，低潮水位-1.11m，潮差2.07m。當(dāng)出運(yùn)滑道坡底平臺(tái)標(biāo)高為-1.2m時(shí)，沉箱乘低潮時(shí)出運(yùn)至平臺(tái)上，乘高潮出運(yùn)安裝沉箱，此時(shí)沉箱吃水2.16m，則起重力為：g’=475-110.2-99.18×1.16=250t此時(shí)采用300t起重船方可起吊安裝施工。如果借助浮箱出運(yùn)，考慮沉箱吃水2m時(shí)出運(yùn)：g’浮箱=475-110.2-99.18×1-149+25=141.62t ﹤ 200t此時(shí)采用200t起重船則可以滿足起吊安裝施工。當(dāng)采用500t起重船時(shí)，沉箱則可以出運(yùn)至臨時(shí)出運(yùn)碼頭上，然后500t起重船吊運(yùn)安裝。綜上考慮，d、e型沉箱采用氣囊出運(yùn)至-1.2 m浮箱平臺(tái)上，然后借助浮箱出運(yùn)，采用200t起重船進(jìn)行吊運(yùn)安裝比較經(jīng)濟(jì)，并能滿足安全施工的要求。

3.2 c型沉箱施工工藝分析

（1）沉箱吃水計(jì)算沉箱吃水1m時(shí)排水體積：v排=11.1×14.1×0.6+11.7×8.7×0.4=134.6m3沉箱吃水每增加1m時(shí)排水體積：v′=8.7×11.4=99.18m3

（2）施工工藝分析當(dāng)出運(yùn)滑道坡底平臺(tái)標(biāo)高為-1.2m時(shí)，沉箱乘低潮時(shí)出運(yùn)至平臺(tái)上，乘高潮出運(yùn)安裝沉箱，此時(shí)沉箱吃水2.16m，則起重力為：g’=689-134.6-99.18×1.16=439t此時(shí)采用500t起重船方可起吊安裝施工。當(dāng)出運(yùn)滑道坡底平臺(tái)標(biāo)高為-2.8m時(shí)，乘高潮出運(yùn)安裝沉箱，此時(shí)沉箱吃水2.76m，則起重力為：g″=689-134.6-99.18×2.76=280.7t此時(shí)采用300t起重船方可起吊安裝施工，但是沉箱需水下平移約20m距離。綜上所述，c型沉箱預(yù)制到頂后，從氣囊運(yùn)輸至-1.2m平臺(tái)上，然后需采用500t起重船才能起吊安裝。以下對(duì)c型沉箱采用水下接高進(jìn)行分析。

（3）水上接高工藝分析c型沉箱在預(yù)制場內(nèi)預(yù)制完第二層后，乘低潮采用平板車出運(yùn)至-1.2m標(biāo)高浮箱平臺(tái)上，然后采用200t起重船吊浮至-4.0m水深處進(jìn)行水上接高。陸地預(yù)制后，沉箱重量g為535t。當(dāng)出運(yùn)至-1.2 m平臺(tái)處利用潮差不采用浮箱助浮時(shí)，此時(shí)沉箱起重力為：g’=535-134.6-99.18×1.16=285t此時(shí)采用300t起重船起方可起吊。如陸地預(yù)制后采用鋼浮箱助浮，考慮沉箱吃水2.0mg’浮箱=535-134.6-99.18×1.0-149+25=177t﹤ 200t此時(shí)采用200t起重船起則可以起吊。在-4.0m水深處進(jìn)行第三層預(yù)制接高后，乘高潮出運(yùn)沉箱，此時(shí)沉箱起重力為：g’=689-134.6-99.18×3.96=161.6t根據(jù)以上數(shù)據(jù)，c型沉箱采用陸地預(yù)制5.5m高后采用200t起重船吊裝至-4.0m水深處，海上接高2.7m后乘高潮利用用200t起重船吊扶安裝就位。

4結(jié)論目前沉箱安裝主要采用沉箱浮運(yùn)安裝及起重船輔助安裝兩種工藝，但由于本工程小沉箱數(shù)量較多，大沉箱數(shù)量太少，采用浮塢預(yù)制、陸地預(yù)制半潛駁下水、或者大噸位起重船起吊安裝費(fèi)用較大，通過計(jì)算采用鋼浮箱輔助出運(yùn)沉箱是可行的，同時(shí)可以節(jié)約成本，并且利用現(xiàn)有200t起重船，不需外調(diào)起重船，有利于工程現(xiàn)場安排控制，可以保證沉箱安裝工期。

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