4000t级沉箱预制场工艺设计

　　提 要： 近年来，港口发展趋于大型化深水化，深水泊位日渐增多。而重力式沉箱结果因其耐久性及稳定性高，更受青睐。大型沉箱的t级以由3000t级逐渐向4000t级发展，本文针对4000t级沉箱预制及出运的相关工艺进行设计及方案比选。以供大家参考。

　　关键词：沉箱;4000t;气囊;千斤顶;纵横移车

　　Abstract: In recent years, the port development becomes large scale deep-water berth of deep water increasing. Gravity Caisson results due to its durability and high stability was more and more popular. Large caisson T level by3000t to4000t development, according to the4000t caisson prefabrication and transportation related technology for the design and scheme selection, only for reference.

　　Key words: caisson;4000t; airbag; jack; a crossbar moving vehicle

　　一、工程概况

　　某北方大型规划港区先期拟建通用泊位6个，其中最大吨级为10万t级通用泊位1个，水工结构按照25万t散货船设计。均为重力式沉箱结构，沉箱重量在3000t~4000t，其中最大沉箱尺寸为：长×宽×高=20.75×18.65×25.05m。

　　二、沉箱预制场整体工艺选择的原则

　　1)工艺成熟可靠安全性，做到安全生产。

　　2)沉箱预制场本身建设施工工期要求短、尽快投产，以满足整体栗子房港区沉箱预制的需求。

　　3)合理的降低沉箱预制场的工程造价，同时考虑出运沉箱成本及后期维护成本。

　　4)工艺设计考虑结合整体港区发展，在工艺上有前瞻性利用沉箱预制场近期远期发展。

　　三、沉箱出运工艺

　　沉箱出运工艺主要包括顶升、平移及下水等工艺，其中下水工艺受自然条件、水域环境及整体规划协调性等影响较大。

　　1、下水工艺

　　针对本工程大型沉箱下水工艺主要分：斜架车滑道下水、搭岸式半潜驳下水及坐底式半潜驳下水三种。因本工程拟生产的沉箱尺寸高度高达25m，若采用斜坡道下水工艺则整体水域即从沉箱预制场到规划航道需疏浚到约标高-14m，且占用水域长度超过220m。采用搭岸式半潜驳的下水工艺，则对前沿码头荷载较大容易出现应力集中。另该工艺易受风浪影响，沉箱下水的稳定性安全性可靠性相对不高，且针对4000t沉箱下水，需要完全靠半潜驳进排水调平，则需要的半潜驳t位需在万t级以上。综合比较，推荐使用坐底式半潜驳下水的工艺。

　　2、顶升及平移工艺

　　沉箱的顶升及平移工艺，可分为千斤顶配合纵横移小车、气囊顶升及气囊平移两大种。

　　1)千斤顶配合纵横移小车

　　的顶升及平移工艺，技术成熟安全可靠性高，具体工艺流程不再赘述。但先期投入大，其中包括预制台座、纵、横移车、纵横移板及轨道、场地基础处理等。

　　2)气囊顶升及气囊平移工艺：

　　(1)气囊顶升工艺

　　分为两种气囊沟槽顶升法及工字钢填沙法两种。

　　其中气囊沟槽顶升法示意图及参考照片如下

　　其中气囊顶升工艺又分为两种：

　　第一种气囊顶升沟槽法

　　该工艺基本原理，使用气囊代替千斤顶。在沉箱台座上设置数条顶升沟槽，供放置顶升气囊使用，沟上设置盖板，作为平台。顶升前前将未充气的气囊放入沟槽内，充气将盖板及沉箱一同顶升至合适高度，放置垫木，后放气，盖板落回平台，抽出气囊，顶升过程结束。

　　该气囊顶升工艺特点：气囊替代千斤顶，同时气囊沟槽成本较千斤顶沟成本也降低很多，可合理的节约工程造价;同时气囊应其受力面为大面积的面荷载，受力均匀，对地基承载力要求低;操作简单，顶升效率高;

　　第二种是充沙法多在南方采用，因本工程考虑冬季施工，充沙法中充填的沙子，不能顺水冲出，因此在这里不为推荐考虑。

　　(2)气囊平移工艺：

　　气囊平移沉箱工艺流程：将未充气的气囊放置于已被垫木垫起的沉箱下部，气囊通长方向垂直于沉箱移动方向，气囊充气撤去垫木，然后卷扬机牵引沉箱移动，之前在移动方向上预先放置几个充一定气压的气囊，随着沉箱移动，后方气囊用吊车倒运至前方。按此方案直至平移沉箱至半潜驳上。

　　3)气囊顶升平移工艺针对本工程的适应性

　　(1)工程实例方面：

　　本工程沉箱吨位大高度高单位面积荷载大的特点，沉箱最大尺寸：长×宽×高=20.75×18.65×25.05m，净重3928t折合每米线荷载190t(长度方向)。据统计，气囊下水目前最大沉箱吨位为3500t以下。且本工程拟出运的沉箱高达25米。高度重心问题直接影响卷扬机牵引沉箱移动时的技术难度，以及沉箱下气囊在充气过程中，包括沉箱移动过程中容易出现失稳情况，同时气囊压力大，容易发生爆气囊的危险。可以说，气囊下水本工程出运沉箱，有很大的工艺技术难度。

　　(2)规范符合性：

　　根据《船舶上排、下水用气囊标准》(GB/T3795-1996)及《船舶用气囊上排、下水工艺要求标准》(GB/T3837-1999)相关公式，

　　结合部分气囊厂家的相关技术资料进行强度计算。

　　这里主要分两部分，顶升气囊计算及滚动气囊计算。

　　因顶升静止时气囊承压力较大。本工程4000t沉箱若采用气囊顶升，若选用超高压气囊7根，直径1.8米的，受压长度20米。则每根气囊静止承载力为28t/米。超出该气囊厂家的技术参数，但不排除其他厂家有更高承压能力的气囊存在。即使有气囊直径也在1.8米左右，则气囊顶升沟槽深度，及安全可靠度较难保证。

　　滚动气囊计算：根据规范中相关公式计算，本工程沉箱如采用直径1.2m的高压气囊则需要17个。间距取1.8米，则本工程出运沉箱最多仅可布置13个。不能满足规范。

　　(3)厂家咨询验算：

　　设计方将出运沉箱规格尺寸提供于一气囊生产厂家，该厂家反馈资料为经其计算，本工程出运沉箱需布置直径1.8的高压气囊20个，每根气囊承受压力200t，才能满足平移需要，而沉箱长度仅21米，仅可布置11个，因此该厂家结论，此沉箱针对该厂家无法实现气囊平移出运。考虑厂家的因素及技术能力的差异不会特别大，本工程出运沉箱对于国内生产厂家几乎都不可实现。

　　(4)相关适应性结论：

　　本工程沉箱因高度高，吨位大，现阶段应用气囊顶升平移，存在极大的技术难度，可以说不可行。

　　因此沉箱顶升平移工艺，推荐采用传统的千斤顶配合纵横移车完成。

　　五、结论

　　1、4000t级沉箱在顶升及出运工艺选择上，从规范上及实际厂家咨询现阶段无法实现气囊顶升及气囊出运。

　　2、结合现有3000t级沉箱预制场的使用情况，作为出运工具的纵横移小车以由卷扬机拉力动力为佳。

　　3、4000t级沉箱因吃水深，使用斜坡滑道下水不经济同时预制场本身建筑工期长，建议采用半潜驳下水。

　　4、出运沉箱拟采用半潜驳下水，因此半潜驳的资料在设计众多参数中尤为重要。从本工程的特点看，半潜驳若坐底式需要5000t级以上，若搭岸式则需要万t级以上，因搭岸式需完全依靠驳船进排水调整平衡。

　　5、沉箱出运时需要考虑的重点要素为当地的乘潮水位，乘潮水位的选择合理可保证沉箱出运的安全性及保证率。乘潮水位的关系到半潜驳三个指标参数，型深，满载干舷及压载水泵的效率。

　　参考文献

　　[1] 冯刚，《高压气囊搬运大型沉箱在港口工程中的研究和应用》

　　[2]《船舶上排、下水用气囊标准》(GB/T3795-1996)

　　[3]《船舶用气囊上排、下水工艺要求标准》(GB/T3837-1999)

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文章名称： 4000t级沉箱预制场工艺设计

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