沉箱出运安装典型施工报告
一、单位工程名称
福州港松下港区18#、19#泊位水工工程
二、典型施工内容
利用气囊使2800吨沉箱移动至斜坡道端部（-3.0m），乘高潮位在沉箱四周气囊扶助下，直接下水出运。
三、典型施工目的
通过本次典型施工，找出典型施工工艺的合理及不足之处，并对其进行改进，从而制定出更加合理的施工工艺。其中重点要解决的问题有：
1、检验气囊滚动沉箱至水下4米（-3.0m）工艺的可行性与实用性；
2、检验气囊辅助沉箱条件下稳定吃水、定倾半径、定倾高度等技术参数的准确性；
3、收集在1：13坡面滚动沉箱所需后拉力的数值，从而确定滚动时气囊与沉箱底面的摩擦系数。
四、典型施工预计时间：2008.1.25-2008.1.28
五、典型施工方法
1方案概述
福州港松下港区18#、19#泊位共有沉箱29个，需要现场建设预制场并出运，其中高18.5m的沉箱19个，高14.5m的沉箱10个。斜坡道端部最大水深能满足高为14.5m沉箱的自身稳定吃水要求，而不能满足高为18.5m沉箱的稳定吃水，拟采用四根气囊助浮减少其吃水，并保证沉箱稳定，而后在方驳带动下离开斜坡道端部至深水处，向沉箱内压水至沉箱自身稳定，拆除扶助气囊，拖运到安装地点。施工流程如下：
侧面助扶气囊安装充气——采用底部气囊移动沉箱至斜坡道端部——沉箱后隔舱压水调整不平衡力矩——定位方驳带缆——候潮待沉箱起浮——移至深水区沉箱内压水——气囊放气拆除——拖运到安装地点
本方案取本工程中最大沉箱做典型施工，沉箱具体尺寸长×宽×高：17.87m×16.75m×18.5m，重2780t。工程地点水文特征：平均高潮位+6.42米，平均低潮位+1.59m，平均潮差5m，设计高潮位+7.2m。
预制场选取在施工区域附近，场地尺寸长×宽：150m×80m，场平标高取+9m，下水坡面尺寸长×宽：166m×30m,前坡坡度1：26，长度20m，后坡坡度1：13，长度146m，沉箱在预制完成后，待低潮位用气囊沿斜面滚动，要求沉箱最低端到达-3m水深处，再待高潮位起浮、出运。沉箱自身在保证稳定条件下起浮，吃水需要10.09m,现场最高潮位不能保证沉箱自身起浮，拟利用高潮位采用气囊助浮的办法，减小沉箱稳定吃水，达到出运目的。
助浮气囊采用4条Φ3.3m×13m气囊,捆绑在沉箱四周，每边绑一条气囊，每条助浮气囊产生浮力约100t，实际计算我们考虑气囊淹没一半的条件下出运，留出一定的备用浮力。
2方案计算
2.1水平拉力及下滑时尾部控制拉力
2.1.1水平段滚动时：
2.1.1.1前牵卷扬机选用：
滚动阻力 F1=G·K(K取0.03)
=2780×3%=83.4t
配置2台10t卷扬机，4柄滑车组，两台机动牵引力F2
F2=〔﹙10t×8﹚〕·ε×2=136t (ε效率系数，取0.85)
牵引力F2=136t ＞滚动阻力F1=83.4t
因此，前牵卷扬机配置满足要求。
2.1.1.2前牵滑轮组钢丝绳选用：
滚动阻力83.4t，通过滑轮组16根钢丝绳受力，每根钢丝绳受力83.4/16=5.2t，选用6×37+NF结构的钢丝绳，钢丝绳的公称抗拉强度1770MPa，其直径为D的钢丝绳，按下式计算：
F0=K＇×D2×（R0／1000） ①
式中：
F0——钢丝绳最小破断拉力，单位为KN；
K＇——某一指定结构钢丝绳的最小破断拉力系数，这里取纤维芯钢丝绳,K＇取0.330；
D——钢丝绳公称直径，单位为mm；
R0——钢丝绳公称抗拉强度,单位为Mpa。
单根吊索工作极限载荷应按下式计算：
WLL= ②
式中：
WLL——单根吊索工作极限载荷，单位为KN；
F0——钢丝绳最小破断拉力，见上式的计算，单位为KN；
Ke——接头型式效能近似系数（即接头型式折减系数），此次为插编接头取0.7；
Ku——使用安全系数，一般吊索无绕曲时最小取5。
WLL=5.2t×9.8=51KN
由式②得:
F0= = =364.3KN
再由式①得:
D= = ≈25mm
选用直径为26mm的钢丝绳。
2.1.1.3前牵捆绑沉箱钢丝绳直径的选取：
前牵捆绑沉箱钢丝绳与后拉捆绑钢丝绳同根。
2.1.2沿坡面下滑时（坡度按1：13计算）
2.1.2.1后拉卷扬机选用：
下滑分力P1=G·sina=2780t×1/13.0384=213.2t
配置两台25t的卷扬机、5柄滑轮组。
其后拉力F3=〔﹙25t×10〕×ε〕×2(台) (ε效率系数，取0.85)
=425t
后拉力F3=425t＞下滑分力P1=213.2t
因此，后拉卷扬机配置满足要求。
2.1.2.2后拉滑轮组钢丝绳选用：
下滑分力213.2t，通过滑轮组20根钢丝绳受力，每根钢丝绳受力213.2/20=10.7t，选用6×37+NF结构的钢丝绳，钢丝绳的公称抗拉强度1770MPa，其直径为D的钢丝绳，按下式计算：
F0=K＇×D2×（R0／1000） ①
式中：
F0——钢丝绳最小破断拉力，单位为KN；
K＇——某一指定结构钢丝绳的最小破断拉力系数，这里取纤维芯钢丝绳,K＇取0.330；
D——钢丝绳公称直径，单位为mm；
R0——钢丝绳公称抗拉强度,单位为Mpa。
单根吊索工作极限载荷应按下式计算：
WLL= ②
式中：
WLL——单根吊索工作极限载荷，单位为KN；
F0——钢丝绳最小破断拉力，见上式的计算，单位为KN；
Ke——接头型式效能近似系数（即接头型式折减系数），此次为插编接头取0.7；
Ku——使用安全系数，一般吊索无绕曲时最小取5。
WLL=10.7t×9.8=104.86KN
由式②得:
F0= = =749KN
再由式①得:
D= = ≈36mm
选用直径为36mm的钢丝绳。
2.1.1.3后拉捆绑沉箱钢丝绳直径的选取：
下滑分力213.2t，通过8根钢丝绳受力，每根钢丝绳受力213.2/8=26.65t，选用6×37+NF结构的钢丝绳，钢丝绳的公称抗拉强度1770MPa，其直径为D的钢丝绳，按下式计算：
F0=K＇×D2×（R0／1000） ①
式中：
F0——钢丝绳最小破断拉力，单位为KN；
K＇——某一指定结构钢丝绳的最小破断拉力系数，这里取纤维芯钢丝绳,K＇取0.330；
D——钢丝绳公称直径，单位为mm；
R0——钢丝绳公称抗拉强度,单位为Mpa。
单根吊索工作极限载荷应按下式计算：
WLL= ②
式中：
WLL——单根吊索工作极限载荷，单位为KN；
F0——钢丝绳最小破断拉力，见上式的计算，单位为KN；
Ke——接头型式效能近似系数（即接头型式折减系数），此次为插编接头取0.7；
Ku——使用安全系数，一般吊索无绕曲时最小取5。
WLL=26.65t×9.8=261.17KN
由式②得:
F0= = =1865.5KN
再由式①得:
D==≈56.5mm
选用直径为58mm的钢丝绳。
2.1.3斜坡道下滑过程中沉箱稳定计算：
沉箱自重：2780t；斜坡道坡度：1：13；角度θ=4.4°；h1=9.4m；h2=7.76m；h3=0.32m；考虑最不利因素，故不考虑气囊在滚动中的摩擦力。
稳定力矩：
M稳=G1×h1=Gcosθ×h1=2780×9.8×cos 4.4°×9.4
=255339kN·m
不平衡力矩:
M失1=G2×h2=Gsinθ×h2=2780×9.8×sin 4.4°×7.76
=16220kN·m
M失2=F×h3=Gsinθ×h3=2780×9.8×sin 4.4°×0.32
=669kN·m
M稳/ （M失1+ M失2）=15
故沉箱在斜坡道下滑过程中能够保持稳定。
2.2斜面通道要求：
2.2.1 宽度：出运沉箱最宽尺寸两边各加3～4m操作通道，取沉箱H=17.8m,通道总宽H总=17.8+3.5×2≈25m，考虑实际操作取30m。
2.2.2 坡度：斜坡道为1：13，过渡段为1：26，斜坡段总长166m。
2.2.3 强度：水上部分路基为花岗岩，回填块石厚度大于1m进行夯实处理，并现浇水泥路面；水下部分基础也为花岗岩，用袋装水泥整平后安装预制水泥板。
2.3滚动气囊选型：
根据沉箱尺寸，选取用直径1.0m，有效工作长度16m气囊，顶升高度按0.4m计算，工作宽度B=0.942m。
按10条承载测算，每条载重W1= W/ 10 = 2780/10 =278t。
工作压强P= W1/B×L=278/(0.942×16)=0.185Mpa
工作中考虑到受力分布不均等实际情况，选择额定压力为0.25Mpa的超高压气囊20条（其中10条承载，10条倒接、备用）
2.4助浮测算：
2.4.1 通过浮游稳定计算，得出沉箱技术参数如下：
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沉箱状态
|
前8舱压水深度(m)
|
后8舱压水深度(m)
|
沉箱稳定吃水(m)
|
m值
|
|
无气囊助浮
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1.1
|
2.05
|
10.09
|
0.22
|
|
气囊助浮
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0
|
0.95
|
8.48
|
2.89
|
|
气囊拆除后
|
1.1
|
2.05
|
10.09
|
0.22
|
2.4.2气囊助浮稳定时最小潮位H（取斜坡道底标高-3.0米，水下滑动4.5米）
H=8.48-3.0+0.5+（19.15-2×1.2）/2/13=6.62m
助浮气囊规格：Φ3.3m×13m,每条助浮气囊最大浮力100t；设计绑5条捆绑带。
气囊考虑50%没入水中，其每条气囊产生50t浮力。
2.5吊环的选择
每条助浮气囊需要吊环数量：5个
按4点吊核算，一个吊环受到的力：F=25t（考虑气囊全没入水中）
吊环的剪应力可按下式计算：
选用吊环直径d。
Q235的剪切应力：τ=98MPa
强度条件：
A=1/4×∏×d2≥F/τ=25×9.8×103N/98×106Pa
d≥0.0564m≈58mm，选用φ58mm圆钢
所需吊环直径58毫米。
2.6沉箱稳定性计算
2.6.1 水平移动稳定性
沉箱的重心很低，接地面积大，在地面上滚动时稳定性极好，不存在倾斜的可能。
2.6.2 沉箱浮游稳定性
2.6.2.1气囊助浮时
2.6.2.2向内压水无气囊助浮时
3沉箱出运布置图
平面布置示意图如下：
出运位置图如下：
4工艺流程
4.1沉箱采用气囊横、纵向移动。
气囊移动沉箱已有较成熟的施工工艺，其方法是把气囊放置沉箱底部，顶升至30cm左右，四周用枕木支撑后，撤掉支撑梁，气囊再次充气，然后牵引沉箱前行至斜坡道顶端。
图4-1 沉箱水平出运工艺流程图
4.2沉箱沿斜面下水工艺流程如下：
1牵引沉箱至斜坡道顶端——2捆绑气囊、后牵准备——3沉箱顺斜坡道下滑到端部——4沉箱平衡注水、扶助气囊充气—— 5沉箱起浮——6沉箱前50m、扶助气囊拆除—— 7沉箱拖运至安装位置安装
捆绑气囊方式如下图：
4.3由于气囊在沉箱压力下可以产生较大的变形，增加气囊与地面的接触面积，使单位面积的压力变小，且受力均匀，故对场地的适应性强。
4.4气囊水下布置方式
沉箱由陆上斜面通道下行至水面前沿，通道的水下部分可用连续水泥板铺垫到水下通道前沿端点。条型水泥板（内含钢筋）规格12m×1.0m×0.3m，预制板每边预留30mm等边倒角，方便拼装和保护气囊。
在水泥板表面每隔纵向6m一组，横向1.5m预埋绳扣，操作时浅水处由工人站在水中布置接应气囊，当水深达一定深度(一般超过1.2米时)，由潜水员配合将气囊预先固定在条型水泥板上(用强度小的细麻绳，当充气时，气囊可以将固定用的绳撑断)。
水泥板细部构造如下图：
5操作要点
5.1斜坡道的建造
5.1.1水上部分(+8.23m～+1.0m)地基处理。
5.1.1.1斜坡道水上部分1：13坡度处水平长度94m。测量原地面高程，测量放线1：13的坡度，拉线作为参照，用乱石粗平，反铲理坡。
5.1.1.2铺10cm的碎石进行细平，压路机碾压，使基础密实。
5.1.1.3顶面现浇20cm素混凝土板，规格为5m×30m×0.2m，每一幅（30米）设置一条伸缩缝，沥青填充。
断面见下图
5.1.2水下部分(+1.0m～-3.0m)地基处理
5.1.2.1用水砣测量原地面高程，用抛石船粗抛，标高控制在低于斜坡道40cm，石料规格10～100kg块石。按斜坡坡度1：13计算出斜坡道长度方向每1.3m下降10cm。
5.1.2.2超过1m的厚度要求进行打夯，避免过大沉降。
5.1.2.3潜水下钢轨先用碎石进行细平，整平坡面标高控制在低于斜坡道设计标高30cm，刮道刮平，严格验收，标高允许偏差±20mm，避免水泥板受力不均匀而产生破坏。
断面见下图
5.1.3条型水泥板（内含钢筋）的预制及安装。
5.1.3.1水泥板的预制,条型水泥板（内含钢筋）规格12m×1.0m×0.3m，预制板每边预留30mm等边倒角，方便拼装和保护气囊。水泥板预埋两个8mm固定气囊用铁环，
采用四点吊。
吊点位置：0.207L1=0.207×12=2.484m≈2.5m
0.207L2=0.207×1=0.207m≈0.2m
吊点具体位置如图
单个条型水泥板重量：12×1.0×0.3×2.5=9.00t。
单个条型水泥板在水中的重量：9.00-3.6=5.40t
5.1.3.2水泥板出运时，先用陆上吊机存放到岸边，存放位置标高在+1.5左右。准备移位安装时，先用吊装带捆绑气囊，再用卡环把吊装带和水泥板预埋的吊鼻子连接，气囊直径1m，长16m，整体提供浮力13吨。气囊在低潮位充气，在助浮气囊的作用下，水泥板随潮位升高缓缓起浮，选择吊带长度不同使水泥板起浮后坡度保持1：13。
起浮示意图如下：
5.1.3.3用气囊助浮水泥板离开地面40cm后，用民船拖气囊到定位方驳一舷，测量人员给方驳严格定位，定位完成后气囊放气使回泥板落到安装位置。在安装过程中，如果发现基础有破坏应及时安排潜水员修复，潜水员检查相邻水泥板高差，相邻高差要求如小于2cm，解开连接卡环，气囊用民船拖走，否则再向气囊充气重新安装。为防止海水冲刷，在斜坡道两侧用200kg块石护坡，护坡顶标高低于水泥板顶标高。
5.2准备工作
5.2.1出运检查
5.2.1.1对牵引系统的卷扬机、钢丝绳、滑轮组、导向轮及卸扣、绳卡等，应逐项检查运转是否正常，转动是否灵活、钢丝绳是否缠绕，并排除一切隐患。
5.2.1.2检查空压机运转是否正常，检查气囊充气各管件、阀门、压力表是否完好、是否漏气。
5.2.1.3各地锚、卸扣是否磨损、是否超负荷。
5.2.2 清理通道、场地平整
清理通道上的一切尖锐物、石头及障碍物，并对场地进行平整。
5.2.3 摆放气囊
顶升结束后，清理底部干净，进行气囊摆放。每个气囊的轴线与移动的方向垂直，沉箱两边用红漆标上气囊就位线和枕木安放线，以便气囊迅速就位。伸进沉箱的气囊确保气囊的囊肩部分在沉箱的边侧。
5.2.4 系牵引钢丝绳
将卷扬机动滑轮组与沉箱拉环用钢丝绳系好，并启动卷扬机使各钢丝绳处于受力状态，然后稍稍放松，放松程度以使气囊充气顶升盖板至运行高度时不致受限制进行控制（宜在充气顶升的过程中进行调整）。
5.2.5气囊充气
连接空压机与气囊的气管，连接妥当后充气，对气囊充气时应均匀、缓慢，各滚动气囊的压力要保持一致，尽量使沉箱保持水平状态，沉箱底部完全脱离支撑枕木，实施时根据实际情况对气囊压力值进行适当调整，使之满足运行要求。
5.3 沉箱移运
检查与调整各气囊的压力，使气囊高度一致，现场指挥检查各项准备工作无误后，下令启动牵引卷扬机组，拉紧牵引钢丝绳，沉箱处于临界移运状态时，暂停牵引，再次检查钢丝绳张紧程度，各滑轮组、导向轮的转动是否灵活，气囊及沉箱平稳情况，当一切处于正常状态时，指挥员才指令沉箱缓慢向前移动，如出现偏位通过牵引频率和气囊摆设角度纠偏。
5.4沉箱的浮运下水
5.4.1沉箱浮运前准备
5.4.1.1沉箱助扶气囊在斜坡道上端利用空压机充气，乘低潮用下部气囊顺斜坡道滚动下水，为控制沉箱下滑位置，在斜坡道端部设两个漂浮竹竿作为标志。方驳事先在浮漂处就位。当沉箱滚至预定位置时，施工人员通过爬梯上到沉箱上，方驳与沉箱用四条缆连接，并根据浮游稳定技术参数向沉箱内压水，后八舱压水深度0.95m，前八舱压水深度0m，压水完成后关闭阀门，施工人员从沉箱顶下到方驳上，方驳离开沉箱前壁3.5m（气囊直径3.3m，留出气囊的位置）。
方驳定位位置如下图
5.4.1.2沉箱在平均吃水8.48m时就能起浮，等到沉箱浮起稳定后，在方驳的带动下拖到深水区拆除气囊。气囊助浮下沉箱技术参数如下：
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沉箱状态
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前8舱压水深度(m)
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后8舱压水深度(m)
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沉箱稳定吃水(m)
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m值
|
|
气囊助浮
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0
|
0.95
|
8.48
|
2.89
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5.4.2助浮气囊拆除
5.4.2.1根据现场水深等深线图分析，从斜坡道端部到深水区60m长，深水区平台宽度50m，原地面标高为-11.5m，地质为粉细沙，满足沉箱无气囊扶助下10.09m吃水要求。拆除气囊后沉箱技术参数如下：
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沉箱状态
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前8舱压水深度(m)
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后8舱压水深度(m)
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沉箱稳定吃水(m)
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m值
|
|
气囊拆除后
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1.1
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2.05
|
10.09
|
0.22
|
5.4.2.2气囊放一部分气，使下部捆绑带不受力，潜水员把卡环打开，气囊用民船拖回，沉箱用拖轮拖到安装地点安装，而后定位方驳退场。
6安全保证措施
6.1沉箱移位阶段
6.1.1气囊和构件底部不得有尖锐物。
6.1.2气囊充气嘴前方不得站人，以防气嘴飞出伤人。
6.1.3发现气囊漏气，应立刻停止牵引，更换气囊再重新牵引。
6.1.4牵引工作人员必须遵守《卷扬机安全技术操作规程》和掌握《钢丝绳的安全使用要点》，要听从指挥长指挥，启动时不应过于急速。
6.1.5用两台卷扬机牵引时，型号必须相同，并保持同步工作。
6.1.6经常检查所有牵挂部件，倒向滑轮组和地锚，使其工作安全可靠。
6.1.7空压机专人操作，气压自动调节装置安全可靠。
6.1.8严禁一切闲散人员在施工现场游荡，防止意外事故发生。
6.1.9供气系统采用DVY-6/7型空压机一台，排气量6m3/min，排气压力0.7Mpa，为了使多个气囊同时充气，设置具有多管路接头的空气分配器一个，另有输气管多条。
6.1.10沉箱移动过程中的启动与制动
沉箱移动方向前用两部卷扬机牵引，其后用两部卷扬机牵制。可通过调整气囊气压来达到盖板启动时牵引力减小和制动的要求。前端气囊气压减小，沉箱前倾，牵引力就小，反之亦然；移动中减小气压，即可增加滚动阻力，实现减速；在沉箱前摆放充气的气囊达到制动的目的。
6.1.11移动中偏移的纠正措施
纠正物体移运过程中的偏移有多种方法，通常采用的方法有：
6.1.11.1调整两侧卷扬机的牵引速度和先后启动顺序；
6.1.11.2调整气囊摆放角度。
6.2沉箱浮运阶段
6.2.1严格控制、检查吊装带的完整性，发现损伤重新更换，防止助浮过程断裂。
6.2.2出运前注意收听收看气象信息，海面浪高大于0.5米取消当天浮运作业。如沉箱已移到斜坡道端部，为防止意外将沉箱阀门全部打开始沉箱内外液面相通。
6.2.3在沉箱四面外壁上标示吃水刻度线，水运前后严格控制沉箱吃水，沉箱移动到位后马上向箱内压水。
6.2.4沉箱阀门预制时作水压试验，保证开关自如，拖运期间发现漏水，马上用备用水泵抽水。
6.2.5在斜坡道道两侧设立明显的边缘标志，保证沉箱滚动过程中明确下部气囊位置。
6.2.6 夜间拖航时，保持足够的照明,施工船舶配备足够的救生设备，以应付突发事件的发生。
6.2.7拖航时，严格按航道标志行驶，随时同过测深仪了解水深，保证满足沉箱吃水深度。
6.2.8拖航过程中，始终保持与周围的密切通讯联系，施工人员在带缆、收缆过程中应注意脚下，防止绊脚或失足落水。
