关于大型沉箱溜放出运施工工艺及体会
文章介绍将 1132 吨重的沉箱，采用气囊顶 升、滚动，利用卷扬机作为前后牵引，通过横、纵移到达下水平台，再沿着下水滑道，通过预先布置的水下气囊下水，直至沉箱完全自浮的施工工艺，概括施工中需要注意的一些事项，以及现场施工中的一些个人体会。
［关键词］港区码头；沉箱；施工工艺一、工程概况
某港区作业区南 10#、11#泊位项目（以下称本工程），工程规模为建设 375m 长码头及相应的后方设施，建两个
5000T 级码头工程，其中新建 5000DWT 通用泊位 1 个，5000DWT 重件泊位 1 个（兼顾滚装靠泊）。码头为重力大型沉箱结构， 沉箱外形尺寸为：长 17.02m、宽 10m、高 11.5m，前趾宽 1m，重量约 1132t。
原计划的沉箱出运方案为 5000T 半潜驳出运，由于 工作期东北风起，外海风浪大，加上半潜驳业务繁忙，半潜 驳北调本工程困难重重，无法满足节点工期要求。为确保本 工程节点工期能如期完成，计划采用气囊顶升、滚动，利用 卷扬机作为前后牵引，通过横、纵移到达下水平台，再沿着 下水滑道，通过预先布置的水下气囊下水，直至沉箱完全自浮的工艺施工。
二、出运平面布置
（一）下水平台布置
下水平台位于预制场靠近力通码头一侧，面积 20m×15m，为了与下水滑道更好地顺连， 平台沿海向以 2%坡度设 置，靠陆端标高＋4.0m，靠海端标高＋3.6m，整体与沉箱预制场（标高 4.5m）以一段 1∶10 斜坡过渡段相连，过渡段采 用 20cm 厚砼硬化，沉箱横移时，不采用通长气囊，而是在两 端布置两排不同高度的较短气囊，滚动时可分别调节气囊高度，以保持沉箱整体平衡。下水平台基础回填海砂冲水密实， 经强夯处理后，基础分别铺设 100cm 块石、 30cm 碎石，平层浇筑 20cm 厚 C30 砼。
（二）下水滑道布置
采用多级过渡方案，第一段坡度 1∶40，总长 12m； 第二段坡度 1∶20，总长 12m；第三段坡度 1∶10，至底标高 -4.0m，滑道宽 20m。滑道+1.0m 以上的部位采用 20cm 厚混凝土硬化处理，标高+1.0m 以下部位铺设 10mm 厚钢板。
（三）地锚及卷扬机布置
横移前地锚布置于下水平台外靠力通码头一侧，后 地锚布置于沉箱预制平台 9 个预制沉箱中间两侧；纵移前地 锚布置于下水平台前下水滑道两侧附近，后拉地锚布置于下水平台后约 50m 处， 两地锚相距 12m，以下水滑道中心线对称
埋设。卷扬机相应布置于地锚附近合适位置。（四）道路
现状道路为本标段施工区域， 为力通码头交通需要， 修筑施工便道连通重件道路，便道宽 8m，基础回填海砂，面层回填 50cm 山皮土。
三、溜放出运施工工艺及安全验算（一）溜放出运工艺流程
1.横移沉箱工艺流程：气囊就位→气囊充气顶升→ 卷扬机抽出支垫枕木→牵引沉箱前进、进入下水平台→沉箱支垫方木→气囊放气减压→沉箱横移结束。
2.纵移下水工艺流程：二次顶升气囊就位→气囊充 气顶升→连接前后牵引主钢丝绳、卷扬机抽出支垫枕木→前 牵引沉箱前进进入下水滑道→后牵引钢丝绳张紧后拆除前牵 引钢丝绳→后牵引缓慢溜放沉箱沿滑道下滑→到达设计低潮 水位 0.0m 暂停→设计高潮水位 3.0m 继续溜放→沉箱自浮→沉箱出运结束。
（二）高压气囊的主要技术参数
本工程拟采用直径 D=1.0m、长 LO=15m 的高压气囊进 行沉箱顶升及横移； 直径 D=1.0m、长 LO=11m 的高压气囊进行沉箱顶升及纵移。气囊规格形状及气囊结构、气囊工作参数
详见图 1 及表 1。
（三）气囊顶升及安全验算1.顶升步骤
（1）拆除沉箱底胎模围挡 20cm×25cm 方木，利用高压水枪冲出底胎模砂垫层；
（2）利用预制场四角的卷扬机和横移地锚，用滑轮组和钢丝绳与沉箱相对应的四角拉点相连接并使其受力；
（3）沉箱底部布设小气囊充气顶升， 高度达到 30cm（预制时的支垫木高度为 25cm）；
（4）拆除沉箱底部支垫木，利用高压水枪冲出底胎模砂垫层残余；
（5）沿沉箱周边底部分垫调整枕木，小气囊放气使沉箱平稳降落枕木上。
（6）沉箱底部纵穿布设长气囊充气顶升，准备横移。
2.气囊选用计算：详见表 2，表 3。
3.安全验算
（1）横移顶升顶升高度为 30cm
每条气囊承载长度 LO=15m
每条气囊承载宽度 B=(3.14-0.3×3.14)÷2=1.099m
气囊总承载面积=75×1.099=82.4m2
所需工作压强=1132÷82.4=13.73×9.8÷1000=0.134Mpa
设计实际工作压力为： 0.14Mpa
（2）纵移顶升
顶升高度为 30cm
每条气囊承载长度 LO=11m
每条气囊承载宽度 B=(3.14-0.3×3.14)÷2=1.099m
气囊总承载面积=88×1.099=96.7m2
所需工作压强=1132÷96.7=11.71×9.8÷1000=0.115Mpa
设计实际工作压力为： 0.12Mpa
通过以上计算，气囊的实际工作压强是额定工作压强的 40%～50%，所以顶升过程是安全可靠的。
（四）移运步骤及安全测算
1.移运步骤
（1）横移步骤
1）利用沉箱预制场四角的卷扬机和地锚，用滑轮组和钢丝绳与沉箱前趾及横侧向相对应拉点相连接并使其受
力；
2）将沉箱下面气囊充气，当沉箱被顶升完全脱离支垫枕木时，拆除四周枕木；
3）用对讲机指挥四台卷扬机同步启动，沿着横向
17.2m 方向移动， 移动过程中， 将预备气囊和沉箱尾部滚动出来的气囊不断倒接；
4）当沉箱到达下水平台后，同步停止牵引系统；
5）沿沉箱周边分点摆放好支垫枕木，然后放气使沉箱平稳降落枕木上。
（2）纵移步骤
1）利用沉箱下水平台前后四角的卷扬机和地锚，用 滑轮组和钢丝绳与沉箱纵侧向相对应四个拉点相连接并使其受力；
2）将沉箱下面气囊充气，当沉箱被顶升完全脱离支垫枕木时，拆除四周枕木；
3）用对讲机指挥四台卷扬机同步启动，沉箱沿着纵向 11m 方向移动进入下水滑道，移动过程中，将预备气囊和
沉箱尾部滚动出来的气囊不断倒接；
4）当沉箱完全进入下水滑道，同步停止前后牵引系统，解除前牵引系统后继续溜放；
5）当沉箱溜放到达设计低潮水位±0.0m 标高后， 同 步停止后牵引系统， 等待高潮水位+3.0m 后，通过潜水员预置水下气囊继续溜放，直至沉箱完全自浮；
6）当沉箱完全自浮后，同步停止后牵引系统，潜水 员解除两侧后牵引钢丝绳， 利用 150T 拔杆船吊将沉箱拖向安装现场就位安装。
2.安全验算（1）横移
横移沉箱气囊选用计算详见表 4。移运高度： 50cm
每条气囊承载长度： 15m
每条气囊承载宽度=(1-0.5)×3.14÷2=0.785m气囊总承载面积=75×0.785=58.875m2
所需工作压强=1132÷58.875=19.22×9.8÷1000=0.188Mpa
设计实际工作压强为： 0.2Mpa
通过以上计算，气囊的实际工作压强是额定压强的 62.7%，设计工作压强为 0.20Mpa 是额定压强 66.7%，移动过程是安全的。
（2）纵移
纵移沉箱气囊选用计算：详见表 5。
移运高度： 50cm
每条气囊承载长度： 11m
每条气囊承载宽度=(3.14-0.5×3.14)÷2=0.785m
气囊总承载面积=88×0.785=69.08m2
所需工作压强=1132÷69.08=16.39×9.8÷1000=0.16Mpa
设计工作压强为 0.18Mpa
通过以上计算，气囊的实际压强 0.16Mpa 是额定压 强的 53.3%，设计工作压强为 0.18Mpa 是额定压强 60%，移动过程是安全的。
（五）水平移运前后牵引系统及安全验算
沉箱在下水平台及预制场水平移运的前牵引：
F1=?滋 G=5%×1132=56.6T
考虑到滑轮组的机械效率 0.85 和 3 倍保险系数， 则
牵引力：
F2=56.6÷0.85＝66.6TF3=3×66.6＝199.8T
2 个横移前牵主地锚各按牵引力 60T 设计，牵引系统 采用 2 台 JM-10 型卷扬机及其配套滑轮组（n=4），牵引力为 2 ×4×10÷0.85=94.1t，能满足气囊起步的牵引 F=N×f=1132t ×5%=56.6t 的要求。其中摩檫系数 f=3%～5%，与气囊的工作 气压与地面的硬化参数有关，根据以往出运经验考虑取值为5%。牵引系统安全系数=94.1/56.6=1.66。
沉箱在 1∶22～1∶40 预制场至下水平台斜坡道移运， 为沉箱溜放下水通过下水滑道积累施工经验考虑， 2 个横移后牵主地锚各按牵引力 60T 设计，后牵引地锚安全系数
=120/27=4.44。牵引系统采用 2 台 JM-10 型卷扬机及其配套 滑轮组（n=4），后牵引力 F4=2×4×10÷0.85=94.1t，按 1∶ 18 斜坡道后牵引复核计算： F1=Gsinθ-?滋 Gcosθ=27T，后牵引系统安全系数=94.1/27=3.49。
施工中牵引速度宜控制在 2m/min 内。
水平移运前后牵引系统机具选择详见表 6 水平移运前后牵引系统机具表。
（六）溜放下水后牵引系统设计与计算
沉箱在 1∶10 下水滑道上后牵引： F1=Gsinθ-?滋Gcosθ=79T
考虑到滑轮组的机械效率 0.85 和 3 倍以上保险系数，则牵引力：
F2=79÷0.85＝93TF3=3×93＝279T
2 个后牵主地锚各按后牵引力 120T 设计，后牵引地 锚安全系数=240/79=3.04。后牵引系统采用 2 台 JM-20 型卷扬机及其配套滑轮组（n=6），牵引力 F4=2×6×20÷
0.85=282t，后牵引系统安全系数=282/79=3.56。
施工中牵引速度宜控制在 2m/min 内。
溜放下水后牵引系统机具选择详见表 7 后牵引系统机具表。
（七）供气系统
气囊采用 2 台排气量为 6m3/min 的空压机，多管道空气分配阀，两边各 2 根高压管同时充气。
（八）出运下水平衡及防倾覆助浮计算1.水中平衡助浮计算
前趾重量：（0.5+0.8）/2×17.02×2.5＝27.66T
前趾排水量： （0.5+0.8）/2×17.02×1＝11.06T
助浮气囊计算： L≥（27.66-11.06）×4/3.14=21.14m采用 L=11m 气囊 2 条平衡助浮。
气囊采用钢丝绳绑扎固定于沉箱前趾上方沉箱中心以下位置，下水时，沉箱前趾侧空仓略注水调节平衡。
2.出运防倾覆助浮
为防止沉箱水中倾覆，沉箱两侧各加设 1 条 L=15m 气囊助浮，当沉箱纵移出运下滑至设计低潮水位位置时，暂停出运，等待设计高潮水位 3.0m 继续。
（九）沉箱浮游稳定计算
经计算，沉箱前舱灌水 2.2m，后舱灌水 3.71m 时， 处于浮游稳定状态，这时沉箱吃水 8.07m（空箱吃水 6.27m）， 重心 4.65m，浮心 3.11m，定倾半径 0.85m，定倾高度 0.21m(>0.2m，近海浮运，定倾高度取 m≥0.2m）。
四、施工注意事项
1.沉箱移运时，气囊所通过的通道地面要求清除所有障碍物和尖锐物。
2.沉箱在移动中有走偏的可能，应通过调整气囊的摆放角度， 或两侧卷扬机的先后启动顺序和速度来纠正偏差。
3.移运时风力不能大于 5 级以上， 须视野开阔良好。五、结语
通过以上对沉箱移运溜放下水作业设计以及安全验 算，说明沉箱采用气囊溜放下水是完全可行的，并且十分安 全可靠。项目部与出运队伍紧密合作，圆满完成本工程全部 沉箱溜放下水出运作业施工任务，丰富了类似工程的出运经验。
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