利用斜船台进行沉箱下水工艺研究
摘要：本文通过辽宁某水工工程为例，介绍了在斜船台上溜放沉箱下水工艺，借鉴船舶溜放下水工艺进行沉箱溜放下水，可节约大型船舶的调遣和出运费用，在特殊情况下可采用的节约成本的沉箱出运工艺。关键词：斜船台沉箱溜放1.工程情况概述辽宁某码头工程设计采用沉箱结构直立岸壁，沉箱结构如下：沉箱尺寸表型号沉箱尺寸（m）趾长仓格数量砼量(m3)钢筋（t）重量（t）
长宽高
CX115.247.98.90.767240.433.5610
沉箱平面结构如右：
由于沉箱数量较少，且重量达610吨，一般出运工艺为起重吊装出运或利用半潜驳出运，有固定预制场的也采用滑道或在船坞中预制出运。但该工程附近无可用固定预制场，且如调遣大型船舶如起重船和半潜驳费用较高。工程附近有一船舶制造厂的斜船台空闲，其主要功能为船舶制造并溜放下水。是否可以利用斜船台出运沉箱将大大提高功效和节约成本。斜船台的直立岸壁结构形式如下：
现场潮位为：设计高水位3.4m，设计低水位0.15m，极端高水位4.37m，极端低水位-1.32m。据统计，沉箱出运的水位应在3.2m。2.施工设想
沉箱拖运图2.1沉箱浮游稳定沉箱浮游稳定计算（1）由于沉箱设置前趾，沉箱空载时横向m为-0.12m，浮游不稳定。纵向定倾高度m值为2.4m，纵向浮游稳定。（2）沉箱需配载，并考虑封仓盖板，沉箱后仓加载60T时，沉箱横向定倾高度m值为0.24浮游稳定，且横向重心基本与浮心重合。沉箱浮游稳定计算见《重力式码头设计与施工规范》6.2.4条，这里不做详述。2.2沉箱溜放设想沉箱预制完成后，低潮位采用气囊拖运至斜船台。从施工拖运时看，沉箱只能拖运至斜船台内1m位置。在3.2m潮位时，沉箱距斜船台1m停止时，受到浮力为沉箱吃水高度，应扣除拖运气囊工作高度和船台的斜度。沉箱吃水平均为2.65m，浮力为316T，而沉箱重为610吨，沉箱是无法起浮的。2.2.1设想一设置助浮气囊，但困难是在助浮气囊直径为1.8m，3.2m潮位时气囊如果采用捆装带悬挂在沉箱底部的方式，气囊吃水受到较大影响，只能有一排气囊吃水。四周都悬挂气囊，不考虑后侧气囊，增加浮力为94.2T，仍无法起浮。是否考虑设置托架捆绑助浮气囊达到起浮状态，托架设计图如下：存在问题：1、托架刚度较大，计算托架需要使用型钢约40T。且每个沉箱连接托架预埋铁件需要2.5T。2、沉箱不能压载，本身不设置助浮时浮游不稳定，设置托架助浮后更难稳定。3、即使沉箱下水后，托架需水下拆除，一旦托架变形，拆除非常困难。4、需要的潮水较高，且安装、拆除托架时间较长，每月可利用高潮位较少，功效很慢。5、为便于拆除，支架与沉箱的连接采用穿销子连接，由于浮力产生对连接处弯矩过大，预埋件很容易产生破坏。
沉箱下水前位置
托架助浮气囊布置图
2.2.3设想二利用船舶溜放工艺进行沉箱溜放。船舶下水分四个阶段，船舶在空气中的滑行阶段；船舶从艉部接触水面到艉浮阶段，船舶从艉浮到全浮阶段，船舶从全浮到船舶漂浮至既定水域阶段。船舶从从艉部接触水面到艉浮阶段，船舶从艉浮到全浮阶段计算非常复杂，主要考虑在船体的仰倾现象。
1、沉箱溜放的可行性:①沉箱纵向浮游稳定非常好。②沉箱在后仓压载60T时横向浮游稳定且平稳。③沉箱在压载60T漂浮时干舷高度为3.2m。④现场水域开阔且封闭，基本无横流，水深满足施工要求。2、需要考虑溜放的问题：①沉箱溜放下水过程中是否存在沉箱艏顶部没水情况。②沉箱在离开船台时存在艉跌及触碰船台。③沉箱滚动过程中对滚动气囊的破坏。④助浮气囊的设置。⑤船台前沿是否水深足够，不致沉箱触底。3、解决的方法：初步设想是艏部、两侧各悬挂2条助浮气囊，艉部悬挂1条助浮气囊。气囊直径1.8m，前侧气囊直线段长7m，两侧气囊直线段长15m。滚动拖运气囊直径1m,工作高度为0.6m。（1）我们用钢板焊接了一个1:30的同比例的模型，模型的尺寸和重心位置均与实际相同比例，观察模型在溜放过程中的状态。通过模型观察，（1）在下水潮高3.1m，开始下水沉箱位置距船台前沿距离4.5米；下水过程，首吃水在6m位置，沉箱首部开始漂浮，这时尾部吃水2.1m；（2）下水潮高3.5m，开始下水沉箱位置距船台前沿距离4.5米；下水过程，首吃水在5.5m位置，沉箱首部开始漂浮，这时尾部吃水2.5m；（2）简单分析受力情况在3.2m潮位时，沉箱重心出船台时，沉箱重力为671T，沉箱浮力为296T加助浮气囊（考虑前侧2个助浮气囊，边侧1条助浮气囊）114T为410T，沉箱存在艏跌情况。根据模型计算，计算水位3.5m时最后一条滚动气囊在船台上的状态671-（5.5+2.5）/2×114.246=214T注：671为沉箱加载后总重（T）,5.5和2.5为沉箱前后吃水（m），114.246为沉箱吃水断面面积(m2)。扣除前端2条气囊17.8T/条，两侧4条气囊38.2T/条，对船台压力为25.6T。小于滚动气囊的工作压力100T。4、施工时的注意事项（1）、应通过计算保持沉箱横向浮游稳定，且偏载较小，配重易采用固体配重。实际施工下水之前在沉箱后沿3仓格内平均加载总配重砂61t，保证沉箱在下水过程中横向始终保持稳定。（2）、滚动气囊安放应平行，保证沉箱能够在重力牵引下下滑。下滑力应做计算。气囊的滚动摩擦系数μ取在0.01-0.015之间变化。实际施工时在船台1：14坡道末端用油漆画刻度尺，保证滚动气囊之间的平行状态和沉箱的平行状态，以保证沉箱滚动的速度。保证距船台前端的滚动在5m距离。（3）、滚动气囊的布置应尽量满布，且保证沉箱出斜船台时均有气囊与船台接触。一般滚动气囊水平移动距离为沉箱移动距离的近似一半。保证沉箱下布设满8条气囊，气囊的滚动间距在20cm，保证在沉箱下水过程中，始终有气囊与船台接触。（4）、沉箱下水前做封仓处理。
沉箱封仓示意图（5）由于沉箱为钢筋砼结构，且与水体接触，一般不考虑沉箱自身的刚度。3.施工效果及总结3.1适用条件和实施措施1、沉箱纵横向浮游稳定，其纵向定倾高度m值应大于0.5m。2、斜船台的坡度应保证其沉箱设置滚动气囊时有下滑力。该处斜船台坡度为1：14。3、施工现场应有一定的潮差，适用于利用斜船台出运。4、斜船台的高度设置应通过计算保证沉箱沿斜船台坡度下滑至离开斜船台时，沉箱处于漂浮或对最后一个滚动气囊压力小于其工作压力的50%。否则应设置助浮气囊。5、测算沉箱艏跌
沉箱的下水过程是一个不断和流体作用的过程，除了浮力之外，还有水的轴向粘性阻力和由于动量传输所引起的动量变化力即附加惯性力，由于下水是变速运动，情况比较复杂。我们可考虑如下动量守衡简单计算，但最好通过模型试验来检验。
式中为水的粘阻力ρ为水的密度V为下滑速度（米/秒）S为沉箱运动方向投影最大湿面积；C1为阻力系数。可考虑与艏跌的高度积等于沉箱下滑的势能。沉箱艏部吃水深度应保持1m以上的干舷高度。并考虑加盖封仓盖板。6、沉箱艉跌由于沉箱一般较短，沉箱艉跌小于沉箱艏跌。主要是考虑滚动气囊的密集排布以防止艉部接触船台。实际施工中未发现有触碰现象。3.2实际效果在辽宁某水工工程施工中顺利完成了利用斜船台进行沉箱下水的施工。下图为沉箱下水瞬间： 4.效益比较对于该工程沉箱为610T，总数为7个，需要使用1000T以上的起重船。安装和调遣费用估算在15万元/个以上，使用利用斜船台进行沉箱下水工艺，费用约为使用起重船安装费用的1/5。
参考文献：中交第四航务工程局主编，《重力式码头设计与施工规范》（JTJ290-98）,1998.4龚建松，哈尔滨工程大学硕士学位论文《船舶纵向重力式下水计算》
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