某工程沉箱出运工艺探讨
某工程沉箱出运工艺探讨
工程为码头工程，结构为重力式沉箱结构。其中沉箱由169t、475t及695t三种型号组成。由于475t沉箱只有2个，695t沉箱只有1个，为了减少大型起吊设备进出场费用及安装台班费用，节约工程成本，本工程通过计算确定通过浮箱助浮，借助潮差浮力，采用200t起重船辅助安装本工程大型沉箱。 关键词：浮箱；气囊；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 工程概况
某核电厂大件设备运输码头工程为重力式沉箱结构。本工程共有沉箱29个，分为a、b、c、d、e五种结构型式，其中a型沉箱25个，其余沉箱各1个，均在施工现场预制后出运。沉箱a和沉箱b平面尺寸为8500（长）×4900（宽）×6200（高）mm，重169t；c型沉箱平面尺寸为14100mm（长）×11100mm（宽）×8200mm（高），重689t； d型沉箱和e型沉箱平面尺寸为11700mm（长）×9900mm（宽）×6200mm（高），重475t。 沉箱出运
由于从预制场至临时出运码头距离较远，沉箱预制完后拟采用气囊顶升、青岛交运集团的大型运输平板车水平运输、起重船吊运安装的施工工艺。 a、b型沉箱安装施工工艺流程为：沉箱顶升→平板车水平运输→200t起重船吊运安装。d、e型沉箱安装施工工艺流程为：沉箱顶升→平板车水平运输→浮箱助浮→200t起重船吊运安装。 c型沉箱安装施工工艺流程为：沉箱第一、二层顶升→平板车水平运输→浮箱助浮→水上接高→200t起重船吊运安装。由于c型沉箱重量大，工艺多，下面仅从c型沉箱的出运安装工艺来进行叙述。
2.1 c型沉箱出运方案c型沉箱陆地预制5.5m高（重量535t），海上接高2.7m。c型沉箱第一、二层预制完后，采用大型平板车乘低潮时运输至坡底-1.2m浮箱平台后，然后采用200t起重船吊浮至-4.0m水深处进行沉箱接高。混凝土达到起吊强度后采用200t起重船进行吊扶安装就位。根据最重的c型沉箱设计四个钢浮箱，其尺寸为分别为2.2*2.0*9m的两个和2.2*2.0*8m的两个钢浮箱。经过计算，浮箱用钢材总重量为25t，4个浮箱助浮力为149t。浮箱平台尺寸较c型沉箱平面尺寸各边大5cm，浮箱断面图如下。
图1：钢浮箱图2.2沉箱顶升
2.2.1气囊及千斤顶选择采用11m×1.0m0.3mpa气囊3条作为535t（c型沉箱分节预制顶升）的顶升气囊，利用公司现有的500t千斤顶4个作为顶升千斤顶。沉箱顶升时气囊布置图见图2。
图2：c型沉箱气囊布置图
2.2.2 气囊压力计算气囊的承载面宽计算：气囊受压变形后，可视为一种规则的形态，即气囊横截面呈正扁形态，气囊承载面宽按下列公式计算：b=(πd-πh)/2其中： d为气囊公称直径；h为气囊受压后高度即工作高度，一般取d的一半。则气囊承载面宽b=(πd-πh)/2=0.785m对于c型沉箱沉箱顶升出运时，气囊与沉箱的总接触长度l=11×3=33m总接触面积s=l×b=33×0.785 =25.9m2气囊所受压力p= g/s=535/25.9=20.66t/m2=0.2066 mpa通过以上计算可知，根据沉箱平面尺寸，采用0.3mpa气囊可以满足c型沉箱的顶升工作。2.2.3气囊充气顶升连接空气压缩机与气囊之间的气管，连接妥当后充气，对气囊充气时应均匀、缓慢，每条气囊充气压力达到沉箱预定顶升压力的80℅时，停止充气，检查所有气囊的压力是否一致，不一致时可向单个气囊充气，使压力基本一致。再继续充气，直到气囊达到顶升压力，才将各气囊的气阀关闭，停止供气，此时沉箱离开混凝土胎座大约50cm左右，然后采用枕木支垫沉箱。待沉箱垫平后，同时打开各气囊排气阀缓慢放气，使用沉箱平稳搁置在支垫枕木上。2.2.4千斤顶顶升沉箱千斤顶及油泵就位，保证千斤顶中心正对沉箱底板上的千斤顶中心，千斤顶顶板的位置在沉箱外墙上。顶升沉箱设4个500t级千斤顶组，前后两侧各设两个，每两个千斤顶用一台油泵供油，将沉箱继续往上顶升20cm，然后加垫枕木。在千斤顶底部加放高度为20cm钢支垫继续用千斤顶顶升沉箱，当沉箱顶升高度达到90cm时则满足要求。2.3平板车运输水平运输沉箱青岛交运集团的大型运输平板车宽6m，长20m，通过高度调节装置，高度可控制范围为80cm～100cm。当沉箱顶升90cm时，平板车高度调节到最低高度，并行使到沉箱底部调节平板车高度。千斤顶卸载使沉箱下落至平板车上。清除运输道路上所有障碍物，平板车运输沉箱至指定位置。平板车的结构形式见下图。 2.4浮箱助浮本工程施工现场高潮水位0.96m，低潮水位-1.11m，潮差2.07m。在c型沉箱出运前，沿码头引堤内侧修筑一条沉箱出运通道，通道坡比为1:20。将浮箱置于坡底-1.2m标高平台上，沉箱乘低潮时出运至平台上。乘高潮时200t起重船吊运沉箱至指定的-4.0m水深处，将浮箱下锚固定。此处浮箱距离岸边坡顶处为10m。
2.5 水上接高沉箱采用陆上吊机进行模板支拆、泵车进行混凝土浇筑。水上接高过程中，应固定好浮箱防止发生漂移。2.6 200t起重船吊运安装待沉箱混凝土达到起吊强度后，用200t起重船吊运沉箱至安装位置。在浮箱内灌水使浮箱下沉，200t起重船吊扶沉箱进行安装。
3.施工工艺可行性分析
3.1 d、e型沉箱施工工艺分析 （1）沉箱吃水计算沉箱吃水1m时排水体积：v排=11.7×9.9×0.6+8.7×11.7×0.4=110.2m3沉箱吃水每增加1m时排水体积：v′ =8.7×11.4×1=99.18m3 （2）施工工艺分析施工现场高潮水位0.96m，低潮水位-1.11m，潮差2.07m。当出运滑道坡底平台标高为-1.2m时，沉箱乘低潮时出运至平台上，乘高潮出运安装沉箱，此时沉箱吃水2.16m，则起重力为：g’=475-110.2-99.18×1.16=250t此时采用300t起重船方可起吊安装施工。如果借助浮箱出运，考虑沉箱吃水2m时出运：g’浮箱=475-110.2-99.18×1-149+25=141.62t ﹤ 200t此时采用200t起重船则可以满足起吊安装施工。当采用500t起重船时，沉箱则可以出运至临时出运码头上，然后500t起重船吊运安装。综上考虑，d、e型沉箱采用气囊出运至-1.2 m浮箱平台上，然后借助浮箱出运，采用200t起重船进行吊运安装比较经济，并能满足安全施工的要求。3.2 c型沉箱施工工艺分析 （1）沉箱吃水计算沉箱吃水1m时排水体积：v排=11.1×14.1×0.6+11.7×8.7×0.4=134.6m3沉箱吃水每增加1m时排水体积：v′=8.7×11.4=99.18m3 （2）施工工艺分析当出运滑道坡底平台标高为-1.2m时，沉箱乘低潮时出运至平台上，乘高潮出运安装沉箱，此时沉箱吃水2.16m，则起重力为：g’=689-134.6-99.18×1.16=439t此时采用500t起重船方可起吊安装施工。当出运滑道坡底平台标高为-2.8m时，乘高潮出运安装沉箱，此时沉箱吃水2.76m，则起重力为：g″=689-134.6-99.18×2.76=280.7t此时采用300t起重船方可起吊安装施工，但是沉箱需水下平移约20m距离。综上所述，c型沉箱预制到顶后，从气囊运输至-1.2m平台上，然后需采用500t起重船才能起吊安装。以下对c型沉箱采用水下接高进行分析。 （3）水上接高工艺分析c型沉箱在预制场内预制完第二层后，乘低潮采用平板车出运至-1.2m标高浮箱平台上，然后采用200t起重船吊浮至-4.0m水深处进行水上接高。陆地预制后，沉箱重量g为535t。当出运至-1.2 m平台处利用潮差不采用浮箱助浮时，此时沉箱起重力为：g’=535-134.6-99.18×1.16=285t此时采用300t起重船起方可起吊。如陆地预制后采用钢浮箱助浮，考虑沉箱吃水2.0mg’浮箱=535-134.6-99.18×1.0-149+25=177t﹤ 200t此时采用200t起重船起则可以起吊。在-4.0m水深处进行第三层预制接高后，乘高潮出运沉箱，此时沉箱起重力为：g’=689-134.6-99.18×3.96=161.6t根据以上数据，c型沉箱采用陆地预制5.5m高后采用200t起重船吊装至-4.0m水深处，海上接高2.7m后乘高潮利用用200t起重船吊扶安装就位。
4结论目前沉箱安装主要采用沉箱浮运安装及起重船辅助安装两种工艺，但由于本工程小沉箱数量较多，大沉箱数量太少，采用浮坞预制、陆地预制半潜驳下水、或者大吨位起重船起吊安装费用较大，通过计算采用钢浮箱辅助出运沉箱是可行的，同时可以节约成本，并且利用现有200t起重船，不需外调起重船，有利于工程现场安排控制，可以保证沉箱安装工期。
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