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毛里塔尼亚友谊港清淤和挡沙堤项目 气囊出运沉箱施工要点
摘 要：本文结合援毛里塔尼亚友谊港清淤和挡沙堤项目沉箱出运安装施工过程，分析了对气囊的选用、牵引系统的确 定、沉箱移运过程中的纠偏要点问题，为日后沉箱重力式码头施工提供借鉴，以便达到良好的施工效果。 关键词：挡沙堤；沉箱；沉箱出运；沉箱安装；气囊；牵引；移运；纠偏
友谊港位于毛里塔尼亚首都努瓦克肖特南约15km 处， 位于大西洋东岸线的中部，海上陆路交通便捷。援毛里塔尼 亚友谊港挡沙堤及清淤项目包含新建挡沙堤和清淤两项单项 工程。挡沙堤工程单项工程在3#泊位东部，防波堤折角处向 WNW方向建设257m挡沙堤，与现有防波堤过渡采用斜坡堤 结构，长约42.15m; 其余直立段采用14个独立沉箱组成沉箱 重力式结构，长214.85m。单件钢筋混凝土矩形沉箱重1700吨， 外型尺寸(L*B*H):17.6m (长)×15.3m( 宽 )x13.2m(高)。 这些大型沉箱在专业的沉箱预制场预制、陆上气囊托运至沉 箱出运码头前沿进入浮船坞、由浮船坞运至下潜区域进行储 存和出运安装，气囊移运沉箱施工技术是现阶段较为成熟的 施工工艺，此成套工艺应用较为广泛。本文从援毛里塔尼亚 友谊港清淤和挡沙堤项目沉箱出运施工中总结出气囊的技术 参数选择方法，重点对气囊的选用、牵引系统的确定、沉箱 移运过程中的纠偏要点问题进行探讨。 2气囊技术参数选择 2.1 气囊直径的选择 随着大型沉箱在重力式码头中应用越来越多，使用气囊 移动沉箱的技术越发成熟。在选择使用气囊进行沉箱移动时， 不仅要考虑安全性，更要兼顾其经济性。根据毛里塔尼亚友 谊港4#、5#泊位建设工程、赤道几内亚巴塔港改扩建工程等 工程中沉箱移运施工的实践经验，选择直径D=1000mm 的 气囊来进行沉箱移动运输，其技术较为成熟，操作安全性高， 成本适中，配套设备如空气压缩机、充气管、连接件、压力 表等在市场上保有量较大，容易采购。 2.2在不同工作状态气囊高度的选择 预制沉箱底胎采用掏砂工艺。沉箱底胎高250mm, 四周 分别采用22#、25#槽钢做围挡，中间设200×250mm木枋做 支撑，间距2600mm。底胎内部填砂后浇水、振实。顶部铺设 一层竹胶板表面再铺一层纤维板。在使用气囊顶起沉箱时， 气囊的工作高度按30cm进行控制，以方便撤除底模型钢和垫 木的同时，也有效保证了施工人员的安全。 平移沉箱时为防止沉箱由于惯性前冲对构件造成破坏， 将沉箱重心往沉箱行进相反方向适当后移，即：沉箱行进方 向第一个气囊距地面高约60cm, 沉箱行进方向最后一个气囊 由于缓慢排气，距地面高约30cm, 沉箱前后高差约为30cm。 在计算气囊的工作压力时，气囊的平均工作高度按照40cm进 行控制，此状态下进行沉箱移运，沉箱的重心低，稳定性高， 沉箱移运过程安全有保障。 2.3气囊长度的计算 气囊的承载面长度和气囊的公称直径是决定选用气囊长 度的依据，气囊的承载面长度受沉箱的底板尺寸影响，计算 气囊长度时按气囊在沉箱安放方向进行，与此同时，需要考 虑气囊圆锥头伸出沉箱外的部分不应过长， 一般外伸长度按 稍大于气囊直径进行控制。 气囊长度的计算公式为：L=L₀+2×0.866D 式中：L 为气囊总长度(单位为m);L₀ 为气囊承载面 长度(单位为m);D 为气囊公称直径(单位为m) 。 参见 气囊结构示意图1。
L₀横移=17.6m L横移=17.6m+2*0.866*1m=19.332m L₀ 纵移=15.3m L纵移=15.3m+2*0.866*1m=17032m 2.4计算单个气囊承载力和出运沉箱需要的气囊数量 单个承载力计算公式： Q=P×S×1.03 公式中：Q为单个气囊承载力(KN); P 为气囊内压力 (Mpa);S 为气囊承载面积的投影面积，S=BLO(m²);B 为气囊承载力面宽度，B=π(D-H)/2(m); 参见气囊受压 断面示意图2。
图2 气袁受压截面示意图 B=π(D2-h2)/2=3.14×(1-0 .4)/2=0.942m S横移= BL₀ 横移=0.942×17.6=16.5792m² S纵移= B*L₀ 纵移=0.942×15.3=14.4126m² P——气囊内压力超高压气囊由出厂说明书得：0.5Mpa 单个气囊承载力： Q横移=P×S×1.03=0.5Mpa*16.5792m²=1.03=8538.288KN Q纵移=P×S×1.03=0.5Mpa*14.4126m²*1.03=7422.489KN 根据所移运沉箱的重量，并同时考虑气囊的性能和安全 系数，即可计算出移运单个沉箱时所需气囊的数量。 计算公式如下： N=KG/Q 公式中N为滚动气囊数量(单位为个); K 为安全系数 ,K 值一般取值范围为1.2～1.3;G 为沉箱的重量(单位为 KN);Q 为每个气囊的承载力(单位为KN)。 N横移=KG/Q横移=1.3*17000KN/8538.288KN=2.58=3 N纵移=KG/Q纵移=1.3*17000KN/7422.489KN=2.97=3 通过计算，可得出移运沉箱必要的气囊数量N, 与此 同时考虑各个气囊之间互不影响工作的合理净距(中心距 A≤3m; 净距S≥0.5), 如果沉箱底面尺寸小于计算出的 移动沉箱需要的气囊数量N在满足各气囊间的合理净距的条 件下排列的需要长度，则建议改用合理数量的超高压气囊。 另外沉箱底模尺寸也直接影响气囊数量，如果计算得出的气 囊数量和最小气囊间净距大于沉箱底板的尺寸，则建议改用 部分超高压气囊，进而减少需要使用气囊的总数量，使沉箱 底部尺寸符合气囊排列合理净间距的需要。在计算超高压气 囊的使用数量时，还需计算由于使用超高压气囊移运沉箱而 造成的移运费用的增加，对施工效率、安全、成本等多方面 因素综合比较，最终确定超高压气囊的合理使用数量。 由于本工程中沉箱横移时(沉箱底边宽15.3m) 按照计算 出的使用3根气囊，中心距为6.25m, 不符合要求。所以在使 用3根气囊就可满足沉箱横移安全的情况下增加3根气囊， 一共使用6根横移气囊(气囊距沉箱端头1400mm), 中心距 A=2.5m≤3m; 净距S=1.5m≥0.5m, 满足要求。 由于本工程中纵移时(沉箱底边宽17.6m) 按照计算出 的使用3根气囊，中心距为7.5m, 不符合要求。所以在使用 3根气囊就可满足沉箱横移安全的情况下增加4根气囊， 一 共使用7根横移气囊(气囊距沉箱端头1300mm), 中心距 A=2.5m≤3m; 净距 S=1.5m≥0.5m, 满足要求。
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