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通过对某港码头沉箱浮运情况的实体观测，探讨在采用规范方法计算沉箱浮游稳定时选取相关参数应注意的问题， 并验算沉箱的浮游稳定性；通过对浮运过程中沉箱构件力学特性的分析，探讨舱格间过水情况对沉箱浮游稳定的影响和 浮心相对于沉箱的运动规律，提出以抗倾力矩来衡量沉箱稳定程度的具体计算方法和基于注水调平方法的沉箱注水模 式。某港的工程实践验证了该分析方法的可靠性，可为类似工程提供参考。 关键词：沉箱；浮游稳定；抗倾力矩；浮心；注水调平
Calculation and Analysis of Caisson Floating Stability for Some Port
Abstract:Through solid observation of caisson floating situation in some port,some problems are discussed, which should be taken into consideration before selecting the related parameters in the process of calculating caisson floating stability by eriteria.Meanwhile,caison floating stability is checked.By analyzing mechanics characteristics of floating caisson structures,it is discussed the caisson floating stability being impacted by water flowing among cabins as well as the movement nule of buoyant centre against caisson.Then it is put forward that the grade of caisson stability can be measured by anti-overturning moment,the calculation method and caisson- filling-with-water mode based on water-fill leveling method.The reliability of above mentioned analysis is verified by some port project,which will provide the reference for the similar projects. Key words: caisson;floating stability;anti-overturning moment;buoyant centre;water-fill leveling
沉箱是沿海港口的主要码头结构型式之一，需 要通过预制、托运、沉放和安装等工序形成码头实 体。目前在港口码头建设中应用较为广泛[-2]。在《重 力式码头设计与施工规范》(JTS167—2—2009) 中给 出了验算沉箱浮游稳定的计算公式和方法凹，但在 根据规范公式验算时仍存在以下主要问题：规范中 要求在远程浮运沉箱过程中需加注压载水，且各单 元舱的压载水不互通，而对于相通的单元舱可否视 作整体来计算沉箱的定倾半径并未说明；采用规范 公式计算沉箱的浮游稳定时，能否用量化的力学指 标或数据表征沉箱的浮游稳定程度；不稳定的沉箱是否会在倾斜一定角度后趋于稳定，如何确定该角 度；当沉箱浮运中采用固体物压载时，计算定倾半径 是否要考虑单元舱格的大小和布局的影响；对于同 一沉箱，其定倾高度越大稳定性越好，是否可用定倾 高度值比较2个不同沉箱的稳定性。基于上述思考， 结合某港改扩建工程中沉箱码头的施工实践，详细探讨沉箱浮运、沉放过程中的关键问题。 1 工程概况 某港改扩建工程包括2万 t 级 和 5 万t 级 码 头各1个，码头主体均为重力式沉箱结构，共有质量 1300~3600t 的沉箱66个，分为8种型号，其中 CX- 1型沉箱40个，CX-4 型沉箱14个。CX-1 型和CX-4 型沉箱均布置18个舱格，单元舱格的尺寸为4mx 4.5 m,可将全部沉箱舱格划分为4个区域，每个区设1个进水阀门，各区域的单元舱格之间以直径150 mm 的过水孔相通。沉箱结构和舱格分区示意，见图1
由于工程所在地位于西非几内亚湾沿岸，港区 海域无天然掩护条件且水深较大，常年受涌浪作用， 波长、波高均较大，与国内港口的海况有很大差异， 不利于沉箱浮运和安装施工。根据规范的要求，验算 所有型号沉箱的浮游稳定性。本文主要以CX-1型 和CX-4型沉箱的浮游稳定计算为例进行相关分析 和论述，在实际的沉箱浮运过程中CX-1型沉箱和 CX-4型沉箱采用的加载水深度分别为3.2 m和2.5 m。上述2种型号的沉箱主要结构参数和浮游稳定 性计算参数，见表1。 表1 沉箱主要结构参数和浮游稳定性计算参数
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型号 长/m宽/m高/m质量h | 加 载 总 体 重 浮 心 定 倾 定 倾 水深心高度 高度 半径 高度 | |
CX-126.2515.017.2535982.48 6.47 5.46 1.21 0.20
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2.50 5.37 4.91 1.34 0.88 |
2 沉箱浮游稳定性计算分析 在沉箱不受其他外力作用的情况下保持浮游稳 定状态时，沉箱自身的重力与海水浮力保持平衡，处 于重力—浮力平衡点，重心与浮心位于同一垂线且 一般情况下沉箱浮心位于重心以下。受波浪力、拖曳 力等附加水平力的影响，当沉箱采用液体压载时，随 着沉箱重心 G和浮心C的位置不断变化，重力与浮 力往往不在同一垂线上而形成力偶，会对沉箱施加 与倾角方向相反的力矩，被称为抗倾力矩M, 由于 受到抗倾力矩的作用，沉箱将向平衡位运动，实现对 倾角的纠正。沉箱浮游过程中浮心与重心的关系示 意，见图2。 2.1 沉箱浮心的变化 首先计算浮心相对于沉箱的位置，以沉箱倾角
(24-S)。式中S 为沉箱验算面以下水下部分的面积， m²;θ 为沉箱倾角，(°);B 为沉箱验算面的宽度，m;t 为θ=0°时沉箱浮心与水面的垂直距离，m。利用上式 计算得出各种倾角时沉箱浮心 C 的位置(Xe,Ye) 并 将各浮心位置点连结形成的沉箱浮心位置运动轨迹 示意，见图4。
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