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摘 要：根据现场的实际情况及工艺需要。设计并实施了沉箱出运安装的技术工艺，本文就该工程中的沉箱出运安装技术及相关理论进行探讨，以供参考。
关键词：重力式码头；出运安装 施工方案
一、 工程概况
1、拟建码头采用方型沉箱重力式结构，本工程预制沉箱共件，沉箱尺寸为L×W（含前趾）×H=17.95 m×14.6 m×17.1m，前后各趾长1.0m，重2017t。
2、沉箱的出运设计采用气囊直接顶升脱模，再使用气囊出运上驳施工工艺。5000吨级半潜驳运输。
二、 沉箱出运受力计算
沉箱自重最大约2017t，气囊滚动时与地面的摩擦系数f=0.045（沙土地的实验值），所以沉箱在出运过程中：
水平面牵引力F = fG = 0.045×2017 = 90.8t
沉箱在出运时一般保持前后高差在△d = 20cm范围以内，即前高后低的状态。所以在出运时还要考虑高差引起的后倾力F1：
F1 = G × △d/R = 2017× 0.2/17. 95 = 22.5t
因此：沉箱出运时牵引力F为：
F = fG + F1 = 90.8t + 22.5t = 113.3t
三、沉箱移运上驳
3.1整体着床式施工
现有出运码头面前沿标高为+4.2m，将出运通道在前沿的标高定在+4.2m，自预制场平移出口至码头连接，其地面处理与场区道路相同。半潜驳搭板搁置在出运码头前沿凹槽处坐底，坐底基床顶标高为-0.3m，使船甲板面与出运码头面平，半潜驳需在1.8m以上潮水才能靠出运码头坐底。
3.2坐底基床施工操作要点：
（1）、为保证沉箱坐底基床的稳定，基床顶部浮淤必须要挖除，防止沉箱上驳过程中基床产生不均匀沉降，影响沉箱上驳安全。
（2）、为保证半潜驳船体安全，基床适宜抛砂等软质材料，不宜抛石块等硬质材料。
（3）、在内河水域风浪较小地区抛砂后可不用砂包围护，但半潜驳每次坐底施工后应进行检查，如有破坏应及时修补，防止施工过程中发生安全事故。在风浪较大海域，因风浪、水流等影响砂质基床极易遭到破坏，必须采取砂包围护等安全措施。
（4）、为保证半潜驳坐床平稳，基床抛砂后需适当整平，采用水跎或测深仪等测量基床顶面标高，高差范围控制在0-20cm以内。
3.3、沉箱上驳
半潜驳甲板面尺寸为长54m，宽33.6m，塔楼宽6m，满载吃水3.6米，每次装沉箱1个，沉箱拉移上船过程中操作空间达21.6m，沉箱两侧还有7m距离供人工搬移气囊通过。沉箱在半潜驳中间摆放，沉箱顶面预埋4个10吨拉环用于固定沉箱，上驳后沉箱用钢丝绳固定在4个塔楼导缆桩上，给予加固，以防止拖运过程中沉箱在驳上的错动。
3.4、沉箱上驳操作说明
a、搭接方式
码头结构为阶梯形，搭接时半潜驳的艉部搁置在出运码头上，半潜驳的甲板面与码头面平，码头与半潜驳之间的缝隙大于5㎝时，铺厚14mm钢板，其总长度为18m，宽为1.5m。
出运码头是采用整体着床式上驳设计，沉箱移上半潜驳后，中途不需要排水。
b、半潜驳的锚位及地牛
如下图，半潜驳艉部左右利用码头上系缆扣系两条缆，以操控船艉左右移动对齐码头前沿，艉部用一条缆带码头上的地牛，以控制半潜驳顶紧码头，船艏左右抛两门锚。地牛及眼板的结构及尺寸详见图纸。
c、搭接操作
沉箱距码头前沿5m，沉箱施工预期移动速度为15～16m/小时，预期沉箱上驳总时间约为4.0小时。在船艉高过码头面约0.2m时，移船进入搭接；搭接后艉部压载舱继续加水坐底，以抵消船舶由于涨潮而上浮，使船艉在沉箱上船前始终压住搭接码头。沉箱上驳后排水抵消沉箱压力，等到船艉高过码头面0.2m时，半潜驳移出离开搭接码头。
d、牵引沉箱上驳
沉箱用气囊形式出运，岸上尽量将沉箱移到码头前沿，并使沉箱中线与出运通道一致（横向偏移不得超过50cm）。现施工现场有15条气囊可供使用，沉箱移运过程中空闲气囊搬运至沉箱前排好，保证沉箱移运直至出运码头前沿约5m处暂停，转换船上卷扬机，暂停时间约半小时，暂停期间气囊释放少部分气，中间无其它暂停等待。半潜驳搭接后，将沉箱上钢丝绳扣头接到半潜驳动滑轮组，用船上两台卷扬机牵拉沉箱上驳，移动程序如同岸上出运。注意沉箱应沿半潜驳中线移动，进入装载区域就位时横向偏移不得超过50cm。
沉箱移到半潜驳装载区就位后，四周均匀垫入24条25cmX25cmX200cm的枕木，气囊放气，枕木要均匀排放，气囊间所有间隙都要放入枕木，枕木规格：200×25×25（cm）。定位后要将所有枕木用马钉钉起来并用钢丝绳串起，以免下潜安装时遗失。
四、沉箱浮运下潜出驳
4.1、沉箱装驳后，半潜驳排水上浮，采用1艘2000HP拖轮进行拖运半潜驳至潜坞坑。本工程潜坞坑为现场开挖所形成，潜坞坑底标高-14.0m以下，水域宽度为60mX80m，沉箱选择在高平潮时出驳。
4.2、半潜驳下潜：下潜过程中，锚缆要处于似紧非紧状态，同时时刻注意调节各水舱压载水，使半潜驳一直处于平稳状态，以保证沉箱的安全出驳。松开固定沉箱的钢丝绳，半潜驳船艉加压舱水平稳下沉至半潜驳吃水约15m處，沉箱与半潜驳脱离，利用起重船缓慢将沉箱移出至基床处准备安装。
4.3、在半潜驳下沉过程中因沉箱自身不能保证浮游稳定的要求，故此半潜驳均匀下沉至沉箱刚能起浮的深度前，沉箱通过水泵灌水，使沉箱仓格水深达到2.0米，沉箱达到浮游稳定的要求。浮游稳定所需的仓内水位见下《沉箱浮游稳定性计算书》。在灌水过程的同时，用缆绳将沉箱捆绑固定在驳船的船艏。沉箱移至安装位置后再进行精确定位安装 五、沉箱安装
5.1沉箱安装顺序
本项目的沉箱安放顺序：与基床抛石、夯实的顺序相同，基床整平一段安装一段，以防回淤，计划从南侧向北侧按顺序安装。
5.2沉箱安装方法
第一件沉箱要求精度较高， 沉箱安装采用300t起重船辅助定位，沉箱灌水下沉落床的施工工艺。
本工程基床顶标高为m，沉箱高度为17.1m，安装好后的沉箱顶标高为m，根据水位潮汐资料，当地设计高水位为4.64m，设计低水位为0.3m，选择在低潮位的平流阶段进行安装，减少潮流对沉箱安装施工的影响。
半潜驳压水下潜同时用水泵向沉箱内灌水，使得沉箱同时进水下沉。根据之前的计算，当半潜驳下潜至水深约15m左右时，沉箱与半潜驳脱离，沉箱脱驳离开后，用拖轮将300t起重船和沉箱一起拖至安装现场附近，拖运过程中用钢丝绳使沉箱与起重船船头贴紧，连接成一体，并加垫橡胶轮胎，避免起重船与沉箱之间发生碰撞，造成沉箱崩角损坏；然后将起重船的锚抛好，起重船的锚位要选择在合适的地点，要便于起重船辅助安装定位。起重船采取船尾顶风顶浪，船头对准待安装的基床的方向驻位，使得起重船抵消一部分风浪对沉箱安装的影响；最后通过起重船收放锚缆，将起重船和沉箱一起移运至安装现场，进行安装。由于沉箱自身浮游稳定，起重船只作保持平衡和定位用，因此起重船的吊力控制在200t以下。
起重船和沉箱一起移运至安装现场后，打开水泵，沉箱灌水缓慢下沉，下沉的同时，放松起重船吊索钢丝绳。当沉箱下沉至距基床顶面约50cm时，停止灌水，调整沉箱前后平衡后，开始沉箱精确定位。
定位方法：开始粗定位时采用起重船调节锚缆，使得与起重船连接成一体的沉箱纵向、横向和扭角均大致位于准确位置（偏差在20cm以内），再用钢丝绳将沉箱顶的拉环与起重船的绞车连接，通过岸上观测仪器的指挥收放钢丝绳来调整较小的偏差，达到沉箱安装精确定位。
定位完成后继续灌水，沉箱下沉直至座落在基床顶面上，在下沉的过程中，注意随时检查沉箱的偏位情况，沉箱座落至基床面时，再检查沉箱的纵、横向和扭角偏差，若不符合设计和规范要求，则关闭灌水水泵，打开排水水泵抽水起浮，再次安装直至达到安装精度要求为止。
5.3沉箱安装要点
a、利用起重船辅助定位，一方面利用起重船的船体抵挡一部分涌浪的影响，另一方面起重船提供部分吊力保持沉箱平衡，防止失稳。
b、灌水时要注意保持各仓的水位差，以防偏重。安装就位后立即对安装情况进行检查，检查偏位等，如不合格则抽水、起浮，重新安装。检查合格后继续往沉箱内放水，直至内外水头相等，沉箱沉落基床。安装前，检查基床整平面有无扰动或障碍物，沉箱有无粘底等情况，如有将采取处理措施。出运前检查混凝土的出运强度，其强度必须达到设计强度的100%。
c、沉箱安装时，采用经纬仪、全站仪或RTK-GPS测量定位。
d、沉箱出运时，船甲板上需设楞木，必要时在楞木上加铺木板，避免沉箱在装驳过程中出现碰坏；沉箱移运安装过程中，沉箱与起重船接触的部位，加垫橡胶轮胎，避免沉箱与起重船碰撞，造成损坏。
e、沉箱安装稳定后即可进行舱内回填，回填后进行上面卸荷板的安装。
f、为了增加沉箱的抗浪能力，特别在台风季节施工时及时填箱方块内的填料。
g、施工过程将注意涨落潮及风浪对安装施工的影响，加强对涨落潮及风浪的观测，逐部积累其对施工的影响规律。
h、根据沉箱结构设计计算要求，本工程沉箱在安装全过程中其箱内外的水位差控制在设计范围内，不得超过，以防水压力过大造成沉箱结构的破坏或开裂。
六、结论
本工程施工水域水深较大，沉箱干弦高度满足要求，通常取定倾高度m≥20cm，计算值为0.2m符合要求。根据上述计算，拖轮最小拖航力210kN，参考我司拖轮的性能，拖轮系船柱拖力为300kN的满足拖航要求，其功率为1500kw（相当于2000HP）（注：拖带时满足天气、海况的条件为：风速小于6级；波高H1/10小于1.5m）。故此，进行拖航作业的拖轮宜选择1500kw功率左右，同时适当控制拖航航速，严格控制在3kn以内（顺水时也不得超过3kn，逆水时宜控制在2kn左右）。确保沉箱顺利拖航或应急等各种作业工况下均能有一定的安全储备为佳。
参考文献：
[1] 《重力式码头设计及施工規范》Jts167-2-2009
[2] 《水运工程质量检验标准》 Jts257-2008
[3] 李增军、朱贵喜 半潜驳沉箱在东莞预制场的应用 《中国港湾建设》2004年05期
[4] 周健清、沙益春 高压气囊搬运大型沉箱上船工艺及安全措施《城市建设》，2013年4期
关键词：重力式码头；出运安装 施工方案
一、 工程概况
1、拟建码头采用方型沉箱重力式结构，本工程预制沉箱共件，沉箱尺寸为L×W（含前趾）×H=17.95 m×14.6 m×17.1m，前后各趾长1.0m，重2017t。
2、沉箱的出运设计采用气囊直接顶升脱模，再使用气囊出运上驳施工工艺。5000吨级半潜驳运输。
二、 沉箱出运受力计算
沉箱自重最大约2017t，气囊滚动时与地面的摩擦系数f=0.045（沙土地的实验值），所以沉箱在出运过程中：
水平面牵引力F = fG = 0.045×2017 = 90.8t
沉箱在出运时一般保持前后高差在△d = 20cm范围以内，即前高后低的状态。所以在出运时还要考虑高差引起的后倾力F1：
F1 = G × △d/R = 2017× 0.2/17. 95 = 22.5t
因此：沉箱出运时牵引力F为：
F = fG + F1 = 90.8t + 22.5t = 113.3t
三、沉箱移运上驳
3.1整体着床式施工
现有出运码头面前沿标高为+4.2m，将出运通道在前沿的标高定在+4.2m，自预制场平移出口至码头连接，其地面处理与场区道路相同。半潜驳搭板搁置在出运码头前沿凹槽处坐底，坐底基床顶标高为-0.3m，使船甲板面与出运码头面平，半潜驳需在1.8m以上潮水才能靠出运码头坐底。
3.2坐底基床施工操作要点：
（1）、为保证沉箱坐底基床的稳定，基床顶部浮淤必须要挖除，防止沉箱上驳过程中基床产生不均匀沉降，影响沉箱上驳安全。
（2）、为保证半潜驳船体安全，基床适宜抛砂等软质材料，不宜抛石块等硬质材料。
（3）、在内河水域风浪较小地区抛砂后可不用砂包围护，但半潜驳每次坐底施工后应进行检查，如有破坏应及时修补，防止施工过程中发生安全事故。在风浪较大海域，因风浪、水流等影响砂质基床极易遭到破坏，必须采取砂包围护等安全措施。
（4）、为保证半潜驳坐床平稳，基床抛砂后需适当整平，采用水跎或测深仪等测量基床顶面标高，高差范围控制在0-20cm以内。
3.3、沉箱上驳
半潜驳甲板面尺寸为长54m，宽33.6m，塔楼宽6m，满载吃水3.6米，每次装沉箱1个，沉箱拉移上船过程中操作空间达21.6m，沉箱两侧还有7m距离供人工搬移气囊通过。沉箱在半潜驳中间摆放，沉箱顶面预埋4个10吨拉环用于固定沉箱，上驳后沉箱用钢丝绳固定在4个塔楼导缆桩上，给予加固，以防止拖运过程中沉箱在驳上的错动。
3.4、沉箱上驳操作说明
a、搭接方式
码头结构为阶梯形，搭接时半潜驳的艉部搁置在出运码头上，半潜驳的甲板面与码头面平，码头与半潜驳之间的缝隙大于5㎝时，铺厚14mm钢板，其总长度为18m，宽为1.5m。
出运码头是采用整体着床式上驳设计，沉箱移上半潜驳后，中途不需要排水。
b、半潜驳的锚位及地牛
如下图，半潜驳艉部左右利用码头上系缆扣系两条缆，以操控船艉左右移动对齐码头前沿，艉部用一条缆带码头上的地牛，以控制半潜驳顶紧码头，船艏左右抛两门锚。地牛及眼板的结构及尺寸详见图纸。
c、搭接操作
沉箱距码头前沿5m，沉箱施工预期移动速度为15～16m/小时，预期沉箱上驳总时间约为4.0小时。在船艉高过码头面约0.2m时，移船进入搭接；搭接后艉部压载舱继续加水坐底，以抵消船舶由于涨潮而上浮，使船艉在沉箱上船前始终压住搭接码头。沉箱上驳后排水抵消沉箱压力，等到船艉高过码头面0.2m时，半潜驳移出离开搭接码头。
d、牵引沉箱上驳
沉箱用气囊形式出运，岸上尽量将沉箱移到码头前沿，并使沉箱中线与出运通道一致（横向偏移不得超过50cm）。现施工现场有15条气囊可供使用，沉箱移运过程中空闲气囊搬运至沉箱前排好，保证沉箱移运直至出运码头前沿约5m处暂停，转换船上卷扬机，暂停时间约半小时，暂停期间气囊释放少部分气，中间无其它暂停等待。半潜驳搭接后，将沉箱上钢丝绳扣头接到半潜驳动滑轮组，用船上两台卷扬机牵拉沉箱上驳，移动程序如同岸上出运。注意沉箱应沿半潜驳中线移动，进入装载区域就位时横向偏移不得超过50cm。
沉箱移到半潜驳装载区就位后，四周均匀垫入24条25cmX25cmX200cm的枕木，气囊放气，枕木要均匀排放，气囊间所有间隙都要放入枕木，枕木规格：200×25×25（cm）。定位后要将所有枕木用马钉钉起来并用钢丝绳串起，以免下潜安装时遗失。
四、沉箱浮运下潜出驳
4.1、沉箱装驳后，半潜驳排水上浮，采用1艘2000HP拖轮进行拖运半潜驳至潜坞坑。本工程潜坞坑为现场开挖所形成，潜坞坑底标高-14.0m以下，水域宽度为60mX80m，沉箱选择在高平潮时出驳。
4.2、半潜驳下潜：下潜过程中，锚缆要处于似紧非紧状态，同时时刻注意调节各水舱压载水，使半潜驳一直处于平稳状态，以保证沉箱的安全出驳。松开固定沉箱的钢丝绳，半潜驳船艉加压舱水平稳下沉至半潜驳吃水约15m處，沉箱与半潜驳脱离，利用起重船缓慢将沉箱移出至基床处准备安装。
4.3、在半潜驳下沉过程中因沉箱自身不能保证浮游稳定的要求，故此半潜驳均匀下沉至沉箱刚能起浮的深度前，沉箱通过水泵灌水，使沉箱仓格水深达到2.0米，沉箱达到浮游稳定的要求。浮游稳定所需的仓内水位见下《沉箱浮游稳定性计算书》。在灌水过程的同时，用缆绳将沉箱捆绑固定在驳船的船艏。沉箱移至安装位置后再进行精确定位安装 五、沉箱安装
5.1沉箱安装顺序
本项目的沉箱安放顺序：与基床抛石、夯实的顺序相同，基床整平一段安装一段，以防回淤，计划从南侧向北侧按顺序安装。
5.2沉箱安装方法
第一件沉箱要求精度较高， 沉箱安装采用300t起重船辅助定位，沉箱灌水下沉落床的施工工艺。
本工程基床顶标高为m，沉箱高度为17.1m，安装好后的沉箱顶标高为m，根据水位潮汐资料，当地设计高水位为4.64m，设计低水位为0.3m，选择在低潮位的平流阶段进行安装，减少潮流对沉箱安装施工的影响。
半潜驳压水下潜同时用水泵向沉箱内灌水，使得沉箱同时进水下沉。根据之前的计算，当半潜驳下潜至水深约15m左右时，沉箱与半潜驳脱离，沉箱脱驳离开后，用拖轮将300t起重船和沉箱一起拖至安装现场附近，拖运过程中用钢丝绳使沉箱与起重船船头贴紧，连接成一体，并加垫橡胶轮胎，避免起重船与沉箱之间发生碰撞，造成沉箱崩角损坏；然后将起重船的锚抛好，起重船的锚位要选择在合适的地点，要便于起重船辅助安装定位。起重船采取船尾顶风顶浪，船头对准待安装的基床的方向驻位，使得起重船抵消一部分风浪对沉箱安装的影响；最后通过起重船收放锚缆，将起重船和沉箱一起移运至安装现场，进行安装。由于沉箱自身浮游稳定，起重船只作保持平衡和定位用，因此起重船的吊力控制在200t以下。
起重船和沉箱一起移运至安装现场后，打开水泵，沉箱灌水缓慢下沉，下沉的同时，放松起重船吊索钢丝绳。当沉箱下沉至距基床顶面约50cm时，停止灌水，调整沉箱前后平衡后，开始沉箱精确定位。
定位方法：开始粗定位时采用起重船调节锚缆，使得与起重船连接成一体的沉箱纵向、横向和扭角均大致位于准确位置（偏差在20cm以内），再用钢丝绳将沉箱顶的拉环与起重船的绞车连接，通过岸上观测仪器的指挥收放钢丝绳来调整较小的偏差，达到沉箱安装精确定位。
定位完成后继续灌水，沉箱下沉直至座落在基床顶面上，在下沉的过程中，注意随时检查沉箱的偏位情况，沉箱座落至基床面时，再检查沉箱的纵、横向和扭角偏差，若不符合设计和规范要求，则关闭灌水水泵，打开排水水泵抽水起浮，再次安装直至达到安装精度要求为止。
5.3沉箱安装要点
a、利用起重船辅助定位，一方面利用起重船的船体抵挡一部分涌浪的影响，另一方面起重船提供部分吊力保持沉箱平衡，防止失稳。
b、灌水时要注意保持各仓的水位差，以防偏重。安装就位后立即对安装情况进行检查，检查偏位等，如不合格则抽水、起浮，重新安装。检查合格后继续往沉箱内放水，直至内外水头相等，沉箱沉落基床。安装前，检查基床整平面有无扰动或障碍物，沉箱有无粘底等情况，如有将采取处理措施。出运前检查混凝土的出运强度，其强度必须达到设计强度的100%。
c、沉箱安装时，采用经纬仪、全站仪或RTK-GPS测量定位。
d、沉箱出运时，船甲板上需设楞木，必要时在楞木上加铺木板，避免沉箱在装驳过程中出现碰坏；沉箱移运安装过程中，沉箱与起重船接触的部位，加垫橡胶轮胎，避免沉箱与起重船碰撞，造成损坏。
e、沉箱安装稳定后即可进行舱内回填，回填后进行上面卸荷板的安装。
f、为了增加沉箱的抗浪能力，特别在台风季节施工时及时填箱方块内的填料。
g、施工过程将注意涨落潮及风浪对安装施工的影响，加强对涨落潮及风浪的观测，逐部积累其对施工的影响规律。
h、根据沉箱结构设计计算要求，本工程沉箱在安装全过程中其箱内外的水位差控制在设计范围内，不得超过，以防水压力过大造成沉箱结构的破坏或开裂。
六、结论
本工程施工水域水深较大，沉箱干弦高度满足要求，通常取定倾高度m≥20cm，计算值为0.2m符合要求。根据上述计算，拖轮最小拖航力210kN，参考我司拖轮的性能，拖轮系船柱拖力为300kN的满足拖航要求，其功率为1500kw（相当于2000HP）（注：拖带时满足天气、海况的条件为：风速小于6级；波高H1/10小于1.5m）。故此，进行拖航作业的拖轮宜选择1500kw功率左右，同时适当控制拖航航速，严格控制在3kn以内（顺水时也不得超过3kn，逆水时宜控制在2kn左右）。确保沉箱顺利拖航或应急等各种作业工况下均能有一定的安全储备为佳。
参考文献：
[1] 《重力式码头设计及施工規范》Jts167-2-2009
[2] 《水运工程质量检验标准》 Jts257-2008
[3] 李增军、朱贵喜 半潜驳沉箱在东莞预制场的应用 《中国港湾建设》2004年05期
[4] 周健清、沙益春 高压气囊搬运大型沉箱上船工艺及安全措施《城市建设》，2013年4期