小型倾倒沉箱打捞扶正施工技术

唐海超 中核港航工程有限公司

2014年，受台风“浣熊”影响，山东某大件设备运输码头6个169t沉箱发生倾倒，产生不同程度的倾斜和位移。对于倾倒沉箱，采用吊装带捆绑，利用前墙凸起部分肋住沉箱，在沉箱侧墙设两个吊点，用200t起重船把沉箱起吊扶正，扶正后再换用钢丝绳起吊沉箱挪至其他基床上临时存放，将原基床整平完成并验收合格后再进行安装。沉箱正式打捞前，预制一个35t的沉箱模型进行试吊，根据试吊情况指导正式的打捞施工。

1.沉箱内石料清理

为了满足起重船起吊力，以便其调整位移沉箱及打捞倾倒沉箱，需要清理一部分沉箱内填石。采用方驳上驳载反铲，吊住钢丝绳网兜，潜水员在水下将石料装入网兜内吊出。

沉箱内石料需清理至顶面以下3.0m。

石料填满沉箱仓格后的方量为154.1方，箱内填石断面积26.8平米，沉箱顶部混凝土面积10.18平米，沉箱混凝土体积69.1方，箱内填石松散密度按照2t/方考虑。起重船最大起重量200t，首先按最大起重量进行计算：

沉箱及箱内填石全部没入水中的重量为：

169+2×154.1-（69.1+150.08）=258.02t

图1 倾倒沉箱示意图

沉箱安装时需要将沉箱吊离水面1m，此时沉箱所需起吊力为：

为保证起重船施工安全，不超出额定起吊力，沉箱及箱内石料总重量应控制在175t以内。因此需要将箱内石料减轻120t，沉箱内填石挖除深度为：

在石料挖除3.48m后，沉箱完全在水中时的重量=258.02-3.48＊26.8=164.76t，起吊至高出水面1m后的重量为175t。

2.沉箱模型试吊

为检验吊装带起吊沉箱的可行性，并充分了解起吊沉箱可能遇到的各种问题，预制一个长4m，宽2.4m，高3m的沉箱模型进行起吊试验。起吊时将拉力传感器连接在吊装带的不同部位，测试各部位实际受力情况，指导沉箱打捞施工。

沉箱模型壁厚25cm，重量35t。试吊时采用100t汽车吊进行，吊车站位于沉箱后方。采用2股吊装带，用自锁扣系在沉箱上，两个吊点分别设在沉箱背面和侧面进行试验。起吊时，两个吊装带之间采用方钢扁担撑住。拉力传感器两端有两个锚环，一端与吊装带的绳扣连接，一端用于穿过吊装带形成自锁扣。

模型起吊前，先用钢丝绳将沉箱模型吊起后再放下，解除其与地面之间的粘附力。将吊装带和传感器按照上述方法连接好。汽车吊站位稳定后，将两根吊装带端头的绳扣连接在汽车吊吊钩上，开始缓慢起吊，直到将沉箱完全吊离地面。起吊过程中，不断观察传感器显示的拉力数据，并做好记录。

3.沉箱打捞扶正施工

以处理A7沉箱为例，A7沉箱往前趾方向呈倾斜状态，倾斜角度为49°。采用吊装带捆住沉箱上部，连接出2个吊点，吊点分别设在沉箱的两个侧墙位置，每个吊点通过2股吊装带捆住沉箱。吊装带连出的绳扣与起重钢丝绳通过卡扣连接。200t起重船首先通过吊装带将沉箱扶正后，再换用钢丝绳连接沉箱吊环起吊沉箱。

3.1 施工工艺流程

施工工艺流程为：捆绑吊装带→沉箱扶正→临时存放→基床整平→沉箱安装

3.2 捆绑吊装带

（1）吊装带选用。本工程所用的吊装带采用新型内层高分子聚乙烯材料制成。直径75mm的吊装带，抗拉强度300t,两端绳扣采用双股编织形成一体，可有效防止拉开。该型号的吊装带人工可以轻易搬起并对折，柔韧性满足使用要求。为加强吊装带的抗磨损性能，在吊装带外表面加一层聚酯耐磨护套，并浸喷树脂胶后烘干，达到耐磨效果。

（2）吊装带的捆绑。吊装带的捆绑利用沉箱前墙上部的30cm凸出部位勒住沉箱，捆绑时将吊装带A端与B端对折，在吊装带中点处形成绳扣。在该绳扣处连接卡环，并将吊装带AB两端从卡环中穿出，起吊时起到越拉越紧的效果。增加卡环的作用主要是为了减小收紧过程中的摩擦力，更有利于吊装带收紧（如图2）。

捆绑前首先将吊装带连接成环状直接套入沉箱,并将AB端挂在起重船副钩上。捆绑前根据沉箱周长预留3m的富余量，先将吊装带与卡环临时固定,以便套入沉箱。

图2 吊装带穿扣示意图

起重船配合潜水员将吊装带套入沉箱，调整绳扣的位置，使其位于吊点附近，吊点设在沉箱重心线上。为防止起吊过程中吊点位置产生较大偏移，需要对吊点处的卡环进行固定。采用两根棕绳，分别由沉箱侧墙两端连接在卡环上，另一端在沉箱顶部的预留钢筋上系紧，这样就很大程度的限制了卡环的左右移动，从而保证了吊点位置的相对固定。

为防止吊装带被沉箱四角磨断，需要提前将4股橡胶垫缠绕在吊装带与沉箱墙角的接触位置，起吊时起到保护吊装带的作用。

3.3 沉箱扶正

首先计算沉箱在挖出部分箱内填石后的重心位置，以前趾O点为计算原点，沉箱形心矩和体积距计算得知：

沉箱的重心位置：

在捆绑沉箱时，侧墙位置的吊点要与沉箱重心在一条线上，这样才能保证沉箱吊起后是直立的。起吊过程中，沉箱以后墙底部为支点，从倾斜状态逐渐恢复至直立状态。在该过程中，沉箱底部始终着地。起吊时要主要观察起重船显示的吊重读数，不得超过额定吊重200t。

以A7沉箱为例，刚开始扶正时沉箱受力情况如图3所示。

此时起重船起吊力F=175＊3.07/4.8=111.93t。由于是4股吊装带同时受力，单股吊装带受力为27.98t。根据沉箱试吊得知，捆绑力为吊装力的1.23倍，因此捆绑力=27.98＊1.23=34.41t。

图3 沉箱受力示意图

吊装带抗拉强度300 t，因此在该受力状态下安全系数=300/34.41=8.7。

当沉箱不断被扶正，起吊力与沉箱支点间的距离越来越近，最终与沉箱重心处在一条线上。此时的起重船吊力与沉箱在水中的重量相等，为175t。单股吊装带受力为43.75t，捆绑力为53.81t，安全系数=300/55.35=5.58。

因此，吊装带的抗拉强度满足要求。

沉箱扶正要选择高潮水位时进行，尽量保证沉箱不露出水面，以利用沉箱浮力最大程度的减轻沉箱自重。

沉箱扶正时，需采用吊装架撑住钢丝绳，防止肋坏沉箱侧壁。吊装架采用边长20cm壁厚1.2cm的方钢焊接而成，起吊时将2股钢丝绳穿入吊装架的两端。

吊装架重量为((5.8+3.9+7.3)＊2+8.5+2.12＊4)＊0.8＊0.012＊7.85=3.842t

3.4 临时存放和安装

沉箱扶正后，将吊装带解下，换用钢丝绳连接沉箱吊环，并将4根钢丝绳分别与吊装架连接好。将沉箱吊放至其他基床位置进行临时存放，将原基床进行整平并验收合格后，再将沉箱吊回进行安装。

4.结语

小型沉箱倾覆后，主要采取吊装的方式进行打捞扶正。核心是吊装带的选取和捆绑。