重力墩式码头大型沉箱安装施工技术研究

丘福旺

（中交第四航务工程局有限公司粤东分公司,广东 惠州 516000）

0 引言

重力墩式码头大型沉箱安装施工速度快、水下工作量少、结构整体性好、抗震性能好，并且整体造价较低，在施工地基能够满足重力墩式码头施工条件的情况下，成为很多水运工程的首选结构形式。该文将对重力墩式码头大型沉箱安装进行分析研究。

1 重力墩式码头

码头是建设在水域沿边用来货物装卸、乘客上下的场所。现有的码头建设结构形式有三种：重力式、高桩式和板桩式，其中重力式码头是国内水运工程中最常投入施工的码头结构之一。重力式码头又依据平面布置的不同分为两种：重力式岸壁码头和重力墩式码头。

码头建设施工方案的确定与选择需要对各方面条件进行科学合理的前期调研准备，具体的码头设计条件如表1[1]。

表1 码头设计条件表

2 沉箱

沉箱是一种结构稳定、安装便捷的深基础，常用于码头的建设，是水运工程的重要组成部分。沉箱是一种有底的箱型结构，内部设置隔板，可以漂浮在水中，可通过调节箱内压载水控制沉箱下沉或漂浮。沉箱设计如图1。

图1 沉箱结构设计图

目前大型沉箱施工的过程顺序如下：沉箱预制→沉箱运出→沉箱安装。沉箱本身是一种超大型的构件，在施工过程中受到自然地理条件的影响、构件自身重量的约束、机械设备运输能力的限制以及施工经费的制约[2]。

沉箱施工的第一个环节是沉箱预制，该施工环节的主要内容有：沉箱预制场的规划设计与布置建设、选择经济便捷的搅拌站、预制沉箱。

2.1 沉箱预制场的布置

沉箱预制场依照沉箱制作技术需求，需要布置的场地有：沉箱预制区、沉箱堆存区、钢筋加工场、模板改造区、混凝土搅拌站等。除此之外沉箱预制场的布置还需要考虑到项目施工地的电力、水力、通信问题以及沉箱制成后的运输问题、施工人员的生活问题。

2.2 沉箱预制技术

采用分层法预制沉箱，具体的预制过程如图2。

图2 沉箱预制施工工艺流程图

3 重力墩式码头大型沉箱安装施工

将预制的沉箱运输到安装地点之后需要进行精准的安装。沉箱安装施工过程分为两步：第一步安装前的准备，第二步进行沉箱安装。

3.1 沉箱基础施工条件准备

3.1.1 挤密砂桩

沉箱安装施工之前进行挤密砂桩，目的是对地质液化严重的区域进行地基加固保障施工项目安全。挤密砂桩施工工艺主要是将土挤压、压实，将成型的钢筒底端进行封闭处理，然后采用冲击法或振动法将其打入地基中成孔，最后将砂料填入孔内再用钢管进行回压捣实扩径成桩。挤密砂桩工法是将砂桩打入软弱土体中，形成复合地基，此时砂桩对周边的松散土产生挤密作用，可以大大提高地基承载力、抗液化变形和抗剪切力的能力。具体的挤密砂桩采用的是干法灌砂、加压排砂。

挤密砂桩的制桩是通过向贯入土层中的套管内部加压，使套管端部内外压力保持平衡，然后提管使套管内砂料排出，再向下打回的方式来完成。在GPS 指导下进行船舶的驻位以及对挤密砂桩进行定位。在系统指令下，套管沉入地基土体下利用振动锤的作用接近设计标高，砂传输系统同时向套管内提供定量砂料，套管内利用空气压缩系统预先设定好一定的气压。此过程需要时间来向套管内加砂和加压，会有部分泥、水、砂等混合物进入套管。等到套管继续上拔，内部的混合物在气压和砂料自重作用下排出。在气压作用下，砂料从套管内落入孔洞后形成松散砂桩。随后将管内落入的砂达到的高度与上拔的高度进行对比，控制人员得到系统的指令后停止上拔，然后将套管回压至一定深度。内部松散砂桩经过捣实后扩径形成挤密砂桩。

3.1.2 基槽挖泥以及垫层和基床抛石

基坑挖泥的具体流程：测量具体的水下施工高度→施工时分层分条对砂层进行挖掘。垫层和机床抛石的具体流程：做标志位→抛石船根据GPS 定位到达抛石地点→抛石。进行这些前期施工作业目的是为沉箱的安装提供坚实的水下地基，保障上层施工的稳固性、安全性。

3.1.3 对基床夯实整平

采用锤夯法对基床进行夯实作业，具体的夯实作业过程如下：设立标志测量定位→初步进行粗糙平整→基床夯实→基床验收→局部补充抛石。

基床的整平作业具体作业过程如下：基床夯实作业完成→整平前粗整平星床面→潜水员下放钢轧→下放刮耙，投放二片石→移动刮靶，细整平基床顶面→基床整平验收→起钢轨科船至下段待整平基床。

3.2 沉箱安装施工

沉箱安装的具体过程分为三步：下潜出坞→拖轮拖运→就位安装。

3.2.1 沉箱的下潜出坞作业

下潜出坞作业的主要内容是：选择、布置和检测下潜坑，进行下潜准备工作；半潜驳下潜、对沉箱进行灌水作业；沉箱出坞[3]。

下潜前的准备工作有以下几点：依照工程施工标准采用精密探测仪对下潜坑数据进行验收；半潜驳由测量船引导进入下潜坑后，用GPS 进行数据测试，为半潜驳提供精密的下潜坑深度以及抛锚点位置；启动起重机进行沉箱顶栈桥和操作平台的安装；通过浮游计算确定出适合下潜出坞的潮位和时间；进行大型沉箱抽灌水系统的具体布置和安装，以供抽压载水出仓、向沉箱内部加水；为沉箱出坞时溜尾进行遛尾缆绳的安装和固定。

准备工作完成，在潮位条件出现之后进行半潜驳下潜和沉箱灌水作业。在半潜驳下潜过程中，指挥员需要时刻关注半潜驳的下潜情况以及沉箱当前的吃水深度，达到沉箱深度施工标准深度时，开启注水阀门对沉箱进行灌水作业，此时需要密切监测仓内注水的深度，在达到仓内注水深度要求之后，立即关闭注水阀门。在沉箱起浮前完成剩余作业，当沉箱稳定在固定范围并且吃水深度接近沉箱起浮的临界条件时，停止半潜驳的下潜作业。开始进行钢丝绳链接作业，同时检测沉箱内的压仓水深是否需要继续进行压仓注水。待所有作业全部完成后等待半潜驳自带的起重机将连接半潜驳顶及沉箱顶的工作栈桥吊离。随后完成沉箱的起浮直至沉箱完全处于漂浮状态再观测沉箱的倾斜情况，通过注水对倾斜问题进行调节。

最后出坞阶段：在沉箱的吃水达到标准并保持稳定之后启动卷扬机牵引钢丝绳，沉箱出坞。时刻监察沉箱的压仓水深以及沉箱是否倾斜，将沉箱匀速缓慢地拖出下潜坑并靠在方驳边。沉箱出坞作业模拟图如图3。

图3 沉箱出坞作业模拟图

3.2.2 沉箱的拖轮托运作业

沉箱拖轮托运作业具体过程如下：选择合适沉箱拖轮托运作业的潮位、通过浮游托运完成沉箱的拖轮托运作业、对沉箱的停靠做好前期施工作业[4]。

其中沉箱拖轮托运作业潮位选择是依据沉箱浮游稳定计算以及水运工程施工现场具体情况确定的，为了更好地控制作业环境，大多数情况下沉箱的拖轮托运作业会在水深较大且流速较慢的平潮进行。

在开始沉箱拖轮托运作业之前，需要运用精密的仪器对沉箱出运通道进行详细的数据测量，选取合适的托运路线，确保沉箱在浮游拖运作业过程中不会出现沉箱搁浅的状况。

施工作业过程千变万化，对于可能发生的状况要做好预防。在安装作业中出现需要安装的沉箱但是基床尚未整理完毕时，浮游拖运的沉箱就必须暂时停靠于码头前沿，等待现场恢复至可进行正常安装。为了避免沉箱相互之间发生碰撞事故，就要设计合理安全的沉箱停泊区域。

3.2.3 沉箱的就位安装作业

进行第一个沉箱的安装施工，周围没有其它可以进行辅助安装的物体，需要借助半潜驳在安装的时候对安装点进行定位，实施粗安装。在第一个沉箱安装完成之后需要进行复查审核，若与原先既定位置存在差距，可以在第二个沉箱安装施工作业完成后再次进行抽水起浮对沉箱位置进行精密调整。

剩余沉箱的安装分为两个过程。首先是对沉箱安装点进行粗定位：对已经完成施工的沉箱进行安装工作平台进行固定；其次是通过精密测量后在精准的安装点进行施工安装：施工人员利用GPS 测量出沉箱底部四个角点的坐标数据以及标准高度，然后依照数据对沉箱进行灌水或者抽水作业使沉箱在既定的范围之内。随后继续向沉箱灌水，再调整使其到达既定位置，在符合标准的情况下完成沉箱安装，沉箱就位安装作业模拟图见图4。

图4 沉箱就位安装作业模拟图

3.2.4 起重船的就位与安装

起重船就位安装具体过程如下：首先精准测量起重船抛锚的具体位置完成抛锚定位作业；接着通过吊装开始进行沉箱出驳作业，将大型沉箱平稳缓慢地吊起至沉箱施工预先选定的安装区域正上方，然后平稳缓慢地将起重船的主钩下放至施工预定位置落钩。

起重船在进行沉箱安装施工时需要注意：在进行沉箱安装作业时要善于利用精准的测试数据，精准调整起重船高强拉杆的长度；起重船自身以及起重船上的吊起设施工具是否进行探伤处理、施工试调、是否符合工程要求；在起吊作业开始之前对起吊设备工具进行检查，看是否会和沉箱发生接触碰撞，铺设安装一些具有保护作用的坐垫；进行夜晚施工作业一定要设立警示标牌作为提示以防发生接触碰撞。

4 结束语

该文通过图文结合的方式对重力墩式码头大型沉箱安装施工技术进行了研究，按照重力墩式码头大型沉箱安装工程施工的具体过程，对过程中的作业技术进行讲解。沉箱安装施工技术是要求精准度的技术，在进行沉箱安装作业时一定要将前期准备工作严谨地完成，才能有足够的能力去应对施工过程中的突发状况，顺利完成施工作业。