气囊出运沉箱施工要点

气囊出运沉箱施工要点

在谈论气囊出运沉箱之前，先介绍一下几种常见的沉箱出运下水方式，以便对气囊出运沉箱在整个沉箱出运下水施工中发挥的作用有所了解。

干船坞方式：在干船坞内预制沉箱，待沉箱预制完成后，向船坞内注水，沉箱漂浮，打开坞门，拖轮拖带沉箱出坞。这种方式下水，不存在沉箱在场地内的平移问题，施工效率高，安全性好，几乎无安全风险。缺点是：投资大；干船坞一般是为造船而修建的，平面尺寸较大而水深较浅，不适合预制高沉箱。

船台滑道预制下水方式：在船台上预制沉箱，采用台车沿滑道下水，至水深满足要求时，沉箱漂浮。投资仅次于干船坞，不能预制大型沉箱。

吊装下水方式：在沉箱顶部预留吊孔或预埋吊环，采用起重船吊沉箱下水。施工效率高，安全风险大，只适合1000吨以下的小型沉箱。

浮船坞下水方式：沉箱在陆地台座上预制后，采用气囊或台车移运沉箱至浮船坞上，浮坞排水离开出运码头搭岸或坐底梁，至较深水域，浮坞注水下潜，至满足沉箱浮游稳定的水深，沉箱漂浮在拖轮拖带下离开浮坞。浮船坞可购买或租赁，预制场的投资较低，适应范围广，综合成本低。是目前国内沉箱下水的主要方式。缺点是：若采用气囊移运沉箱，风险较大；若采用台车出运，台车的投资较大。

采用吊装方式或浮船坞下水方式，受码头前沿线的限制，都要解决沉箱自台座移至出运码前沿或浮坞甲板上的问题。气囊出运沉箱虽然存在安全风险，但是对地基承载力要求低，场地适应性好，成本较低，因此应用广泛。本次结合烟台港西港区防波堤二期工程，对于气

囊出运沉箱需注意的几个问题或者说施工要点，结合自己的心得体会，与大家共同探讨。

一、顶升地沟

为什么要有顶升地沟？顶升地沟的作用，就是在顶升沟内穿入高压顶升气囊，采用高压顶升气囊将沉箱顶离地面，以便穿入行走气囊。有没有别的方法实现这个目的？可以用斤顶顶升沉箱，但是千斤顶顶升沉箱只适合顶升3000吨以下的沉箱。另外可用H型钢围成框架中间填砂的方法，代替顶升沟的作用。这种方法钢材使用量较多，预制沉数量较多时，建议采用顶升地沟工艺。

1、顶升地沟断面尺寸的确定：现在市场上常见的是直径1米的气囊，气囊在未充气状态下穿入地沟内，直径1米的气囊周长是3.14米，理论上顶升地沟净宽为3.14/2=1.57米，根据经验一般确定净宽为1.6～1.65米。

本工程沉箱预制场原有4条台车地沟，宽度均为1.4米，达不到穿入直径1米常规气囊的要求，按常规考虑要对这4条地沟拓宽。为达到顶升沉箱的要求，且最大限度降低成本，并加快预制场的改造进度，使预制场尽快投入使用。保持原有4条地沟尺寸不变，订制直径0.9米的气囊。在中间增设1条能穿入直径1.2米气囊的地沟，中间地沟净宽3.14×1.2÷2=1.884≈1.9米。在中间增设1条宽地沟的速度快于改造4条地沟并增设1条常规地沟的速度，且降低成本。实践说明这种做法是成功的。通过这点也提示我们，在针对某一个具体的工程项目上，要灵活运用所掌握的理论知识。

顶升地沟的高度，因制造工艺的需要，气囊两端有铸铁囊头，直径0.18米，为保证顺利穿入气囊，顶升地沟净高度宜大于0.2米。同时，考虑到地沟底板的不平整度，结合实践经验，地沟净高度一般

为0.22米。单纯从穿入气囊的便利方面，地沟净高度越高越好，但是过高则降低了把沉箱顶离地面高度的潜力。

2、顶升地沟的构造：地沟底板受力均匀，顶升气囊对底板的压力一般小于0.6MPa，底板无需配置钢筋。底板砼标号采用C20完全可满足要求。底板下的地基要确保夯实，达到0.3 MPa的地基承载力，若为软土地基，应开挖后回填一定厚度的块石，起到扩散应力的作用。地沟侧墙承受沉箱行走时通过地沟盖板传递来的压力，且受力较集中，应根据承受的压力计算并配置钢筋。

二、拉环

一般在沉箱前后端各设置2个拉环。在沉箱预制场地面坡度为零的情况下，气囊平移沉箱的滚动摩擦系数µ≤0.03。本工程最大沉箱重量5800吨，沉箱前移时的最大拉力为5800×10000×0.03=174000N，单个拉环受力1740000÷2=870000N。采用直径100㎜的一级圆钢制作拉环，一级圆钢的抗拉强度取值160MPa,单个拉环能够承受的最大拉力为3.14×50×50×2×160=2512000N，安全系数2512000÷870000=2.887≈3。为什么选取的安全系数较低呢？因为拉环承受水平方向的拉力，不同于吊环承受竖直方向的拉力，吊环在吊装过程中一直要承受最高的拉力状态。而且，一级圆钢的塑性好，只要注意观察，能够提前发现问题。

三、卷扬机及钢丝绳

上面已提过，5800吨沉箱采用气囊前移需要的最大拉力为1740000N，布置两台牵引卷引机，单台卷扬机需要的最小拉力为870000N。采用了2台20吨拉力的卷扬机，滑轮组按8倍率布置，单台卷扬机产生的最大拉力为200000×7（考虑钢丝绳滑轮组的拉力损耗）=1400000＞870000N，满足要求。

钢丝绳采用直径32㎜，抗拉力计算按照公式F=K.D2.R÷1000=0.35×322×1500÷1000=537.6KN。式中F——抗拉力，单位KN；K——根据钢丝绳的不同型号选取的系数；D——钢丝绳公称直径，单位㎜；R——钢丝绳抗拉强度，一般取1450～1670 MPa。钢丝绳安全系数537.6÷200（实际卷扬机无需产生20吨的拉力）=2.688。

四、地牛

地牛的圆钢拉环可参照沉箱牵引拉环的做法，不再重复叙述。埋置圆钢拉环的地牛块体，为抵抗牵引沉箱过程中的拉力，理论上块体重量乘以摩擦系数（约0.5）大于拉力。以本工程为力，前端设两个地牛，单个地牛承受的最大拉力为870000N，开挖地牛块体的重量为870000/0.5=1740000N，折合174吨，按砼密度2.3吨/方计算，单个地牛块体的方量为174/2.3=75.6立方。实际施工中，考虑到地牛在开挖平面以上，有一定的镶嵌作用，可适当缩小。本工程仅开挖了3×3×2.5（地牛坑深度）=22.5立方米的地牛坑，比理论计算少用75.6-22.5=53.1方砼。