浅析重力墩式码头大型沉箱安装施工技术

汪义锦（广东国信工程监理集团有限公司， 广东 茂名 525011）

0 引 言

重力式结构是我国水运工程码头中常用的一种结构形式，其中沉箱结构施工速度快、水下工作量少、结构整体性好、抗震性能好，在地基条件满足要求的前提下，正越来越多的成为化工油品码头的首选结构形式，不同于集装箱等岸壁式码头，其系缆墩、靠船墩及组成工作平台的沉箱布置相对独立，其沉箱安装方式及定位等有所区别。本文以中石化某油品码头工程为实例，对重力墩式码头沉箱安装进行分析和总结。

1 工程概况

本工程位于海南儋州市洋浦港神头港区，新建4个油品泊位，分别为1号泊位（10万t级）、2号及3号泊位（5万t级）、4号泊位（1万t级），皆为沉箱重力墩式码头，采用蝶形布置，其中1号泊位沉箱11件、2号泊位沉箱10件、3号泊位11件、4号泊位9件。具体结构尺寸形式，如表1所示。

表1 沉箱规格、数量表

2 沉箱安装

2.1 安装顺序

安装顺序为4号泊位→3号泊位→2号泊位→1号泊位。每个泊位均先安装工作平台方沉箱，然后为靠船墩和系缆墩圆沉箱。

2.2 沉箱出驳及安装工艺流程

半潜驳载运沉箱至下潜区→半潜驳抛锚就位，候潮→高潮前5 h，半潜驳注水下潜→半潜驳下潜至甲板面水深5 m，暂停下潜→起重船船艏对半潜驳船船艏抛锚就位→起重船两侧前缆系在半潜驳坞墙顶部→起重船绞缆前移，吊钩位于沉箱顶正中处→吊绳系紧沉箱顶吊环→半潜驳注水继续下潜→吊绳受力，沉箱起浮→半潜驳继续下潜至最大深度后停止→起重船绞缆后退，吊移沉箱出驳→沉箱内注水达到浮游稳定→起重船拖带沉箱至安装点→沉箱基床检查→沉箱测量定位→沉箱内继续注水下沉，距基床顶50 cm停止→精确测量定位→起重船缓缓落钩，沉箱座底→设点检验及观测

2.3 下潜坑选择

选择在各泊位回旋水域位置作为下潜坑。安排抓斗船在进行基槽挖泥的同时，对不满足水深要求的下潜坑进行开挖。此外，选择拟建南防波堤口门的航道水域作为备用下潜区。选择在高潮位时下潜就位，下潜坑的水深要大于沉箱浮游稳定吃水、半潜驳的型深、垫块高度、起浮时沉箱底与垫块顶的富裕水深、半潜驳底与下潜区底面的富裕水深之和。

2.4 沉箱安装平台

沉箱安装平台为槽钢框架结构，面板为花纹钢板，设计时考虑平台刚度与牢固性、平台安装的方便性、工人理清起重船吊钩下钢丝绳及到每个吊点位安装卸扣的安全与方便性、平台的透气性与沉箱摆动明显时工人的应急性。为满足沉箱出运安装进度要求，现场预制了2套安装平台。安装平台在预制场沉箱上驳前就已安放好。平台上备有2个配电箱与8台潜水泵，功率为80 m3/h，用于沉箱内注水安装或起浮抽水重新调整安装用。

2.5 吊索具配置

根据沉箱重量及施工现场作业条件，选用了500 t起重船，起重船作业时采用单钩起吊，方沉箱及11 m圆沉箱吊索使用4根等长钢丝绳，12 m圆沉箱吊索使用8根等长钢丝绳，钢丝绳串扣连接。吊环及钢丝绳布置，如图1～图3所示，施工中必须保证吊环埋设位置精确。

图1 方沉箱吊索布置平面图

图2 11 m圆沉箱吊索布置平面图

图3 12 m圆沉箱吊索布置平面图

2.6 沉箱出坞及安装施工方法

2.6.1 施工准备

（1）根据施工基线布设安装控制网，控制网布设精度完全按规范要求。

（2）在沉箱上驳前已提前安放好沉箱安装平台。

（3）沉箱上驳后，由测量人员在沉箱前后沿方向处靠沉箱边墙中间进来5 cm位置，各布设1个GPS-RTK移动站放置点（如图4所示）。

图4 沉箱双GPS-RTK移动站放置点平面图

（4）准备潜水设备并放置在交通船上，用来在沉箱就位进行后水下检查。

（5）准备好标杆，以备沉箱安好后绑在沉箱上作为水上安全标志。

2.6.2 沉箱出驳

（1）半潜驳下潜，起重船系缆、系扣。半潜驳在下潜区定位抛锚待潮，500 t起重船在半潜驳船艏附近锚驻；潮水上涨时半潜驳开始注水压舱下潜，下潜至甲板面水深5 m时暂停，起重船绞缆前移靠近半潜驳船艏，将起重船的前进缆系扣在半潜驳两侧坞墙上靠船艉处的系缆柱上，起重船继续绞缆前进，当吊钩位于沉箱中心位置时停止绞缆，采用55 t合金钢卸扣将吊绳与沉箱顶吊环系扣牢固。

（2）半潜驳继续下潜，沉箱起浮出坞、起重船拖带。半潜驳继续注水压舱下潜，起重船吊扣跟着缓慢下放，以控制吊绳伸直处于紧张状态为宜。待半潜驳下潜沉箱吃水至计算标尺时，起重船吊钩停止下放，半潜驳继续下潜，起重船吊绳受力逐渐增大，直至沉箱在海水浮力及吊力的组合下达到沉箱自重临界值后起浮。

（3）沉箱空载起浮后，起重船后锚绞缆拖带沉箱缓缓离开半潜驳。解开坞墙上起重船前进缆，半潜驳排水上浮离开下潜区返回沉箱出运码头。沉箱内灌水缓缓下沉，起重船吊钩跟随下放，且一直保持吊绳处于受力伸直状态，直至沉箱吃水线刻度满足计算浮游稳定后，停止灌水，起重船通过绞缆或自航拖带沉箱至安装位置。

半潜驳下潜过程中，锚缆要及时调整拉力，同时须注意调节各水舱压载水，使半潜驳一直处于平衡状态，以保证沉箱的安全。挂钩完成后，逐渐增加吊力，随沉箱下潜不断松钩，吊力始终控制在20 t～200 t之间，可根据不同规格沉箱的重量及吃水深度调整。当半潜驳下潜使沉箱吃水达到沉箱起驳的临界水深时，即可从船上移开沉箱。沉箱离驳过程中，半潜驳继续压水直至沉箱全部吊出为止。

2.6.3 沉箱安装定位

本工程沉箱安装定位使用的是中海达V9-GNSS-LR4 GPS及其他相应配套工具，RTK定位精度：平面±1 cm＋1 ppm，满足施工精度要求。在半潜驳到达下潜坑时，测量人员上沉箱顶安装前后沿处的GPS-RTK移动站，用GPSRTK移动站进行实时跟踪定位指挥起重船将沉箱移至拟安装的位置。在沉箱粗略定位完成后沉箱继续注水下沉，当沉箱底部距离抛石基床顶面约50 cm时，起重船停止下放吊钩，测量人员持两个移动手簿在起重船上指挥沉箱顶面进行精确定位，起重人员利用沉箱顶面预埋的拉环进行带缆，与起重驳船或已安沉箱采用滑轮组连结，对沉箱靠岸侧挂交叉锚，以增加沉箱下潜座床时的稳定性。人工拉紧各点缆绳，起重船匀速下放使沉箱准确就位。在沉箱即将就位时测量人员随时通过两个移动手簿将GPS数据反馈给沉箱安装施工负责人，施工负责人再指挥安装人员和起重船上操作人员根据水流、风向情况调整锚缆和滑轮组，使沉箱平稳、准确的落在基床上。

沉箱落至基床后，测量人员继续利用GPS进行观测，并记录临水面与施工准线偏移数据和沉箱四个控制点标高。如测得的数据超出设计和规范要求，需重新起吊后进行安装。

2.6.4 沉箱灌水下沉

沉箱吊运至泊位码头安装区域后，起重船先抛锚就位，待低潮时再进行安装；潮位满足安装要求、一切准备就绪后，在沉箱顶采用潜水泵抽取海水往沉箱格舱内注水，起重船缓慢放下吊钩，沉箱开始均匀灌水下沉。灌水过程中要对称仓格灌水、保持沉箱平衡。当沉箱内灌水至沉箱底板距抛石基床顶面50 cm时，停止灌水，再次检查沉箱位置，如无偏移即可继续沉放，直至沉箱顶高程稳定不变；如有偏移则需要对沉箱重新定位，然后继续沉放。精确测设沉箱位置、标高，作为沉降位移观测的原始数据及分项验收数据，完成沉箱的定位安装。

沉箱在第一次着床后，其安装偏差未能达到要求，起重船起钩将沉箱提起一定高度，起重船在测量人员的指挥下利用自身移位及船上的钢缆重新精确定位，当沉箱的位置符合要求后，缓缓放下起重船吊钩，将沉箱平稳放置在基床上。待沉箱安装就位完成后，往沉箱内一直灌水，仓内灌水高度至与沉箱顶部预留孔齐平时停止灌水。停止灌水后即可拆除卸扣，并将安装平台及水泵吊至驳船上。

后续沉箱按上述流程及程序逐个安装到位。

3 安装质量控制要点

本工程沉箱为细高大型，沉箱安装能否一次到位对施工成本、施工进度影响很大。此外，在安装过程中的质量、安全控制工作非常重要。为达到上述目标，应做好以下几方面的控制工作。

（1）天气情况是关系到整个沉箱安装施工能否顺利进行的重要因素。要特别关注天气情况，风浪掌握是难点，为保证沉箱顺利安装，应对天气突变情况，要与当地电视台、气象台等部门联系，以获取当地准确的海况及天气情况；施工中风力达到6级以上停止沉箱安装等海上作业；施工过程中要及时对已安装的沉箱进行箱内块石回填，已安装未回填块石的沉箱数量不得多于3个；当台风中心7 d内可能移到施工现场时，停止安排沉箱出运、安装作业，组织对已安装的沉箱进行箱内砂和石料回填，确保沉箱稳定；对未能及时完成箱内回填的沉箱进行起浮、拖运至安全地点避风。

（2）布设沉箱下潜区时，在满足条件下其位置越靠近泊位待安装区越有利，可以减少沉箱出驳后起重船移锚次数，降低安全风险、加快安装进度。

（3）要根据起重船的锚缆安放及与周边构筑物的关系，合理安排沉箱的先后安装顺序，避免因沉箱安放后影响起重船对后续沉箱安装的走位，导致已安沉箱重新吊起安放。

（4）沉箱安装施工中要提前做好沉箱沿码头前后沿标志，出坞拖带时按标志指示方向挂好吊绳，不然很容易造成安装后靠船构件预埋件方向错误，再进行调整非常麻烦，对安全、进度会有很大影响。

（5）要注重对现场施工影响区域内的挖泥船、抛石船、泥驳等船只航速的控制，避免涌浪过大影响沉箱安装。

（6）沉箱安装过程中采用双GPS-RTK测量定位，安装测量人员在起重船上通过两个移动手薄指挥起重船定位，实时控制沉箱顶2个控制点实际坐标与设计坐标之间的偏差、使其小于规范允许值，从而可以精确、快速、全天候的安装沉箱。

（7）一旦沉箱在合适的潮位时间段内无法完成安装，应及时采取措施：①当日低潮位时待安沉箱未能就位、需待次日低潮位才能安装沉箱时，对待安沉箱内注水下沉座底，临时寄放在基床上，起重船松钩，原地停泊，等下个低潮时用潜水泵抽出仓内水至沉箱座底前的状态，起重船重新起吊安装；②当日低潮位待安沉箱未能就位、较长时间才能安装沉箱时，起重船吊住沉箱稳定漂浮并用围缆做好沉箱的加固工作，待具备安装条件后，再进行沉箱安装作业。

（8）沉箱安放后，应及时向箱内灌水；经历1～2个低潮后，应复测位置，确认符合质量标准后，及时填充箱内填料，以保证沉箱结构的稳定性。箱内回填料时应先从沉箱中间仓格回填，在回填砂和石料时相应隔舱石要均匀上升，抛砂和石料过程由专人用水陀进行水深测量，控制抛填高度，各仓格间填料高差不应大于1 m，避免不对称均匀填料造成沉箱位移。沉箱回填砂开始，按设计及规范要求进行沉降位移观测，做好观测记录，发现问题及时处理，并用于指导安装其他沉箱安装。

4 结 语

沉箱安装是重力式码头施工中一个关键的控制节点，在施工中有很多细节工作需要重视。一旦未控制到位，将给后续工作的开展带来巨大的影响，给工程质量造成很大的隐患，因此做好沉箱安装的施工控制非常重要。希望上述对沉箱安装技术的介绍和分析，能为后续类似重力墩式码头沉箱安装施工提供参考和借鉴作用。