星海灣沉箱施工方案清楚明了

PAGE19-大沉箱設計施工方案一、引言1、原設計要求⑴錨碇基礎沉箱：單個錨碇基礎由6個沉箱組成，按矩形布置，單個沉箱尺寸23m×18m×17m。⑵止水要求：沉箱企口間澆筑水下混凝土，沉箱所圍區(qū)域澆筑水下封底混凝土，抽水保證干地施工條件。⑶整體性：沉箱間安裝工字鋼及澆筑混凝土連接成整體。錨體鋼骨架下臥3m（底標高為-1.0m），澆筑胸墻混凝土。胸墻混凝土與沉箱間設豎向工字鋼連接。⑷安裝精度：沉箱位置бx=±50mm,бy=±50mm,бz=±100mm。⑸混凝土要求：預制沉箱混凝土C35F300，有型鋼相連接的倉格現(xiàn)澆混凝土為C35F300，胸墻現(xiàn)澆混凝土為C40F350。⑹混凝土防腐：沉箱采用硅烷浸漬和環(huán)氧涂層雙重防護方案，混凝土防腐涂裝體系設計使用年限為20年。2、主張變更⑴錨碇基礎采用大沉箱，沉箱尺寸69m×44m×17m；⑵根據丹麥大貝爾特東橋錨碇沉井（平面尺寸為121.5×54.5m）的安裝精度，沉箱安裝精度定為бx=±200mm，бy=±200mm，бz=±100mm；⑶錨體、胸墻及沉箱間連接基本不變（沉箱內升漿塊石以上，與胸墻連接的混凝土高度可能減小）；⑷預制沉箱混凝土C35F300，在水位變動區(qū)和浪濺區(qū)建議提高為C45高性能混凝土，倉格內現(xiàn)澆混凝土C35F300、胸墻現(xiàn)澆混凝土為C40F350保持不變；⑸混凝土防腐設計不變。變更理由主要有：①有效的保證了錨碇基礎整體性；②不存在止水風險；③受惡劣海況影響較小，縮短了海上施工工期；④具備預制場地（在船塢內預制）。但是，超大沉箱的結構設計，預制、起浮、拖運、安裝施工在國內尚屬首次，沒有可借鑒的經驗。二、大沉箱設計1、沉箱結構設計超大型沉箱尺寸規(guī)格為：長69m，寬44m，高16.8m；底板厚度為1000mm，外壁厚度450mm，隔墻厚度為300mm。倉格尺寸為4260×4040mm。超大型沉箱平面圖按照錨碇墩上部結構的設計要求及施工期的安裝要求，本工程超大型沉箱隔墻頂部下臥3000mm，最外側倉格維持設計高度。大沉箱效果圖如下：超大沉箱效果圖沉箱的構造已委托中交天津港灣工程設計院有限公司設計，在此不再作詳細介紹。2、沉箱結構細部要求⑴預埋吊環(huán)、拖環(huán)根據最新的沉箱設計圖紙，大沉箱吃水高度為8.2m，在預制過程中要預埋將來拖運、安裝時需要用到的拖環(huán)、系纜環(huán)及吊環(huán)等，使用HPB235圓鋼，防腐擬采用水下環(huán)氧瀝青保護層（具體實施暫未確定）。布置位置及數(shù)量如下：①拖環(huán)及拖纜：采用預埋拖環(huán)，每側4個共8個（考慮并拖方式）,布置在沉箱44m寬側墻上，拖環(huán)布置在沉箱吃水線上0.5m位置，并應保證沉箱在拖運的過程中不發(fā)生前傾。A.系纜力計算：拖運時為避免水流流速的影響，拖運相對流速取3~4kn。根據4kn（2.06m/s）相對流速計算，以及《重力式碼頭施工與設計規(guī)范》（JTS167-2-2009）中關于沉箱浮運的相關規(guī)定，拖纜力按下式計算：，式中：P——拖帶力（KN）A——沉箱受水流阻力的面積（m2）——水的重度（KN/m3），γw=10.25KN/m3v——沉箱對水流的相對速度（m/s），V=2.06m/s(拖航時取4kn)K——擋水形狀系數(shù)，矩形取1.0。D——沉箱寬度（m），取44mT——沉箱吃水（m），取8.2mδ——箱前涌水高度（m），取0.6倍航程中可能出現(xiàn)的波高H1/10≤1.5m，δ=0.6×H1/10=0.9m。求得：沉箱受水流阻力的面積A=400.4㎡；拖纜力P=889KN。拖帶力為889KN，設置兩組拖環(huán)，每組兩個，由兩艘拖輪配合拖運，單個拖輪系船柱的系纜力要大于444.5KN（具體系數(shù)不確定）。拖纜示意圖B.拖纜選擇：拖纜使用尼龍纜，單個拖纜承受的拉力為444.5KN，尼龍纜的抗拉強度按60MPa考慮，則需要的拖纜的規(guī)格為：根據以上計算結果，選用Φ120mm的尼龍拖纜，長度在200m以上。C.龍須纜選擇：龍須纜采用鋼絲纜，按夾角70°考慮，根據拖纜示意圖，龍須纜一側受力為：⑴⑵安全系數(shù)K=3.5，根據《港口工程手冊》，選擇直徑為50mm的6×61鋼絲繩，工作時的破斷力為297.14KN>236.51KN，并委托具有資質的廠家進行加工。D.拖環(huán)選擇：單個拖環(huán)承受的拖帶力為222.25KN，根據《港口工程混凝土結構設計規(guī)范》中有關吊環(huán)的規(guī)定：⑴拖環(huán)直徑：⑵選用Φ60mm的圓鋼加工拖環(huán)。②系纜環(huán)：沉箱四周布置細纜環(huán)，44m寬側每邊設置4個，69m寬側每邊設置6個，共計20個?？紤]沉箱吃水，布置高度比拖輪前端帶纜點高出1m左右（需落實拖輪帶纜點高度）。根據沉箱吃水8.2m計算，高度為距離沉箱底11.7m（以下稱中部系纜環(huán)）；此外，在沉箱頂部44m寬側，也需要布置8個系纜環(huán)，每邊4個（以下稱頂部系纜環(huán)），目的是在壓水過程中，中部系纜環(huán)被淹沒之后，所有的纜繩均需換到頂部系纜環(huán)。系纜環(huán)采用Φ60mm圓鋼。③吊環(huán)：按最大20cm吊高考慮，采用預埋吊環(huán)，設置在沉箱頂部，69m長側，單側布置4個，共8個，吊環(huán)之間沉箱外壁需要采取加固措施。A.吊環(huán)吊重計算：式中：B——沉箱寬度；L——沉箱長度；h——最大吊高；QUOTE——取1.025t/m3B.吊環(huán)選擇：8個吊環(huán)按6個受力計算，根據《港口工程混凝土結構設計規(guī)范》中關于吊環(huán)的規(guī)定：⑴吊環(huán)直徑⑵吊環(huán)采用Φ110mm圓鋼進行加工。拖環(huán)、吊環(huán)及系纜環(huán)的設置詳見下圖：大沉箱預埋件布置⑵進水孔、過水孔布置①進水孔計算及設置沉箱內部共有150個倉格，單個倉格的面積為17.20㎡，總計面積為2580㎡，沉箱吃水暫按8.2m考慮，初始水頭差為7.2m，施工水位0.0m，需要使沉箱下沉6.8m，方可落到基床上，設計用時在3小時以內，如圖示：大沉箱壓水之前大沉箱壓水之后根據公司印發(fā)的《沉箱盲板使用管理辦法》，進水孔的直徑按134mm計算，假設施工潮位不變（0.0m），沉箱內水位均勻上升，依據《水力學》伯努利方程：=⑴其中，箱內和箱外壓力都應為0，令v1=0，α1=α2=1，hx=0則原式可以寫為：⑵令z1-z2=H，得：⑶式中：v2為通過進水孔時，水流的流速。則，流量：⑷沉箱落地所需要增加的壓力為：沉箱內壓水高程為：⑸壓水體積為：按施工要求，需要3小時將水壓完，所需保證的最小流量為:⑹沉箱沉底之后，內外水頭差為：⑺由⑷式，初始流速和終止流速分別為：⑻⑼由⑻、⑼式知，流速隨著水頭差的減小而減小，壓水過程中的最小流速為0.150m3/s,結合⑹式，所需壓水孔數(shù)目為：⑽考慮施工時潮位的變化，以及沉箱內水位并非均勻上升的特點，布置16個進水孔，69m方向每邊8個，對稱布置，進水孔距離沉箱底面2.5m，整個沉箱共計14個單元，每個進水孔對應一個單元。單元與單元間進水完全獨立，單元以內倉格間設置過水孔。②過水孔設置沉箱起浮、拖運過程中，不考慮倉格內液面對浮游穩(wěn)定性的影響（不壓水）。過水孔尺寸暫時按Φ20mm考慮，經過計算，確定單面墻上設置12個過水孔，分三排設置，分別在距離底板1m，3m，5m高處，每排4個，可以最大限度的保證液面均勻上升。進水孔、進水單元、過水孔布置及單元平面過水示意圖，如下圖示：大沉箱進水、過水示意圖(neijiemen)進水孔預埋件、盲板及相應配件按公司《沉箱盲板使用管理辦法》中附件1、2、3中要求進行加工和使用。具體圖紙見以下3圖：進水孔圖盲板圖零件大樣圖⑶水泵布置沉箱安放過程中，為了便于上浮調整，在沉箱的四周，需要布設一定數(shù)量的水泵，初步準備使用8寸泵，每小時流量為285m3，水流重量相當于2921.25KN。調整沉箱位置上浮30cm，所需卸除的壓力為：⑴1h內將水下降30cm需要水泵的數(shù)量為（不考慮漲潮影響）：⑵在平潮或漲潮過程中抽水，在30min內完成沉箱上浮30cm的要求，使用8臺8寸泵滿足要求。但是考慮到沉箱進水單元為14個，最終確定使用14臺8寸水泵進行降水施工，每臺水泵的額定功率為37KW，總計用電功率為518KW。詳見沉箱頂部設備布置圖。⑷沉箱蓋板大沉箱預制完畢之后，將沉箱全部倉格加鋼蓋板（結合考慮升漿期施工荷載再細化）。蓋板形式見下圖：沉箱蓋板示意圖⑸卷揚機布置在大沉箱4個角點位置安放10t卷揚機，面向小沉箱的兩臺在安裝大沉箱過程中與小沉箱拉環(huán)（小沉箱側墻上設置拉環(huán)設計）連接。在沉箱出塢過程中，需要使用沉箱尾部兩臺卷揚機連接在船塢系船柱上調節(jié)沉箱的位置，防止其左右擺動，碰撞塢墻。詳見沉箱頂部設備布置圖。沉箱頂部設備布置圖⑹塔吊布置為了在沉箱拖運、安裝過程中吊裝方便，以及錨體施工時更加便捷，在預制沉箱過程中，考慮將錨體施工用的塔吊提前安放到沉箱上，塔吊需要配備兩臺200KW發(fā)電機，防止發(fā)電機故障影響施工。發(fā)電機處布置詳見下圖，塔吊平面位置見沉箱頂部設備布置圖。塔吊及發(fā)電機配置三、大沉箱施工方案1、預制場建設⑴底胎布置底胎布置在中遠旅順2#船塢塢底板上，承載力滿足施工需要（單個沉箱重為25493.82t，沉箱底面積為72m×47m=3384m2，單位面積重量為25493.82/3384=7.53t/m2，滿足塢底板承載力9t/m2的要求），底胎縱向中心線與2#船塢塢底板中心線相重合。底胎布置平面圖在底胎施工前，先在塢底板上鋪設兩層土工布，防止底胎對塢底板造成破壞。底胎采用混凝土+袋裝混凝土+碎石+隔板型式。底胎四周澆注3m寬鋼筋混凝土?；炷翉姸葹镃25（配置直徑12mm的鋼筋網片，上下兩層，保護層為5cm），最小厚度為30cm，標高為-9.16m?；炷恋滋ピ诳v向設4道20槽鋼、橫向設3道20槽鋼與船塢底板的預埋槽鋼焊接在一起，防止沉箱起浮時底胎與沉箱底板粘結在一起。具體見下圖：預埋槽鋼平面布置圖在底胎混凝土圍邊內側，縱向鋪設寬度為40cm的袋裝混凝土，間距為4.5m。其他間隙鋪設碎石層，碎石頂部鋪砂找平。在混凝土圍邊每隔2m設置一道20cm預留孔，用砂填筑。保證放水時，海水可以進入沉箱底部，克服沉箱底板的粘結力。在混凝土圍邊埋設10#槽鋼，共沉箱模板加固使用。埋設槽鋼深為20cm，露出圍邊20cm。一底胎剖面圖沉箱底板鋼筋施工前，在砂子頂部依次鋪設刨花板、牛皮紙，并采用水泥釘將其固定在底胎上。⑵塔吊布置①塔吊選型A．吊距計算內芯模板重量不大于10t，最遠格艙模板距塔吊中心為25.33m。見下圖：塔吊工作范圍圖B．塔吊高度計算如上圖，計算公式如下：1.5m（吊鉤）+［7２（鋼絲繩）－(4.26/2)2(模板寬度)］?+5m（模板高度）+17m（沉箱高度）+1m（預留高度）=31.168m。故塔吊高度取32m以上。根據查閱塔吊性能表，選用型號為S260K16的塔吊，臂長40m，軌距為6m，滿足使用要求。塔吊設置3臺，2#船塢西側設置兩臺，東側設置1臺。塔吊性能圖②塔吊基礎船塢底板兩側各設置2條塔吊行走軌道，軌距為6m。首先在塢底板上鋪設兩層土工布（224m×7m），保證土工布平整，搭接長度為1m。在土工布上澆筑寬為0.6m，高為0.3m的塔吊基礎。在軌道間設置井字撐，寬度為0.6m，高度0.3m。每2個井字撐間距為6m。如下圖：塔吊基礎平面布置圖塔吊基礎斷面圖塔吊基礎為C25鋼筋混凝土結構，上下兩層鋼筋網片（12螺紋鋼，間距為150mm，保護層為50mm）。2、沉箱預制⑴分層、分段大沉箱分四層預制，分別為：底板及二、三、四層，其中底板部分厚度1m，外墻施工縫位于底板上方1m的墻上。底板分兩塊澆筑，中間預留1m寬后澆帶，后澆帶澆筑微膨脹混凝土。如圖1所示：底板分塊澆筑圖二、三、四層每層高5m，每層分3塊澆筑，每次澆筑50個倉格。本工程錨碇沉箱平面尺寸較大，箱內倉格達150個之多，水平面內預制難以一層預制完成，需分塊預制。合理分塊預制是本工程施工的難點和重點，如何進行水平面上的分塊施工、施工縫處理及其連接是本工程最關鍵性的技術難點。⑵底板澆注順序錨碇沉箱底板較厚，可能會產生溫度裂縫，如何避免底板產生裂縫也是本工程的質量和安全的技術難點。沉箱底板面積為3384m2，底板厚度為1m，分為兩大塊澆筑。每塊澆筑方量約為1692m3。設置兩個2m3拌和站，每塊底板用兩臺泵車澆筑，所以每個泵車一次澆筑混凝土量為846m3。假設2m3拌和站每小時攪拌混凝土為60m3。所以每臺罐車澆筑一塊底板的時間約為14小時。底板分層澆筑，每層50cm。為防止混凝土出現(xiàn)冷縫，必須保證第一層混凝土澆筑完畢后18.5小時內（初凝時間）澆筑第二層混凝土。把每塊底板分為2大塊，每大塊由一臺泵車所負責澆筑。把每個泵車所負責澆筑的區(qū)域分為7小塊，每小塊每層的澆筑時間約為1個小時。澆筑順序及分塊如下圖（此為一塊底板的分塊及澆筑順序圖）：14度(冬季施工措施)單塊底板分塊及澆筑順序示意圖3、沉箱起浮、出塢沉箱預制完畢后，直接向2#塢內灌水起浮。起浮過程中，需要將沉箱頂部系纜環(huán)與船塢系船柱連接，限制沉箱的橫向移動，防止碰撞塢墻，保證沉箱和船塢的安全。⑴繩纜選擇①水平距離沉箱起浮時，要在吊環(huán)位置設置交叉纜，與船塢的系船柱連接，如下圖所示：沉箱帶纜示意圖根據上圖，確定拖纜在平面上投影最長為l1=70.43m。②垂直距離預制沉箱底胎標高為-9.16m，頂部標高為7.64m，船塢頂標高為+3.5m，則沉箱吊環(huán)與船塢系船柱之間的垂直距離l2=4.14m，如下圖示：沉箱與系船柱垂直直距離示意圖圖③沉箱跳躍富余長度度沉箱起浮過程中，由于沉箱與底胎之間存在粘結力，沉箱脫離底胎的一瞬間，會出現(xiàn)“跳躍”現(xiàn)象，根據馬耳他7000t沉箱的相關經驗，底板粘結力按1t/㎡，即為9.8KN/m3考慮：沉箱底板面積為：：粘結力為：沉箱自重暫時按225000tt考慮，吃水水按8.2m考慮，沉箱箱浮起后，合合外力即為粘粘結力（浮力力>重力），此此時沉箱會向向上跳躍，跳跳躍的高度為為：綜合上述三個因素素，如圖進行行計算：最終確定沉箱起浮浮時帶纜的長長度為70.62m，實際取711m合成纖維繩繩纜。⑵沉箱出塢沉箱起浮之后，由由拖輪將龍須須纜和拖纜連連接好，緩慢慢地將沉箱拖拖運出塢。為為了防止沉箱箱在出塢過程程中左右擺動動碰撞塢墻，利利用設置在沉沉箱后側的兩兩臺卷揚機，連連接在船塢的的系船柱上，出出塢過程中隨隨時控制沉箱箱橫向的偏移移，直到順利利出塢為止。卷揚機固定在沉箱箱的蓋板上，為為了防止后側側系纜力將蓋蓋板掀起，初初步準備按下下圖對卷揚機機蓋板進行加加固：蓋板上卷揚機加固固方法4、沉箱拖運此次的浮運航線為為：由旅順羊頭頭洼中遠2##船塢，經老老鐵山水道，到到達星海灣橋橋址，浮運距距離約30海里。拖運共有并拖和串串拖兩種方式式，根據物模模試驗結果優(yōu)優(yōu)化。如下圖所示示：串拖示意圖并拖示意圖5、沉箱安裝在進行沉箱安裝時時，預先安裝裝2個小型沉箱箱（長20..8m，寬12.55m，高16.22m）定位，1300t吊船輔助進進行安裝（主要使用1300t吊船上的錨錨機）。超大型沉箱到達指指定區(qū)域之后后，44m寬側通通過系纜環(huán)與與拖輪相連；；事先安放在在大沉箱上的卷卷揚機也通過過錨纜連接在在小沉箱拉環(huán)上；1300tt吊船拋八字字錨，駐位在在兩個小沉箱箱之間，將吊吊船上錨機與與沉箱系纜環(huán)相相連；在另一一側由兩艘拖拖輪或錨纜（大貝爾特東東橋錨樁承載載力90t，現(xiàn)場應根據據物模試驗結結果選定）與沉箱系纜纜環(huán)進行連接接，如下圖。大沉箱安放示意圖圖沉箱位置安裝偏差差在200mmm以內。如不合格，則則利用1300t吊船及事先先布置在沉箱箱上的吊點進進行起吊，初初步確定起吊吊高度為100cm（不超超過20cmm）；或采用用水泵進行抽抽水重新安裝裝。四、沉箱物模、數(shù)模試試驗1、物理模型試驗沉箱在船塢預制后后，沉箱起浮浮、拖運、安裝時的運運動狀態(tài)關系系到沉箱及船船塢的安全，已委托中交天津港灣工程研究院進行物模試驗進行研究。研究的內容包括：⑴沉箱起浮試驗研究究沉箱在船塢預制后后要把沉箱起起浮后拖出船船塢，然后再再進行海上拖拖運到安