星海灣大沉箱方案

1、大沉箱設(shè)計施工方案一、 引言1、原設(shè)計要求 錨碇基礎(chǔ)沉箱：單個錨碇基礎(chǔ)由6個沉箱組成，按矩形布置，單個沉箱尺寸23m×18m×17m。 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。 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(biāo)高為-1.0m），澆筑胸墻混凝土。胸墻混凝土與沉箱間設(shè)豎向工字鋼連接。 安裝精度：沉箱位置x=±50mm, y=±50mm, z=±100mm。 混凝土要求：預(yù)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

2、C40F350。 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(shè)計使用年限為20年。2、主張變更 錨碇基礎(chǔ)采用大沉箱，沉箱尺寸69m×44m×17m； 根據(jù)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x=±200mm，y=±200mm，z=±100mm； 錨體、胸墻及沉箱間連接基本不變（沉箱內(nèi)升漿塊石以上，與胸墻連接的混凝土高度可能減?。?； 預(yù)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(nèi)現(xiàn)澆混凝土C35F300、胸墻現(xiàn)澆混凝土

3、為C40F350保持不變； 混凝土防腐設(shè)計不變。變更理由主要有：有效的保證了錨碇基礎(chǔ)整體性；不存在止水風(fēng)險；受惡劣海況影響較小，縮短了海上施工工期；具備預(yù)制場地（在船塢內(nèi)預(yù)制）。但是，超大沉箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計，預(yù)制、起浮、拖運、安裝施工在國內(nèi)尚屬首次，沒有可借鑒的經(jīng)驗。二、大沉箱設(shè)計1、沉箱結(jié)構(gòu)設(shè)計超大型沉箱平面圖超大沉箱效果圖2、沉箱結(jié)構(gòu)細(xì)部要求及吊環(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）。，并應(yīng)拖運時為避免水流流速的影響，拖運相對流速取34 kn。根據(jù)4kn（2.06m/s）相對流速計算，以及重力式碼頭施工與設(shè)計規(guī)范（JTS 167-2-2009）中關(guān)于沉箱浮

4、運的相關(guān)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），w=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8.2m箱前涌水高度（m），取0.6倍航程中可能出現(xiàn)的波高H1/101.5m，=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(shè)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

5、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(jù)以上計算結(jié)果，選用120mm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(jù)拖纜示意圖，龍須纜一側(cè)受力為： 安全系數(shù)K=3.5，根據(jù)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(zhì)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(jù)港口工程混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范中有關(guān)吊環(huán)的規(guī)定： 拖環(huán)直徑： 選用60mm的圓鋼加工拖環(huán)

6、。比拖輪前端帶纜點高出1m左右（需落實拖輪帶纜點高度）。 吊環(huán)直徑 吊環(huán)采用大沉箱預(yù)埋件布置 大沉箱壓水之前 大沉箱壓水之后134mm= 其中，箱內(nèi)和箱外壓力都應(yīng)為0，令v1=0，1=2=1，hx=0則原式可以寫為： 令z1-z2=H，得： 式中：v2為通過進水孔時，水流的流速。則，流量： 沉箱落地所需要增加的壓力為：沉箱內(nèi)壓水高程為： 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: 沉箱沉底之后，內(nèi)外水頭差為： 由式，初始流速和終止流速分別為： 由、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(jié)合式，所需壓水孔數(shù)目為： 考慮施工時

7、潮位的變化，以及沉箱內(nèi)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(yīng)一個單元。單元與單元間進水完全獨立，單元以內(nèi)倉格間設(shè)置過水孔。 過水孔設(shè)置沉箱起浮、拖運過程中，不考慮倉格內(nèi)液面對浮游穩(wěn)定性的影響（不壓水）。過水孔尺寸暫時按20mm考慮，經(jīng)過計算，確定單面墻上設(shè)置12個過水孔，分三排設(shè)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(yù)埋件、盲板及相應(yīng)配件按公司

8、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 結(jié)合考慮升漿期施工荷載再細(xì)化沉箱蓋板示意圖在大沉箱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(cè)墻上設(shè)置拉環(huán)設(shè)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(diào)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(shè)備布置圖。沉箱頂部設(shè)備布置圖塔吊及發(fā)電機配置三、大沉箱施工方案1、預(yù)制場建設(shè) 底胎布置底胎布置平面圖混凝土底胎在縱向設(shè)4道20槽鋼、橫向設(shè)3道20槽鋼與船塢底板的預(yù)埋槽鋼焊接在一起，防止沉箱起浮時底胎與沉箱底板粘結(jié)在一

9、起。具體見下圖：預(yù)埋槽鋼平面布置圖在混凝土圍邊埋設(shè)10#槽鋼，共沉箱模板加固使用。埋設(shè)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(shè)刨花板、牛皮紙，并采用水泥釘將其固定在底胎上。 塔吊布置塔吊選型A吊距計算內(nèi)芯模板重量不大于10t，最遠(yuǎn)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）+7（鋼絲繩）(4.26/2)2 (模板寬度)½+5m（模板高度）+17m（沉箱高度）+1m（預(yù)留高度）=31.168m。故塔吊高度取32m以上。根據(jù)查閱塔吊性能表，選用型號為S260K16的塔吊，臂長40

10、m，軌距為6m，滿足使用要求。塔吊設(shè)置3臺，2#船塢西側(cè)設(shè)置兩臺，東側(cè)設(shè)置1臺。塔吊性能圖塔吊基礎(chǔ)船塢底板兩側(cè)各設(shè)置2條塔吊行走軌道，軌距為6m。首先在塢底板上鋪設(shè)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(chǔ)。在軌道間設(shè)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(chǔ)平面布置圖塔吊基礎(chǔ)斷面圖塔吊基礎(chǔ)為C25鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，上下兩層鋼筋網(wǎng)片（12螺紋鋼，間距為150mm，保護層為50mm）。 2、沉箱預(yù)制 分層、分段大沉箱分四層預(yù)制，分別為：底板及二、三、四層，其中底板部分厚度1m，外墻

11、施工縫位于底板上方1m的墻上。底板分兩塊澆筑，中間預(yù)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(nèi)倉格達(dá)150個之多，水平面內(nèi)預(yù)制難以一層預(yù)制完成，需分塊預(yù)制。合理分塊預(yù)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(guān)鍵性的技術(shù)難點。 底板澆注順序錨碇沉箱底板較厚，可能會產(chǎn)生溫度裂縫，如何避免底板產(chǎn)生裂縫也是本工程的質(zhì)量和安全的技術(shù)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(shè)置兩個2 m3拌和

12、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(shè)2 m3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(nèi)（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(fù)責(zé)澆筑。把每個泵車所負(fù)責(zé)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(yù)制完畢后，直接向2#塢內(nèi)灌水起浮。起浮過程中，需要將沉箱頂部系纜

13、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。 繩纜選擇水平距離沉箱起浮時，要在吊環(huán)位置設(shè)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(jù)上圖，確定拖纜在平面上投影最長為l1=70.43m。垂直距離預(yù)制沉箱底胎標(biāo)高為-9.16m，頂部標(biāo)高為7.64m，船塢頂標(biāo)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：沉箱與系船柱垂直距離示意圖沉箱跳躍富余長度沉箱起浮過程中，由于沉箱與底胎之間存在粘結(jié)力，沉箱脫離底胎的一瞬間，會出現(xiàn)“跳躍”現(xiàn)象，根據(jù)馬耳他7000t沉箱的相關(guān)經(jīng)驗，底板粘結(jié)力按1t/，即為9.8KN/m³考

14、慮：沉箱底板面積為：粘結(jié)力為：沉箱自重暫時按25000t考慮，吃水按8.2m考慮，沉箱浮起后，合外力即為粘結(jié)力（浮力>重力），此時沉箱會向上跳躍，跳躍的高度為：綜合上述三個因素，如圖進行計算：最終確定沉箱起浮時帶纜的長度為70.62m，實際取71m合成纖維繩纜。 沉箱出塢沉箱起浮之后，由拖輪將龍須纜和拖纜連接好，緩慢地將沉箱拖運出塢。為了防止沉箱在出塢過程中左右擺動碰撞塢墻，利用設(shè)置在沉箱后側(cè)的兩臺卷揚機，連接在船塢的系船柱上，出塢過程中隨時控制沉箱橫向的偏移，直到順利出塢為止。卷揚機固定在沉箱的蓋板上，為了防止后側(cè)系纜力將蓋板掀起，初步準(zhǔn)備按下圖對卷揚機蓋板進行加固：蓋板上卷揚機加固方

15、法4、沉箱拖運此次的浮運航線為：由旅順羊頭洼中遠(yuǎn)2#船塢，經(jīng)老鐵山水道，到達(dá)星海灣橋址，浮運距離約30海里。拖運共有并拖和串拖兩種方式，根據(jù)物模試驗結(jié)果優(yōu)化。如下圖所示：串拖示意圖并拖示意圖5、沉箱安裝在進行沉箱安裝時，預(yù)先安裝2個小型沉箱（長20.8m，寬12.5m，高16.2m）定位，1300t吊船輔助進行安裝（主要使用1300t吊船上的錨機）。超大型沉箱到達(dá)指定區(qū)域之后，44m寬側(cè)通過系纜環(huán)與拖輪相連；事先安放在大沉箱上的卷揚機也通過錨纜連接在小沉箱拉環(huán)上；1300t吊船拋八字錨，駐位在兩個小沉箱之間，將吊船上錨機與沉箱系纜環(huán)相連；在另一側(cè)由兩艘拖輪或錨纜（大貝爾特東橋錨樁承載力90t，

16、現(xiàn)場應(yīng)根據(jù)物模試驗結(jié)果選定）與沉箱系纜環(huán)進行連接，如下圖。大沉箱安放示意圖沉箱位置安裝偏差在200mm以內(nèi)。如不合格，則利用1300t吊船及事先布置在沉箱上的吊點進行起吊，初步確定起吊高度為10cm（不超過20cm）；或采用水泵進行抽水重新安裝。四、沉箱物模、數(shù)模試驗1、物理模型試驗沉箱在船塢預(yù)制后，沉箱起浮、拖運、安裝時的運動狀態(tài)關(guān)系到沉箱及船塢的安全，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(nèi)容包括： 沉箱起浮試驗研究沉箱在船塢預(yù)制后要把沉箱起浮后拖出船塢，然后再進行海上拖運到安裝現(xiàn)場，沉箱起浮時的運動狀態(tài)關(guān)系到沉箱及船塢的安全，為了保證沉箱及船塢的安全，研究沉箱起浮后的運

17、動狀態(tài)是非常必要的。此項試驗有二項研究內(nèi)容：自由起浮時沉箱的運動狀態(tài)（包括上下運動及平面運動）系縛起浮時沉箱的運動狀態(tài)及系纜力 海上浮運試驗研究沉箱出塢后，要進行海上浮運把沉箱運到安裝現(xiàn)場。此次的浮運航線為，由旅順羊頭洼中遠(yuǎn)2#船塢，經(jīng)老鐵山水道，到達(dá)星海灣橋址，浮運距離約30海里。由于此航線特別是老鐵山水道的海況較為復(fù)雜惡劣，海上浮運的安全必須保證，所以海上浮運試驗研究是非常重要的。此項試驗有二項研究內(nèi)容：在不同拖帶方式狀態(tài)下，沉箱在浮運過程中的運動狀態(tài)（包括：浮運過程中、在波浪、水流的作用下，沉箱的運動狀態(tài)及運行軌跡）；在不同拖帶方式狀態(tài)下，沉箱在浮運過程中的拖纜力。 沉箱定位安裝試驗研究沉箱定位安裝將采用兩