沉箱出运、安装施工技术方案.doc

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沉箱出运施工技术方案
（出运篇）
一、概况
海口港二期工程共有沉箱43件，分为5种型号。其中CX1与CX1’周长尺寸都为11米×21.4米，高度分别为14.8米与13.8米；CX2外型尺寸为11米×19.75米，高13.8米。CX3与CX3’尺寸一样，只有斜角位置不一样。5种型号的沉箱重量分别是1443t、1364t、1294t、977t、977t。其中CX1有33件，CX1’有5件，CX2有3件，CX3及CX3’各1件。沉箱预制临时预制场设在马村港3.5万吨码头疏港大道两边及后方，预制采用滑模施工。沉箱出运拟用气囊出运至浮船坞上（所预制的构件出运过程中间经过转向出运至码头），再通过拖轮、浮船坞将沉箱拖运至现场下水浮游安装。
二、气囊出运工艺
1．气囊出运原理及工艺流程
气囊出运工作原理与滚筒搬运重物的工作原理基本相同,是指在沉箱的下面放置可充气的圆形胶囊，通过充气加压顶升沉箱，再在需移动的方向上施加牵引力，使气囊产生滚动，从而达到搬运构件的目的。由于气囊在沉箱压力下可以产生较大变形,增加气囊与地面的接触面积,使单位面积的压力减少,且受力较均匀,故对场地的适应性强。
其工艺流程如下：
出运准备（包括抽干沉箱内积水）→2.高压水冲出支垫间填砂→3.抽出底模板→4.检查沉箱底部→5.气囊就位→6.卷扬机就位→7.沉箱围捆牵引和后溜钢丝绳→8.将卷扬机牵引与溜尾钢丝绳沉箱围捆钢丝绳用卸扣连接→9.启动卷扬机使牵引与溜尾钢丝绳处于刚好受力状态→10.全部气囊充气至与底模共同受力状态初始压力值→11.检查沉箱及围捆钢丝绳、卷扬机等情况，全部卷扬机手就位并处于运行待命状态→12.继续向气囊充气并调整各气囊气压值，使沉箱达到运行高度并保持相对水平→13.抽出支垫工字钢→检查沉箱底部并清除沉箱周围尖锐物及打磨边缘及菱角→14.检查各气囊气压、必要时进行调整→15.横向牵引移动(同时进行溜尾作业)→16.至出运通道中间停止移动→17.加垫枕木→18.放气→19.抽出横向气囊换纵向气囊→20.围沉箱纵移围捆钢丝绳→21.系牵引钢绳、与溜尾钢绳→22.气囊充气至规定压力值（需进行计算，此时气囊及沉箱支垫枕木处于共同受力状态），→23.气囊充气顶升沉箱使其处于运行高度、抽出垫木→24.纵向牵引移动（码头前沿就位等待上浮船坞、如等待时间长应对沉箱按要求进行支垫）→25.上浮船坞就位→26.加垫枕木→27.放气→28.抽出气囊→29.结束。
2、场地结构
沉箱构件预制场地分三条作业线，全部需出运到一条通道（马村港疏港大道）。再进行纵向出运上驳。（见预制厂布置图）出运码头前沿74m的斜坡段，斜率为3.8%,场地要求平整密实，无露石或尖状物，以免剌破气囊。
为适应气囊出运的需要,预制沉箱时在沉箱底面范围内按放出运气囊的间隙处在砼地坪上设高为32cm的工字,共设有7排，两排之间的距离不少于160cm。四周采用组合钢模板围起来,中间填砂经水冲振捣密实处理,顶面铺2cm木板,再铺1层纸板隔离,所以出运时要用高压水冲出支垫间的填砂。
因沉箱预制后需周转工字钢，必须使用枕木支垫进行储存，为减轻支撑沉箱支点对地面的压力，临时支垫位置考虑使用六排气囊支撑沉箱,从而增加了枕木的支垫面积，以确保地基承载力满足要求。
结合气囊搬运和枕木支垫情况，对预制场地结构设计为25cm厚C30砼、20cm厚级配碎石。以下对最不利情况即枕木支垫（此时，单位面积承受压力最大）情形进行验算，支垫位于原路面，结构为25cm厚C30砼、35cm厚块石。
支垫布置如下：（沉箱储存支垫图1）

沉箱储存支垫示意图

加了支垫以后，沉箱枕木支垫面积共21.94m2，单位面积的枕木对地坪的作用力N为
N=G箱/21.94
G箱=1443t（G箱为沉箱总重）
N=1443/21.94=65.77t/m2
根据以前的计算，场地结构受力满足沉箱储存长期荷载的作用要求。
3．设备及平面布置情况
卷扬机及布置
牵引力公式 F=fQ。F为牵引力, f为气囊与地面的滚动摩擦系数，取0.04。Q为沉箱重量。故F=0.04×1443t =57.72 t 。
本沉箱移运的横移和纵移均由4部卷扬机完成，规格为8t，绳速11m/min，全部统一采用同厂家同规格卷扬机，确保性能一致和尽量同步。
卷扬机通过7倍及9倍率滑轮组对沉箱进行牵引或溜尾，每台卷扬机牵引力为56 t及72t（未考虑机械效率及夹角的影响），合力可达112 t及144t ，出运速度为1.22m/min , 即2.03cm/s。
本次布置的施工场地共可以预制沉箱27件，分为3条线，所有的沉箱都必须经过东西方向平移到出运通道，在进行装驳。详见预制场平面布置图2
可修改编辑

横移卷扬机安装于水平通道的后方，使用时根据沉箱位置用钢丝绳固定于相应地锚上。牵引卷扬机直接通过滑轮组及围捆沉箱的钢丝绳来移动沉箱。
纵移卷扬机布置在斜坡通道的顶部两侧， 两台8 t卷扬机；牵引使用前沿卷扬机，后溜使用横移卷扬机，钢丝绳通过捆绑在前拉地锚上的四滑轮组与捆绑在沉箱上的四滑轮组，作沉箱纵向牵引用。溜尾卷扬机钢丝绳通过捆绑在通道后或通道中间的地锚上的四滑轮组、捆绑在沉箱上的四滑轮组，作沉箱纵移和下斜坡时溜尾用。（见卷扬机及地锚布置图3）

卷扬机及地锚布置图3

地锚结构图4

（1）、斜坡I=3.8% a=2.17619°
f1=1443×sina=54.8t
f2=1443×cosa=1442t
f摩= f2×0.04=57.68t
如需要反拉F=54.8+57.68=112.48t
（2）、根据一般后溜力f1=54.8t，选用Ф65，单条最大破断力211.25t，使用双条，安全系数K≥6倍。
如沉箱需反拉回来，反拉力F=112.48t≤422.5t，可以满足要求。
（3）、地锚结构计算
地锚自重G=4.5×3.0×2.5×2.5=84.4t
斜坡最大后溜力P=112.48
地锚受拉后的被动土压力T=P ×cos2.17619×0.5=56.2t（f=0.5）
G+T≥P ×sin2.17619×3（安全系数K≥3）
地锚结构设计满足要求
4．气囊的选择
4.1气囊结构型式(图5)

4.2气囊承载变形
气囊受压变形后，可视为一种规则的形态，即气囊横截面呈正扁形态，如图6所示：

H为气囊受压后高度即工作高度，承载面宽：
B=(πD-πH)/2=0.94 m
4.3气囊的确定
根据我局出运构件使用气囊的经验，结合沉箱的结构形式，本次选用气囊公称直径：D=1m，长度为两种分别为L0=6m，L0=11m。构件出运的工作高度：H=0.4m，气囊净距： a≥0.5m，沉箱平移出运使用6排（12条）L0=11m的气囊，沉箱装驳出运使用11排，其中有6排L0=11m气囊及5排L0=6m气囊（如图6所示）。
4.4、气囊压力P
气囊的长度与实际出运与沉箱底接触的长度不一致，下图为气囊在出运过程中与沉箱接触长度的实际尺寸（图7）

从上图可知沉箱平移时气囊与沉箱的总接触长度：
L=9.6×12=115.2 m
总接触面积：S=L×B=115.2×0.94=108.3 m2
气囊所受压力：P= G/S=1443/108.3=13.32t/ m2=0.1332Mpa
沉箱上驳时气囊与沉箱的总接触长度为
L=11×6+4.4×2×5=110m
总接触面积：S=L×B=110×0.94=103.4 m2
气囊所受压力：P= G/S=1443/103.4=13.95t/ m2=0.1395Mpa
4.5、气囊定制
根据上述计算气囊需要定制成：直径1m，长度为6m与11m，H/D为0.4时的气囊承载力为0.14Mpa。考虑到气囊在出运过程中不可能绝对均匀受力,因此我们选择额定工作压力为0.20MPa的高压气囊。
5.沉箱围捆及接长钢丝绳
沉箱围捆用钢丝绳：采用Ф65（1670n/mm2）, 牵引和溜尾接长用钢丝绳,根据前面的计算，安全系数大于5：采用Ф28（1670n/mm2）作为卷扬机牵引用，使用8t卷扬机，最大牵引力为8t，钢丝绳的破断力为39t安全系数：＞4。
6. 沉箱移运
6.1准备工作
6.1.1出运时间选择
(1) 根据施工计划确定横移和纵移时间。
(2) 根据实际潮水水位情况，决定沉箱上浮船坞时间。
6.1.2出运前检查
（1）检查沉箱内腔是否有积水，若有积水超过10cm的，必须把水抽至低于10cm方能出运。
（2）对牵引系统中的卷扬机、钢丝绳、滑轮组、导向轮及其卸扣、绳卡等，应逐项认真检查运转是否正常、转动是否灵活、钢丝绳是否缠绕，并排除一切隐患。
（3）检查空压机运转是否正常，检查气囊充气各管件、阀门、压力表是否完好、是否漏气。
（4）各地锚、卸扣是否磨损，是否超负荷。
（5）备用空压机、备用电源处于良好状态。
6.1.3冲砂、清砂
先进行拆卸填砂底模工作，用高压水枪冲出填砂，清砂工作应尽量根据沉箱底模情况对称进行，以免沉箱底板基础受力不均。最后检查沉箱底部有无棱角突出，有则先清除。清砂与拆模顺序为从中间向两边对称进行。
6.1.4清理通道、场地平整
清理通道上一切尖锐物、石头及障碍物，并对场地进行整平，高差不超过±2cm。 6.1.5系沉箱围捆钢丝绳
用钢丝绳系好沉箱(围捆)，钢丝绳所处位置应在底模基础向上约1.0m左右处（也就在沉箱前趾上端），单根捆绑钢丝绳长110米。钢丝绳与沉箱接触处用枕木隔开，调整钢丝绳长度至两侧相等，再连接牵引及溜尾钢丝绳。
6.1.6摆气囊
清砂工作完毕后，进行气囊摆放工作，每个气囊的轴线与移运方向垂直，沉箱边用红漆标上气囊就位线和枕木支垫安放线，以便气囊迅速就位。伸进沉箱的气囊确保气囊的肩部在沉箱的边侧。
6.1.7空压机及管路系统就位备用。
6.2沉箱顶升
6.2.1系牵引及溜尾钢丝绳
将牵引和溜尾卷扬机动滑轮组与沉箱围捆钢丝绳系好，并启动卷扬机使各钢丝绳处于受力状态，然后稍微放松，放松程度以使气囊充气顶升沉箱至运行高度时不致受限制进行控制（宜在充气顶升过程中进行调整）。
6.2.2气囊初充气
初充：连接空气压缩机与气囊之间的气管，连接妥当后充气，对气囊充气时应均匀、缓慢，每条气囊充气压力达到沉箱预定顶升初始压力值时，停止充气。这时气囊与底模共同承受沉箱重量。
6.2.3气囊充气，将沉箱顶升至运行高度
继续对气囊充气并应对称、缓慢进行（由阀门控制），气囊气压值必须现场试验确定。原则上要让沉箱下各气囊高度一致，并使沉箱处于直立状态，沉箱底面完全脱离支承型钢。实施时应根据实际情况对气囊压力值进行适当调整，使之满足运行要求。
6.2.4拖出支承工字钢
把支承工字钢拆除并顺直拖出，防止工字钢刮伤气囊，同时派专人观察各气囊气压值，发现异常，立即采取措施解决。支承工字钢完全离开沉箱底部后，对沉箱底部再次检查有无棱角突出及其他尖锐物品，检查正常后进入沉箱移运准备阶段。
6.3沉箱横移
调整气囊至运行高度、沉箱横移
检查与调整各气囊的压力，使气囊前高后低（沉箱前高后低）。现场指挥（副指挥配合）检查各项准备工作无误后，下令启动牵引卷扬机组，拉紧牵引钢丝绳，沉箱处于移运临界状态时，暂停牵引，再次检查观察钢丝绳张紧程度，各滑轮组、导向轮的转动是否灵活，气囊及沉箱平稳情况，同时启动溜尾卷扬机组，使溜尾钢绳稍处于松弛状态。当一切处于正常状态时，指挥员才指令拉动沉箱缓慢向前移动。移运时，注意观察沉箱平稳和移动情况，同时注意气囊滚动和压力情况，通过调整气压使各气囊高度一致。运行中，溜尾钢丝绳跟进，既不与牵引钢丝绳抗衡，又能限制沉箱前倾。沉箱前进时要随时注意沉箱的运行状态，当出现走偏时及时采用合适的纠偏措施进行纠偏。
在沉箱移动过程中，如发现气囊漏气导致影响出运时，必须及时进行补充充气,必要时更换气囊。
6.4移运中气囊交替
当沉箱前移方向端部至第一根气囊囊咀中心，摆进气囊并进行充气，注意充气时气囊一定要全部张开并达到一定的气压后再启动运行。
沉箱前进方向始终保持1~2根待工作气囊。在牵引移动过程中，当出现沉箱走偏时，必须纠偏；纠偏时，可结合新摆放进沉箱底部的气囊斜摆一小角度来进行（与走偏方向相反）。注意纠偏不能过急，以防走“之”字形。
当沉箱后面的气囊逐渐接近沉箱尾部（按移动方向）时，打开排气阀逐渐排气，最后才快速放气（应在气囊露出沉箱尾部一半之前），气囊放气过程中要尽量使沉箱处于直立状态。气囊放气完毕后将气囊搬运到沉箱前面预定位置备用，如此重复直到横移完成。
6.5横移-纵移衔接
在沉箱横移过程中，注意调整气囊摆放距离，必要时在横移过程中逐步调整，以适应出运通道上横移-纵纵转换位处支垫的排距。并且尽量使各个气囊平行及有合适的支垫空间（特别是沉箱周围），以保证有足够支承面积和换向气囊穿插位置。
当沉箱重心线到出运通道中轴线位附近时停止，沉箱暂时停止牵引，观察沉箱位置周围情况，对照原来确定的转换支垫位置，根据具体情况对沉箱位置做适当调整。将各气囊充气，顶升沉箱到离地面距离超过支垫高度（30cm）5-10cm后，根据支垫要求放置枕木，支垫枕木布置完备后，气囊缓慢排气至沉箱平稳降落在支垫上，停止排气，观察地面无明显沉降后才快速放气，抽出气囊进入纵向移运准备工作。
6.6沉箱纵移
由于沉箱纵移工作与横移工作内容基本类似，但纵移通道存在斜坡段，故针对这些特别的地方进行说明，其余部分可参照横移工作进行。
6.7支垫、摆气囊、系纵移钢绳
沉箱在转换位置用枕木支垫完毕后，在支垫的间隙放进纵移气囊，运行时应使沉箱保持尽量直立。
将牵引和溜尾卷扬机动滑轮组与沉箱围捆钢丝绳系好，并启动卷扬机使各钢丝绳处于受力状态，然后稍微放松，放松程度以使气囊充气顶升沉箱至运行高度时不致受限制进行控制。（宜在充气顶升过程中进行调整）
然后将各气囊气压调整使气囊与枕木同时承受沉箱荷载。
检查卷扬机等牵引系统及相关地锚情况，确定无异常情况后将气囊压力充至运行工作压力值使沉箱处于运行高度。
（具体操作方法和注意事项与沉箱横移基本相同）。
6.8牵引与溜尾速度的协调及同步
由于纵移距离较长，应注意牵引和溜尾滑轮组及其钢丝绳是否缠绕，并及时使用转换组放气。另外根据沉箱移动的距离，及时更换长度适当的钢丝绳。纵移出运时，两个牵引卷扬机组与两个溜尾卷扬机组都要做到步骤一致。实际操作中前面的牵引基本上没有受力，沉箱行走速度由后溜卷扬机控制。
在纵移过程中，如发现气囊漏气，以致影响出运时，必须及时补充充气或更换气囊。并且在沿途中慢慢让沉箱的重心线与出运通道中心线一致。必要时使用枕木对沉箱进行临时支垫，待更换好气囊后在进行出运。
6.9斜坡段纵移
当沉箱移至出运通道斜坡段时，注意尽量控制好溜尾卷扬机与牵引卷扬机，使系统同步运行，确保沉箱平稳移动，同时要注意溜尾卷扬机钢丝绳受力情况，尽量做到受力均匀。沉箱前后方向高度要保持尽量接近，严禁利用自然斜坡滑行。
在斜坡段更换或接长钢丝绳时，在沉箱前面底部有用枕木支垫，防止因意外时沉箱向前滑移，绝对不允许同时对两部溜尾卷扬机的钢丝绳进行更换或接长。
6.10沉箱纠偏
横、纵移时，将采取如下纠偏措施：
（1）将气囊摆放与横轴线（垂直通道纵轴线）形成一个偏角。即将后壁方向的气囊囊头向后摆一定距离，具体根据实际操作结合纠偏时通过实验获得。
（2）通过控制卷扬机强制纠偏，但必须注意各钢丝绳受力情况，本措施在斜坡段必须慎重使用，一般不推荐使用，
（3）纵移通道特别是码头混凝土面，宜在气囊囊头（前趾方向）经过的地方铺设细砂
三、沉箱的上驳
1、本工程沉箱将用我司的“防城港号”浮船坞，防城港号有关技术性能：

最大下潜深度
15.5米

压载舱数量
12个
全长
52米

压载水容量
6663.2m3
宽
32米

允许载重量
3200吨
内幅
26米

空载重量
2621吨
型深
3.6米

压载水泵排量
1100m3/h

防城港号压载舱布置

NO1右
908.3吨
NO2右
284吨
NO3右
240吨
NO4右
985.3吨
NO1中
488吨
NO2中
371吨
NO3中
371吨
NO4中
488吨
搭接端
NO1左
1010.3吨
NO2左
329吨
NO3左
310吨
NO左
878.3吨
加水管与排水管共用一条总管，通过阀门的转换来控制加水与排水，但不能同时加、排水，各压载舱间互相不能调水。
2、相关计算
2.1 水泵排水船舶上浮速度
每上浮一米的排水量为1664m3/m，水泵排水速度为1100m3/h（试潜结果），水泵排水船舶上浮速度为1664/1100=1.5m/h(夹板以下部分)。
2.2沉箱上驳后，浮船坞吃水
浮船坞空载时，吃水1.4m，沉箱重量为1443t，那么沉箱上驳后，船坞吃水深度h：
h =1.4+1443/32/52=2.27 m
根据当地水位及潮差实际情况，为了确保施工作业的时间（上驳及离驳工作时间4~5小时）。选定装驳潮位为1.52m。
确定出运码头顶面标高：H=1.85+（3.6-2.58）=2.87m（实际使用的码头面标高为+2.85m）
码头台阶标高:H=2.85-0.9-0.17=1.78m
2.3浮船坞满载离驳潮高计算
为保障不损坏搭接码头，在船头高于码头面0.2米时，满载离驳，浮船坞甲板面标高=0.2米+码头面标高=0.2+2.85=3.05米，潮水高度=甲板面标高-（船型深-吃水）=3.05-(3.6-2.27)=1.72米，取离驳潮高为≥1.7米。
2.4沉箱纵向偏差计算
若沉箱纵向偏移2米，则产生力矩为2886T.M，为抵消它，根据沉箱实际偏移的方向，在相反的方向仓内压水，致使其力矩相等，方向相反。
2.5沉箱浮游稳定计算（以CX1为例进行计算）
沉箱设计图如下

一、 重心位置计算
沉箱共分五个部分（各部分如上图所示），各部分体积分别设为V1～V5，各部分重心坐标设为（xi，zi）（i=1…5）。
V1=0.5×1.0×21.4
=10.7m3
x1=1/2=0.5m
z1=0.5/2=0.25 m
V2=21.4×0.4×（1/2）
=4.28 m3
x2=1×（2/3）=0.667 m
z2=0.5+（0.4/3）=0.633 m
V3=10×21.4×14.8
=3167.2 m3
x3=1+（10/2）=6 m
z3=14.8/2=7.4 m
V4=-10×（4×4.58－0.2×0.2×2）×（14.8－0.7）
=-2571.84 m3
x4=1.32+（11－1.32－0.32）/2=6.0 m
z4=（14.8－0.7）/2+0.7=7.75 m
4.58－0.4=4.18
V5=-10×（1/3）×0.2×（4×4.58+3.6×4.18+
(4×4.58×3.6×4.18) )
=-33.31 m3
x5=1.32+(11－1.32－0.32)/2=6.0 m
z5=0.5+0.11=0.61 m
沉箱的总体积：V总=∑Vi
=V1+V2+V3+V4+V5
=10.7+4.28+3167.2－2571.84－33.31
=577.03 m3
沉箱的重心坐标设为（x，z）
x=（∑Vixi）/V总
=（V1x1+V2x2+V3x3+V4x4+V5x5）/V总
=（10.7×0.5+4.28×0.667+3167.2×6－2571.84×6.0－33.31×6.0）/577.03
=3380.5/577.03
=5.858 m
z=（∑Vizi）/V总
=（V1z1+V2z2+V3z3+V4z4+V5z5）/V总
=（10.7×0.25+4.28×0.633+3167.2×7.40－2571.84×7.75－33.31×0.61）/577.03
=3490.585/577.03
=6.05m
二、 浮心位置计算：

假设沉箱处于正浮状态时，其吃水深度为h空载吃水，海水比重为γ海水=1.03t/ m3，γ砼=2.40 t/ m3。沉箱受三部分浮力作用（如上图所示），它们排开水的体积分别设为V1～V3，各部分所受的浮力分别设为F1～F3，其对应的高度分别设为h1～h3。
V1=0.5×1.0×21.4=10.7 m3
h1=0.5/2=0.25 m
V2=21.4×0.4×(1/2)=4.28 m3
h2=0.5+0.4/3=0.63 m
筒身（除去前趾部分）每米排水体积：
V箱身每米排水体积=21.4×10
=214 m3
因为沉箱处于正浮状态，所以F浮=G沉
G沉=V总γ砼=577.03×2.40=1384.87t
筒身所受浮力：F3=F浮－F1－F2
=1384.87－10.7×1.03－4.28×1.03
=1369.44t
h空载吃水= F3/（V箱身每米排水体积·γ海水）
=1369.44/(214×1.03)
=6.21 m
V3= V箱身每米排水体积·h空载吃水
=214×6.21
=1328.94 m3
h3=6.21/2=3.11 m
V总排=∑Vi=V1+V2+V3
=10.7+4.28+1328.94
=1343.92 m3
浮心距离h：
h=（∑Vihi）/ V总排
=（10.7×0.25+4.28×0.63+1328.94×3.11）/1343.92
=3.08 m
三、 空载浮游稳定计算
沉箱定倾半径计算：
定倾半径计算公式如下
ρ=（I－∑i）/ V
I=LB3/12
i=l2l13/12
式中ρ—沉箱定倾半径（m）；
I—矩形断面沉箱在水面处的断面对纵向中心轴的惯性矩（m4）；
L—沉箱长度（m）；
B—沉箱在水面处的宽度；
∑i—各箱格内压载水的水面对纵向中心轴的惯性矩之和（m4）；
l1—纵向墙之间的净距（m）；
l2—横向墙之间的净距（m）；
V—沉箱的排水量m3。

I=LB3/12
=（21.4×10×10×10）/12
=1783.33m4
空载时：∑i=0
ρ=（I－∑i）/ V总排
=1783.33/1343.92 =1.327m
沉箱重心到浮心的距离：α=z－h=6.05－3.08=2.97 m
定倾高度：m=ρ－α=1.327－2.97=-1.643 m
根据规范规定：
（1） 近程浮运：m≥0.2 m
（2） 远程浮运：
以块石和砂等固体物压载时：m≥0.4m
以液体压载时：m≥0.5m
所以空载浮运不稳定。
四、 压载（海水）浮游稳定计算
压载高度：
前舱
后舱
2.0（m）
3.5（m）
其示意图如下所示：

舱底水重：
G1=10×[（1/3）×0.2×（4×4.58+3.6×4.15+
(4×4.58×3.6×4.15) ）]×1.03
=34.31t
舱身内水重：
前舱：G2=（4×4.58－0.2×0.2×2）×(2.0－0.2)×5×1.03
=169.08 t
后舱：G3=（4×4.58－0.2×0.2×2）×(3.5－0.2)×5×1.03
=310 t
箱重+水重G总=G箱+ G1+ G2+ G3
=1384.86+34.31+169.08+310
=1898.25 t
沉箱吃水h吃=（G总/γ海水－V1－V2）/ V箱身每米排水体积
=（1898.25/1.03－10.7－4.28）/214
=8.542m
浮心至箱底距离h
h= （∑Vihi）/ V总排
=（10.7×0.25+4.28×0.63+8.54×214×8.54/2）/（1898.247/1.03）
=4.239m
重心至箱底的距离z
z={1384.86×6.05+34.31×0.61+169.08×[（2.0－0.7）/2+0.7]+310×[（3.5－0.7）/2+0.7]}/1898.25
=4.888 m
重心与浮心的高差α
α= z－h=4.888－4.239=0.649m
I－∑i=（21.4×10×10×10－4.0×4.58×4.58×4.58×10）/10 =1755.71m4
定倾半径ρ
ρ= （I－∑i）/V总排
=1755.71/（1898.24/1.03）
=0.953m
定倾高度m
m=ρ－α=0.953－0.649=0.304m

四、出运码头构造：
出运码头构造是使用原来马村电厂沉箱上驳的码头，该码头的改造已经经过四航局港湾设计院进行验算过，并在马村电厂码头工程沉箱出运上驳过程中实践，码头的抗滑、抗倾稳定都满足使用要求。（见码头改造后剖面图）
五、沉箱上驳操作说明
5.1搭接方式
本工程采用专用重型沉箱上驳码头，搭接部分码头面标高1.79米，搭接采用GD43钢轨、长20米、钢轨面标高1.95米，码头结构见“图五出运码头构造”。搭接时浮船坞的首部搁置在钢轨上，浮船坞的甲板面与码头面平，码头与浮船坞间铺14毫米钢板，其总长度为22米，宽0.6米。
5.2浮船坞的锚位及地牛
浮船坞艏部左右利用码头上一个系缆墩及沉箱预制区设置的地锚系两条缆、控制船头左右移动对齐码头前沿，艏部中缆用一条缆带系在斜坡道预埋的地锚拉环上、控制船艏顶住码头(同时在临时码头前沿用两根木根作防撞棒)，船尾靠海侧抛一门猫，靠陆侧系缆在电厂的工作船码头系船柱上。

出运码头示意图

出运码头断面图

5.3搭接操作
沉箱距码头前沿74米，沉箱预期移动速度约为70米/小时，预期沉箱上驳总时间为3小时。要进行上驳操作要求当日最大潮高达大于1.8米，进入搭接潮水为1.5米，从进入到最高潮时间要大于2小时。
由于当地潮差变化较小，沉箱上驳后，必须利用潮差产生的浮力可保证船头驶离码头。进入搭接前，浮船坞按图1-1在距离码头约4米处系缆、抛锚就位，在船头高过码头面约0.2米时，移船进入搭接；进入后艏部继续加水，抵消船舶由于潮水上涨而上浮，使船头在沉箱上船前始终压住搭接钢轨。当沉箱移到船上1.5米时，浮船坞要立即开始排水，直到将所有的压载水排空。等到潮水涨到使船头高过码头面1.9米时，浮船坞移出离开搭接口。
5.4沉箱装驳使用施工水域及施工工期
根据使用的浮船坞的尺寸及作业的半径，施工作业时使用斜坡码头全部水域及电厂煤码头部分水域，其使用水域范围如下图：

沉箱出运装驳使用的码头水域示意图
六、使用材料、人工、机械设备
6.1使用机械设备
机械设备名称
单位
数量
规格
备注
卷扬机
台
4
8t
用于沉箱纵、横移动
空气压缩机
台
2
9立方
用于气囊加气
装载机
台
1
3立方
用于场内转运气囊
浮船坞
艘
1
3200t
用于转运沉箱
拖轮
艘
1
3300匹
用于浮船坞及沉箱拖运

6.2使用的材料
材料名称
单位
数量
规格
备注
气囊l=6m
条
20
0.2Mpa
用于沉箱纵、横移动及上坞
气囊l=11m
条
20
0.2Mpa
用于沉箱纵、横移动及上坞
滑轮组
组
12
80t
用于沉箱出运及上坞
钢丝绳
吨
12
Ф65、Ф28
用于沉箱出运牵引及后溜
卡环
个
12
70t
用于地锚于滑轮组连接
枕木
立方
132
100×20×20
用于沉箱支垫
钢板
t
4
厚20mm
用于码头与浮船坞搭接、地锚
钢材
t
3
槽钢、角钢等
用于制作其他铁件、爬梯等
对讲机
台
6

用于沉箱出运指挥联系
6.3使用的人员
岗位名称
人数
备注
总指挥
1人
负责整个出运的指挥工作
副总指挥
2人
分别负责沉箱出运系统及过程
安全监督员
2人
负责沉箱出运整个过程的安全监督
卷扬机手
8人
负责操作卷扬机
加气
8人
负责出运过程中气囊加气
气囊工
30人
负责出运过程中气囊布置、搬运等
电工
2人
负责施工过程中的用电
机械工
2人
负责空气压缩机等工作
水位观测员
2人
负责整个施工过程的水位观测及记录

码头沉箱安装施工方案
（出坞安装篇）
七. 沉箱出坞安装施工方案
7.1工程概况
海口港二期深水泊位码头设计长度为590m，与一期工程连接的过渡段长196m，以及直立式南护岸长170m。其中码头主体两个5万吨级部位沉箱 28件，过渡段按1万吨级泊位设计，沉箱 17件，其中5件为新预制沉箱，12件为原来的直立式防波堤沉箱，南护岸沉箱个数为 10件。条件如下：
7.1.1风况：琼州海峡位处东亚季风区，冬季盛吹偏北风与偏东风，夏季盛吹南风和偏东风。常风向为东北，频率为15%。最大风速为23.8m/s，风向北北东；极大风速41.0m/s，风向西；风向 ≥ 8级大风，平均每年出现13.3天，大于六级风平均每年出现43天。
据30年的资料统计，影响海口台风共128个，平均每年4.3个，最多年份有8个，最少年份无台风影响。一般6~10月为台风季节，8~10月为台风活动最盛时期。
7.1.2潮位 ：
海口港的潮汐系数F=3.92，属于不规则日潮混合潮，一个月内日潮天数为15～18天，其他时间为正规半日潮，且潮汐不等现象显著。
潮位（采用秀英验潮站多年资料统计，以秀英理论最低潮面起算，下同）：
平均高潮: 2.04m
平均低潮: 0.90m
最低低潮: -0.25m
最高高潮: 4.25m
设计水位：
设计高水位：2.41m
设计低水位：0.41m
极端高水位：4.31m
极端低水位：-0.25m
7.1.3潮流：海口湾的海流流场包括周期性的潮流，东北（或东南）季风形成的风海流，南渡江注入海峡后向西扩散的淡水径流；局部地形影响生成的坡度流以及波（浪）流等，因此实际观测得到的海流是以潮流为主的综合流。
海口湾的流场具有以下特征：
流场的格局主要是由它的地理位置和地形来决定。
由于琼州海峡的狭管效应，使海峡（含海口湾）的潮流具有典型的往复流的性质，但涨落潮流流向转变与潮位过程的高、低潮出现时间不一致，而是在中潮位附近转流。海峡潮流流速大，中央最大流速可超过5kn（2.6m/s）以上，流向呈东西向；海口湾湾口附近流速减小到2kn（1.0～1.2m/s），流向大致为东西向；在湾顶附近流速最小，仅0.2~0.5kn（0.11～0.25m/s）；在海口湾东西部分水域的流速在1-2kn之间，流向分别是NE-SW和NW-SE。
从日潮流的单宽输入矢量圆分析，冬半年东北季风盛行的季节里，海口湾的东半部存在一个逆时针向的回流。
海口湾的潮波性质较复杂，潮位和流向不相对应，大体在涨、落潮的中水位以上为东向流，中水位以下为西向流。海口湾的潮波既不是典型的前进波，也不是驻波，而属于以前进波为主的混合潮波。
海口湾的流场在风、局部地形的影响下，形成东南的弱流区和西北部的强流区域。
7.1.4波浪：海口湾无长期波浪观测资料，据广东省航运规划设计院于1959年9月至1960年9月在秀英港区附近的白沙门的观测资料，海口湾主要受NW、N、NE和E向波浪的影响。在一年内，以东北季风形成的波浪最为显著，即从10月至次年3月的波浪为最强。
7.1.5拖航海况
沉箱在马村预制厂装驳后需拖运至安装现场，从马村到海口湾大约21海里，有正规航道行船，航道水深9～11m，满足装载沉箱的浮船坞及拖轮航行的要求。
7.2施工工艺流程
沉箱装驳
沉箱拖运
浮船坞抛锚定位
浮船坞下潜
沉箱系缆
沉箱悬浮
沉箱出坞
沉箱定位、灌水下沉
方驳定位
沉箱定位
测量控制
沉箱灌水下沉
沉箱位置校核

7.3沉箱安装顺序
本项目工程的沉箱共有55件，其中有43件是新预制沉箱，12件是拆除旧防波堤沉箱再利用，沉箱安装我部计划从主体码头与过渡段分界处开始，后往两个方向进行安装，具体见沉箱安装顺序示意图（图1）
施工方法
7.3.1沉箱安装工艺简介:
本工程的沉箱构件在马村3.5万吨级码头后方临时预制厂预制,采用3200t浮船坞拖运至现场下潜,用方驳上的2台卷扬机(5T)拖动沉箱出坞,用围缆的方式将沉箱与方驳固定在一起,再通过方驳的移位和手拉葫芦就位安装将沉箱运到预定的位置加水下沉。
当沉箱下沉至距基床面1m位置时，使用仪器进行粗定位。后利用沉箱顶预埋的四个吊环与4个手拉葫芦交叉连接,并随沉箱下沉不断将手拉葫芦收紧,沉箱下沉至基床面0.5m时暂停止加水,测量沉箱4个角点并将沉箱四角高差调平,利用沉箱顶上挂篮加配重进行调整。第一次粗定位调整完成后,继续向沉箱加压水,让沉箱下沉至基床面30cm,在30cm处再进行一次精确调整,精确调整时测量人员要不断观测沉箱4 个角点,误差调整在2cm 范围内,精确调整过程关键要做2点,高差有偏差时通过沉箱顶上挂篮加配重进行调整。偏位较大时先通过收放锚缆再通过手拉葫芦来调整沉箱。
7.3.2沉箱拖运：沉箱在马村预制场通过气囊搬运到浮船坞上，加固后用拖轮拖至施工现场下潜区下潜出坞。

沉箱安装顺序示意图

7.3.3浮船坞抛锚定位：
出坞时浮船坞的抛锚定位如下图所示：
沉箱出坞浮船坞定位示意图
7.3.4浮船坞下潜：如上图所示，装载沉箱的浮船坞拖抵现场后在港池前沿进行抛锚定位，方驳在浮船坞定好位后就浮船坞进行定位，大约离浮船坞50m左右。浮船坞协助方驳把水泵、安装架等安装好，并且对沉箱上下进行检查,包括围捆枕木钢丝绳,围缆捆绑、沉箱顶拉杆孔洞修补、潜水泵布置等者都要检查清楚，浮船坞才能开始进行灌水下潜。浮船坞各水仓的灌水顺序及灌水量要满足整个船体的平衡和稳定要求。为防止浮船坞的下潜区有浅点，施工前对整个施工水域进行水深测量，并对有浅点的地方用挖泥船进行清挖，确保浮船坞下潜时的吃水要求。
沉箱压载：浮船坞定好位，并把水泵电箱等安装好后即根据沉箱浮游稳定计算的结果进行加水压载。由于该沉箱隔仓共10个，分为两排，相互之间的隔仓联通需考虑其浮游过程的平衡稳定。沉箱的通水孔、水阀布置见下图。

沉箱系缆：在浮船坞刚开始灌水下潜时进行。沉箱预制时，其顶上对称预埋四个钢筋环，用作沉箱出坞及安装时带缆用。为了减少沉箱在下潜前其他工作的工作量并减少水上高空作业，在沉箱平移出运前，先用一段长为20m直径为50mm的尼龙缆绳和沉箱预埋钢环用卸扣连接好，在浮船坞下潜时把浮船坞上的四根尼龙缆分别和沉箱上的四根缆绳连接，同时牵引用的缆绳