[工作精品论文]沉箱打捞工艺设计与实践

中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集沉箱打捞工艺设计与实践王运川（中交四航局二公司中船龙穴项目部，广东广州510300）摘要本文重点介绍了打捞沉箱方案的比选和打捞沉箱盖板的设计、计算以及沉箱打捞的工艺。关键词打捞盖板设计1概况沉箱预制件（长195M宽105M（单边前趾宽1M）高115M，总重约1200T），因养生池高低不平（局部高差相差太大）在养生过程中滑入海中，在最低潮时几乎没有露出水面的部分，因此需要打捞。沉箱的后仓高，前仓低；岸侧高，海侧低；最高点高程为006M，最低点高程为075M，沉箱最低点陷入泥沙深度约为08M。本区域潮流属不规则半日潮流，呈往复流性质，涨潮流向约为340，落潮流向约为165，每日出现两次高潮和两次低潮，但潮高和潮时存在着明显的日不等现象，平均潮差均小于2M，最高潮位465M，最低潮位01M。2盖板设计21打捞方案比选211钢套箱接高、抽水打捞方案采用钢套箱整体接高、特制橡胶条止水、抽水打捞沉箱。该方案优点是工艺成熟，对海况要求相对稍低特别是安装钢套箱和打捞沉箱可不用连续作业。缺点是费用较高，钢套箱安装加固比较难，止水效果要求高，前期准备工作多，而且根据目前现场现有的材料以及吊装设备，都达不到要求。212气囊助浮方案在沉箱的内格仓中放置23条气囊，气囊的底部固定在沉箱内，气囊经过充气后相互挤压，完全充满格仓，排出格仓内的海水，利用充气气囊排水后产生的浮力使沉箱浮出水面。该方案需大量的水下作业进行准备工作，主要是水下钻孔、水下连接气囊等，这些都需要良好的海况，潜水员方可下水作业。其次，气囊的固定和加固措施，较为复杂，而且在沉箱打捞的过程中若有气囊爆炸，则会影响到沉箱的整体稳定。目前国内尚无用气囊对沉箱打捞成功的先例。213钢盖板封仓，抽水打捞方案采用10块钢盖板封仓，抽水打捞。钢盖板在水压力的作用下，使钢盖板和箱顶紧密连接，达到止水的作用，压力越大，止水效果相对就越好。该方案优点是工艺简单，费用较低，而且钢盖板的加工制作简单、时间短。缺点是水下安装难度较大，对于前期的止水效果要求比较高。而且由目前现场现有的材料以及吊装设备，都可以满足要求。作者简介王运川（1981），男，助理工程师，从事港口工程技术管理工作。621中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集各方案对比见表1各方案比选一览表表1打捞方案技术要求对海况要求打捞时间费用方案一可行中长高方案二不确定高长中方案三可行低短低综合以上三种方案的比选，结合经济费用、工艺和现场的实际情况，最后选择方案3钢盖板封仓，抽水打捞方案。22沉箱顶封仓盖板设计根据目前施工现场现有的模板进行修改，经过计算验证此模板未能达到受力要求，所以要在此模板的基础上增加槽钢，减小受力跨距或增强其刚度，由于后仓的水头差相对于前仓小，所以在后舱模板的10双槽钢之间增加14双槽钢，前仓模板的10双槽钢之间增加16双槽钢，并且于所有封仓盖板外围增加16槽钢调整平整度。其中前后仓各有两块盖板各焊接直径为550MM的钢管以安装水泵（每3个连通仓安装2台水泵）。由于焊接钢管处槽钢断开，影响盖板受力，因此于该处钢管两侧各焊接16槽钢加强盖板的刚度，并且由于钢管最高有4000MM，则利用12槽钢斜撑于模板的四个交点，这样也可以避免模板由于钢管的重力而变形。图1、沉箱封仓钢盖板安装示意图，图2标准封仓钢盖板设计图。二次浇筑护舷基础300400标准盖板阴影部分为沉箱预留钢筋标准盖板标准盖板标准盖板标准盖板标准盖板焊接钢管盖板焊接钢管盖板焊接钢管盖板焊接钢管盖板图1沉箱封仓钢盖板安装示意图622中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集槽钢10600槽钢21060050说明1、本图尺寸以毫米为单位。2、本图水平肋板、没有示意，肋板采用扁钢5X60，间距300MM。开孔采用钻孔工艺。3、尺寸4580X3880MM。槽钢210120511001100110050600600600600槽钢10钢板5钢板550450523038301501508080565119011001100550槽钢21650505050槽钢16槽钢16槽钢216槽钢16槽钢16槽钢212图2标准封仓钢盖板设计图23封仓钢盖板结构设计计算231正面钢盖板面板及肋板受力计算【2】由本区域的水文情况及沉箱下沉后的顶面标高，最大水头高度为3M，则最大的面荷载为P3T/M2，结构的计算中，钢材的允许应力取1700KG/CM2面板用5钢板，56CM肋板，间距30CM，肋板与面板及两端与竖向肋均满焊，焊缝高度为05CM。取30CM宽板带，按简支梁计算，跨度为水平肋最大间距。跨度L60CM，计算宽度30CM最大压力取P3T/M2线荷载Q板P30309T/M9KG/CM跨中弯矩1/8QL21/896024050KGCMA1A205YL60Q151530板图3正面钢盖板受力计算简图（单位为CM）（1）截面惯性矩I计算如右截面图，分为面积为A1、A2二块板，则整个截面重心高度YY1A1Y2A2/A1A2056/20561/2050530/0560530079CM623中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集根据平行移轴原理，整个截面的惯性矩为I0（I1A12A1）I2A22A2B1H13/12A12A1B2H23/12A22A20563/126/205079205630053/1207905/2205303572CM4式中AI为A1和A2的重心至整个截面重心的距离A1（6/205）Y271CMA2Y05/2054CM则截面抵抗矩为W1I0/Y3572/0794512CM3W2I0/Y3572/605Y3572/571626CM3取二者的小值，计算强度。（2）截面强度计算则M/W24050/626647KG/CM21700KG/CM2（满足要求）（3）刚度计算面板挠度F5QL4/384IE59604/384357220106021MM2MM（满足要求）式中，Q取静载Q30309T/M9KG/CM；E20106KG/CM2232正面钢盖板竖向肋和水平肋受力计算（1）正面钢盖板竖向肋受力计算1）型钢选择竖向肋跨度为竖向桁间距，L55CM，间距等于竖向桁架节点距60CM。线荷载Q肋P30618T/M18KG/CMM1/10Q肋L21/10185525445KGCMWM/5445/170032CM3选10A（W397CM3，I1983CM4）。2）挠度计算连续梁计算挠度式中，线静载Q30618T/M18KG/CM；E20106KG/CM2F1/25QL4/384EI518554/38421106198310003MM2MM（2）正面钢盖板水平肋受力计算1）型钢选择水平肋跨度为竖向桁间距，L360CM，间距等于竖向桁架节点距60CM。跨间等距布置五个相等的集中荷载FP55036055990KGM1/4FL3/4990360267300KGCMWM/267300/170015723CM3选216A（W2166CM3，I17324CM4）。2）挠度计算跨间等距布置五个相等的集中荷载FP55036055990KG；E20106KG/CM2F0111FL3/EI0111（9903603/2110617324101409MM24封仓盖板的止水设计根据沉箱顶面砼的平整度情况，以及经济可行的方案，最后经过讨论采用50MM直624中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集径的波纹胶管裹土工布，用铁丝系牢在封仓盖板四周16槽钢底部，盖板安装后波纹胶管在压力的作用下变形，从而将盖板与沉箱顶面砼之间的空隙密封（有预埋钢筋的地方，盖板搁置在两排预埋钢筋之间）。图4封仓盖板止水示意图槽钢16槽钢1650波纹胶管外包两层土工布槽钢1650波纹胶管外包两层土工布预埋钢筋槽钢1650波纹胶管外包两层土工布预埋钢筋肋墙厚200MM混凝土后墙厚350MM混凝土前墙、侧墙厚400MM混凝土钢板5钢板5钢板5图4封仓盖板止水示意图3封仓盖板安装31封仓盖板吊装设备选择及准备工作311封仓盖板每一块重约为24T，而且根据现场现有的施工设备吊装能力要求，选择采用10T的船吊进行安装封仓盖板（10T船吊爬杆最远的吊装距离为195M，减掉船的宽度后，净起吊距离为12M,起吊重约为7T）。吊装时可以贴靠着沉箱来安装封仓盖板。312沉箱预留钢筋的处理为了能够使封仓盖板的止水效果达到最佳，封仓盖板的止水波纹胶管设计在沉箱前墙和侧墙预留两排钢筋的中间，则在封仓盖板吊装之前务必得把这两排钢筋进行处理，见图4、封仓盖板止水示意图。32封仓盖板吊装封仓盖板为船吊安装，则必然会受到水流及波浪的影响，而且水下的能见度较低，潜水员几乎都为只能采用双手抚摸来定位安装，这样吊装的难度非常大，所以在封仓盖板设计时，于封仓盖板的底部四周焊接高度为05M的斜导向架，此在很大程度上降低了吊装的难度。由于作业区域为内港池，水流及波浪的作用相对于外海小，图5封仓钢盖板吊装图所以封仓盖板的吊装可以是全天侯作业，安装时只要保证盖板斜导向架底部进入仓格，盖板安装就基本成功。当封仓盖板吊装完成以后，采用钢丝绳和手拉葫芦通过沉箱预留的排水孔进行加固，以防止当沉箱打捞以后，沉箱晃动导致封仓盖板的移动而发生安全事故。图5、封仓钢盖板吊装图4沉箱打捞41打捞准备625中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集（1）、安排测量班组跟踪观察，沉箱位置变化情况以及陷入泥砂的深度；（2）、10T起重船、工作船靠近沉箱，检查发电机、水泵、卷扬机等机械的完好及油量情况等；（3）、水泵及电缆准备A、抽水排出水泵采用2台/3仓（共8台）；B、10T起重船和工作船离开沉箱要求至少保持有10的安全距离,同时电缆松出富余10M，一个主电箱配备二个配电箱分别控制前后仓水泵开关；C、检查发电机的功率是否能够达到正常的工作要求。（4）、利用两条缆绳将沉箱后仓的预埋拉环和系泊码头的系船柱连接，缆绳预留10M富余，同时于沉箱前仓2个预埋拉环处各连接1条40M钢丝绳，这两条钢丝绳另外一端连接于10T起重船；（5）、落实配合沉箱打捞各人员的岗位职责；（6）、落实配合沉箱打捞所需船只（10T起重船、工作船、交通艇1艘）。42沉箱打捞流程421沉箱打捞试抽水及止水封堵封仓盖板及水泵安装全部完成之后，务必得先进行试抽水试验，以检测封仓盖板的密封情况是否能够达到止水的效果，检测方法可以为根据钢管里面水位变化情况或者是打水砣等。根据这8台60M3/H水泵试抽水来分析，后仓的封仓盖板与沉箱密封得比较好，仅有少许水流进沉箱里面，但是前仓的密封效果相对来说达不到理想状态，分析原因为沉箱前墙及侧壁预留的钢筋未能全部处理完毕，再一个原因就是这前仓的抽水强度达不到水往沉箱里面流的速度，则在前墙两个抽水管中各增加一台同样的抽水水泵。为了能够节省资源及降低成本，沉箱的前仓不仅各增加了一台水泵，而且还得要进行止水封堵。根据经验及综合分析后，采用黑棉被来进行止水封堵是最经济、效果也是最好的。将黑棉被拧成条状，顺沿着沉箱前沿封仓盖板和沉箱侧面封仓盖板进行止水封堵，黑棉被封堵完成后，再用薄膜覆盖在黑棉被的表面，最后沿着所有封仓盖板的接缝处使用砂包袋压住薄膜，起到止水作用。422沉箱打捞为了减小封仓盖板的水压力，根据此区域的涨落潮水的历时规律和打捞抽水历时，选择潮水退潮3个小时后开始抽水打捞沉箱。沉箱抽水按照前后仓进行计算和控制。根据计算，前仓抽水78M、后仓抽水64M时，沉箱处于打捞临界状态。接近打捞时，停止后仓抽水，将前仓继续向下抽深LM水。当达到打捞的临界状态以后，前后仓都得要停止抽水半小时至1小时左右，同时观察沉箱的状态。综合考虑封仓盖板的重量及吸附力作用（由于沉箱四周的泥砂厚度很小，不考虑其对沉图6沉箱打捞抽水图626中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集箱打捞的影响，如果沉箱四周泥砂厚度大，得务必考虑。）以防沉箱突然串起，接着前后仓各减少一半的水泵进行抽水。按照正常打捞抽水需要约25小时，由于局部漏水，实际打捞使用了38小时。沉箱打捞后，通过向沉箱内抽水加压仓水调节沉箱至平衡状态；同时调节沉箱吃水78M，使沉箱达到平稳状态。423沉箱打捞检测数据分析根据设置于四根钢管上面的测量刻度来看，沉箱抽水打捞的过程之中，经过测量检测结果为由于水头压力的作用，封仓盖板的变形最大为前仓盖板3MM，后仓为0，与理论计算正面钢盖板水平肋挠度F1409MM相差较大，这主要是由于实际打捞的过程中，很好的利用了该区域的水文条件，即涨落潮经历的时间，合理控制了抽水时间，在整个38小时的抽水打捞时间里，面荷载P最大值并未达到3T/M2，实际中约为13T/M2。所以理论与实践是有很大区别的，实践为主，在理论的基础上来合理调整施工工艺。但是，如果缺少水文资料及其他资料不齐的情况，应该严格安装规范要求来设计盖板。5结语51沉箱