小型傾倒沉箱打撈扶正施工技術

唐海超 中核港航工程有限公司

2014年，受臺風“浣熊”影響，山東某大件設備運輸碼頭6個169t沉箱發(fā)生傾倒，產(chǎn)生不同程度的傾斜和位移。對于傾倒沉箱，采用吊裝帶捆綁，利用前墻凸起部分肋住沉箱，在沉箱側墻設兩個吊點，用200t起重船把沉箱起吊扶正，扶正后再換用鋼絲繩起吊沉箱挪至其他基床上臨時存放，將原基床整平完成并驗收合格后再進行安裝。沉箱正式打撈前，預制一個35t的沉箱模型進行試吊，根據(jù)試吊情況指導正式的打撈施工。

1.沉箱內(nèi)石料清理

為了滿足起重船起吊力，以便其調整位移沉箱及打撈傾倒沉箱，需要清理一部分沉箱內(nèi)填石。采用方駁上駁載反鏟，吊住鋼絲繩網(wǎng)兜，潛水員在水下將石料裝入網(wǎng)兜內(nèi)吊出。

沉箱內(nèi)石料需清理至頂面以下3.0m。

石料填滿沉箱倉格后的方量為154.1方，箱內(nèi)填石斷面積26.8平米，沉箱頂部混凝土面積10.18平米，沉箱混凝土體積69.1方，箱內(nèi)填石松散密度按照2t/方考慮。起重船最大起重量200t，首先按最大起重量進行計算：

沉箱及箱內(nèi)填石全部沒入水中的重量為：

169+2×154.1-（69.1+150.08）=258.02t

圖1 傾倒沉箱示意圖

沉箱安裝時需要將沉箱吊離水面1m，此時沉箱所需起吊力為：

為保證起重船施工安全，不超出額定起吊力，沉箱及箱內(nèi)石料總重量應控制在175t以內(nèi)。因此需要將箱內(nèi)石料減輕120t，沉箱內(nèi)填石挖除深度為：

在石料挖除3.48m后，沉箱完全在水中時的重量=258.02-3.48＊26.8=164.76t，起吊至高出水面1m后的重量為175t。

2.沉箱模型試吊

為檢驗吊裝帶起吊沉箱的可行性，并充分了解起吊沉箱可能遇到的各種問題，預制一個長4m，寬2.4m，高3m的沉箱模型進行起吊試驗。起吊時將拉力傳感器連接在吊裝帶的不同部位，測試各部位實際受力情況，指導沉箱打撈施工。

沉箱模型壁厚25cm，重量35t。試吊時采用100t汽車吊進行，吊車站位于沉箱后方。采用2股吊裝帶，用自鎖扣系在沉箱上，兩個吊點分別設在沉箱背面和側面進行試驗。起吊時，兩個吊裝帶之間采用方鋼扁擔撐住。拉力傳感器兩端有兩個錨環(huán)，一端與吊裝帶的繩扣連接，一端用于穿過吊裝帶形成自鎖扣。

模型起吊前，先用鋼絲繩將沉箱模型吊起后再放下，解除其與地面之間的粘附力。將吊裝帶和傳感器按照上述方法連接好。汽車吊站位穩(wěn)定后，將兩根吊裝帶端頭的繩扣連接在汽車吊吊鉤上，開始緩慢起吊，直到將沉箱完全吊離地面。起吊過程中，不斷觀察傳感器顯示的拉力數(shù)據(jù)，并做好記錄。

3.沉箱打撈扶正施工

以處理A7沉箱為例，A7沉箱往前趾方向呈傾斜狀態(tài)，傾斜角度為49°。采用吊裝帶捆住沉箱上部，連接出2個吊點，吊點分別設在沉箱的兩個側墻位置，每個吊點通過2股吊裝帶捆住沉箱。吊裝帶連出的繩扣與起重鋼絲繩通過卡扣連接。200t起重船首先通過吊裝帶將沉箱扶正后，再換用鋼絲繩連接沉箱吊環(huán)起吊沉箱。

3.1 施工工藝流程

施工工藝流程為：捆綁吊裝帶→沉箱扶正→臨時存放→基床整平→沉箱安裝

3.2 捆綁吊裝帶

（1）吊裝帶選用。本工程所用的吊裝帶采用新型內(nèi)層高分子聚乙烯材料制成。直徑75mm的吊裝帶，抗拉強度300t,兩端繩扣采用雙股編織形成一體，可有效防止拉開。該型號的吊裝帶人工可以輕易搬起并對折，柔韌性滿足使用要求。為加強吊裝帶的抗磨損性能，在吊裝帶外表面加一層聚酯耐磨護套，并浸噴樹脂膠后烘干，達到耐磨效果。

（2）吊裝帶的捆綁。吊裝帶的捆綁利用沉箱前墻上部的30cm凸出部位勒住沉箱，捆綁時將吊裝帶A端與B端對折，在吊裝帶中點處形成繩扣。在該繩扣處連接卡環(huán)，并將吊裝帶AB兩端從卡環(huán)中穿出，起吊時起到越拉越緊的效果。增加卡環(huán)的作用主要是為了減小收緊過程中的摩擦力，更有利于吊裝帶收緊（如圖2）。

捆綁前首先將吊裝帶連接成環(huán)狀直接套入沉箱,并將AB端掛在起重船副鉤上。捆綁前根據(jù)沉箱周長預留3m的富余量，先將吊裝帶與卡環(huán)臨時固定,以便套入沉箱。

圖2 吊裝帶穿扣示意圖

起重船配合潛水員將吊裝帶套入沉箱，調整繩扣的位置，使其位于吊點附近，吊點設在沉箱重心線上。為防止起吊過程中吊點位置產(chǎn)生較大偏移，需要對吊點處的卡環(huán)進行固定。采用兩根棕繩，分別由沉箱側墻兩端連接在卡環(huán)上，另一端在沉箱頂部的預留鋼筋上系緊，這樣就很大程度的限制了卡環(huán)的左右移動，從而保證了吊點位置的相對固定。

為防止吊裝帶被沉箱四角磨斷，需要提前將4股橡膠墊纏繞在吊裝帶與沉箱墻角的接觸位置，起吊時起到保護吊裝帶的作用。

3.3 沉箱扶正

首先計算沉箱在挖出部分箱內(nèi)填石后的重心位置，以前趾O點為計算原點，沉箱形心矩和體積距計算得知：

沉箱的重心位置：

在捆綁沉箱時，側墻位置的吊點要與沉箱重心在一條線上，這樣才能保證沉箱吊起后是直立的。起吊過程中，沉箱以后墻底部為支點，從傾斜狀態(tài)逐漸恢復至直立狀態(tài)。在該過程中，沉箱底部始終著地。起吊時要主要觀察起重船顯示的吊重讀數(shù)，不得超過額定吊重200t。

以A7沉箱為例，剛開始扶正時沉箱受力情況如圖3所示。

此時起重船起吊力F=175＊3.07/4.8=111.93t。由于是4股吊裝帶同時受力，單股吊裝帶受力為27.98t。根據(jù)沉箱試吊得知，捆綁力為吊裝力的1.23倍，因此捆綁力=27.98＊1.23=34.41t。

圖3 沉箱受力示意圖

吊裝帶抗拉強度300 t，因此在該受力狀態(tài)下安全系數(shù)=300/34.41=8.7。

當沉箱不斷被扶正，起吊力與沉箱支點間的距離越來越近，最終與沉箱重心處在一條線上。此時的起重船吊力與沉箱在水中的重量相等，為175t。單股吊裝帶受力為43.75t，捆綁力為53.81t，安全系數(shù)=300/55.35=5.58。

因此，吊裝帶的抗拉強度滿足要求。

沉箱扶正要選擇高潮水位時進行，盡量保證沉箱不露出水面，以利用沉箱浮力最大程度的減輕沉箱自重。

沉箱扶正時，需采用吊裝架撐住鋼絲繩，防止肋壞沉箱側壁。吊裝架采用邊長20cm壁厚1.2cm的方鋼焊接而成，起吊時將2股鋼絲繩穿入吊裝架的兩端。

吊裝架重量為((5.8+3.9+7.3)＊2+8.5+2.12＊4)＊0.8＊0.012＊7.85=3.842t

3.4 臨時存放和安裝

沉箱扶正后，將吊裝帶解下，換用鋼絲繩連接沉箱吊環(huán)，并將4根鋼絲繩分別與吊裝架連接好。將沉箱吊放至其他基床位置進行臨時存放，將原基床進行整平并驗收合格后，再將沉箱吊回進行安裝。

4.結語

小型沉箱傾覆后，主要采取吊裝的方式進行打撈扶正。核心是吊裝帶的選取和捆綁。