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沉箱出运施工方案

北海港铁山港西港区北暮作业区5#、6#泊位水工工程

沉箱出运安装施工方案

审批人：

审核人：

编制人：

日期：

中交四航局北海工程项目经理部

1.编制说明

1.1.编制依据

《北海港铁山港西港区北暮作业区5#、6#泊位水工工程施工图设计》

《北海港铁山港西港区北暮作业区5#、6#泊位水工工程施工组织设计》

《北海港铁山港西港区北暮作业区5#、6#泊位水工工程施施工总进度计划》

《北海港铁山港西港区北暮作业区5#、6#泊位水工工程施施工合同》

沉箱预制平面布置图

1.2.施工技术规范

《重力式码头设计与施工规范》（JTS167－2－2009）

《水运工程质量检验标准》（JTS257-2008）

《水运工程施工安全防护技术规范》（JTS205-1-2008）

《港口装卸用钢丝绳吊索使用技术条件》（GB14738-93）

《起重机械安全规程》（GB6067.1-2010）

《建设工程施工现场供电安全规程》（GB50194-93）

《建筑施工高处作业安全技术规范》（JGJ80-91）

1.3.编制原则

1、确保工程安全的原则

充分认识本工程地质、水文特点，结合本工程的施工特点，使用可靠成熟的工法、施工工艺，实行信息化施工，确保工程安全。

根据工程特点，吸取类似工程的设计、施工技术和管理经验，选择先进、可靠的施工技术方案与施工工艺。

2、确保工期的原则

精心策划组织，合理配置资源，选择可靠方法，确保节点工期的实现，努力提前总工期。

认真研究、综合考虑工程地质、工程环境、场地条件及工期等各种因素，运用系统工程理论进行施工总体部署，利用网络技术组织分段平行流水作业，施工安排及工序衔接，体现工程施工系统性。

3、注重文明施工，加强环保原则

在施工中贯彻“以人为本”的原则，做到文明施工、爱护环境、千方百计减少扰民，创造良好的施工、生活环境，保证职工安全健康，达到公司四标三体系的标准要求。

2.概况

北海港铁山港西港区北暮作业区5＃、6＃泊位码头水工工程施工建设规模为两个15万吨级散货泊位，码头总长度636.84m。

码头结构采用钢筋混凝土沉箱结构。

沉箱垂直码头线宽17.2m，前趾长2.0m，总宽19.2m，高度为20.9m，沉箱平行码头线长17.72m，沉箱共分3×3=9个腔，每个腔尺寸5.313m×5.213m。

沉箱底板厚0.7m，前壁厚0.40m，侧壁厚0.35m，后壁厚0.35m，纵隔板厚0.28和0.23m，横隔板厚0.23m。

主体结构采用重力式钢筋混凝土（C40）矩形沉箱，共3种型号33件沉箱，分别为：

C1型沉箱28件，单件沉箱约重2773t。

C1沉箱尺寸长1920cm，宽1772cm，高为2090cm。

纵横向分隔数为3×3格。

C2型沉箱4件，单件沉箱约重2728t，C2沉箱尺寸外形均与C1相同，只在顶部中间一排仓格预留有2.86*2.86m的方形缺口，为排水涵安装位置。

C3型沉箱1件，单件沉箱约重2710t，C3沉箱尺寸外形均与C1相同，只在顶部中间一排仓格预留有3.96*4.0m的方形缺口，为排水涵安装位置。

由于预制场存放沉箱的数量有限，因此本工程出运分两个批次进行，第一批次出运15个，第二个批次出运18个。

2.1.施工特点分析

2.1.1.潮汐

铁山港区潮水涨落速度较快，掌握潮水规律，合理安排施工，控制沉箱上驳时间及速度十分关键。

1）各基准面之间的关系

铁山港区验潮站设在铁山港湾中部西岸石头埠，各水准点之间的关系如下：

2）潮型及潮位特征值

铁山港内的长期验潮站有石头埠站，地理坐标21°36′N，109°06′E，由广西水文总站设立。

铁山港湾口西侧的营盘和东侧的草潭及沙田有短期潮位观测资料。

此外，距铁山湾口门外约60km的涠洲岛海洋站也有长期验潮资料。

北部湾是世界上典型的全日潮海区之一，铁山港位于北部湾的东北部，从其潮汐特征数来看，K=（HK1+HO1）/HM2=3.29，表明本港区的潮汐类型与北部湾其它海区略有不同，属不正规日潮。

本区的潮汐作用较强，是华南沿海潮差最大的海区之一。

潮波自湾外向铁山港内传播时，由于受地形影响，潮波发生变形，潮差沿程递增，而潮汐类型由湾外海区的正规日潮（每天一涨一落）向湾内的不正规日潮过渡（大潮汛时每天一涨一落，小潮汛时每天两涨两落）。

根据中国科学院南海海洋研究所1992年12月26～31日同步验潮资料分析，营盘K=4.53，草潭K=4.11，石头埠K=3.67。

实测资料表明，最大流速发生在高潮位前后2～3小时，说明本港区的潮波属于以驻波为主，略具前进波性质的合成潮波。

铁山港区为非正规全日潮，其从理论深度基准面起算的潮位特征值为：

历年最高潮位：

6.31米

历年最低潮位：

-0.09米

多年平均高潮位：

4.28米

多年平均低潮位：

1.80米

多年潮位：

3.00米

多年平均潮差：

2.45米

历年最大潮差：

6.25米（1986年7月21日）

日潮平均涨潮历时：

8小时5分钟

日潮平均落潮历时：

6小时25分钟

设计高水位：

5.41m（潮峰累积频率10％）

设计低水位：

1.13m（潮谷累积频率90％）

极端高水位：

6.86m（重现期为50年一遇）

极端低水位：

-0.46m（重现期为50年一遇）

铁山港区乘潮水位表

保证率（%）

水位

1小时

5.41

5.16

4.98

4.74

4.49

4.12

3.68

3.28

2.91

2小时

5.26

5.06

4.87

4.63

4.39

4.01

3.56

3.21

2.85

3小时

5.07

4.85

4.69

4.48

4.22

3.85

3.44

3.09

2.78

4小时

4.83

4.63

4.48

4.29

4.02

3.65

3.29

2.97

2.67

2.1.2.波浪

铁山港区没有进行过波浪观测。

本海区由于受雷州半岛掩护，波浪强度不大，对港区有影响的主要是SSW、SSE和S向的波浪。

根据涠洲岛的长期海浪观测资料，港区波浪以风浪为主，较大的波浪都是由台风或强季风造成的。

据涠洲岛的波浪推算表明，港区水域泊稳条件良好，湾口西侧大牛石区域

≥2.0米的天数平均每年2天，

≥1.5米的天数平均每年5天。

铁山港区50年一遇波浪要素表

波浪要素

位置

（m）

波向

湾口东侧

3.5

3.1

2.6

1.8

7.8

SSW

湾口西侧

4.0

3.5

3.0

2.1

7.8

SSW

湾中部

2.9

2.5

2.0

1.3

7.9

湾顶

2.6

2.2

1.8

1.2

5.3

SSE

根据河海大学交通学院、海洋学院《北海市铁山湾海域波浪整体数学模型计算报告》（2008年9月），涠洲岛海洋站对1962年至1982年共计21年分方向的年极值波浪资料和1983年至2001年S－SW－W五个方向的波浪年极值资料进行拟合得到分方向不同重现期的波浪要素。

本工程位于铁山港区临港工业码头段H118点附近，因此取H118点的波浪要素为参照，其波浪要素详见下表。

铁山港区50年一遇波浪要素表

方向

水位

平均H

（m）

平均T

（s）

平均L

（m）

E-ESE向

极端高水位

1.18

1.86

2.22

2.30

2.72

4.56

27.71

设计高水位

1.13

1.78

2.12

2.20

2.60

4.42

26.17

设计低水位

0.79

1.25

1.49

1.54

1.83

3.63

17.87

极端低水位

0.42

0.66

0.79

0.82

0.98

2.64

9.48

S-SSW

极端高水位

1.74

2.73

3.23

3.34

3.92

7.40

75.04

设计高水位

1.57

2.46

2.92

3.02

3.54

7.40

73.14

设计低水位

1.03

1.61

1.92

1.98

2.33

7.20

63.30

极端低水位

0.62

0.98

1.17

1.21

1.44

7.20

59.73

SE-SSE

极端高水位

1.76

2.75

3.26

3.37

3.96

5.61

40.58

设计高水位

1.61

2.51

2.98

3.08

3.61

5.32

36.76

设计低水位

1.04

1.63

1.94

2.00

2.35

4.20

23.41

极端低水位

0.68

1.07

1.27

1.32

1.56

3.45

15.65

SW-WSW

极端高水位

1.29

2.03

2.42

2.51

2.96

8.20

86.86

设计高水位

1.17

1.85

2.20

2.28

2.70

8.20

84.35

设计低水位

0.78

1.24

1.47

1.53

1.81

8.10

73.61

极端低水位

0.38

0.60

0.72

0.75

0.89

8.10

69.05

W-WNW

极端高水位

1.02

1.62

1.94

2.01

2.38

7.30

73.57

设计高水位

0.96

1.52

1.81

1.88

2.23

7.30

71.73

设计低水位

0.71

1.13

1.35

1.40

1.65

7.10

62.17

极端低水位

0.40

0.63

0.76

0.79

0.94

7.10

58.68

2.1.3.风况

根据北海市气象站统计资料（见表2.1－1），北海地区风向季节性变化显著，冬季盛行偏北风，夏季盛行东南风。

全年常风向为正北，次常风向为东南偏东，频率分别为22.1％和10.8％；频率加权年平均风速为3.0米/秒。

强风向为东南，最大风速29米/秒，次强风向为东南偏东，最大风速为21米/秒，根据资料统计，每年风力≥6级的出现天数：

平均11.8天，最多25天，最少3天。

本区风向季节性变化显著，冬季多为偏北风，夏季多为东南风。

另据涠洲站1956－1975年实测资料统计（表2.1－2），常风向为NNE向，频率为14％，次常风向为ESE向和N向，频率分别为13％和12％。

频率加权年平均风速为5.1米/秒。

强风向为东南向，最大风速40米/秒。

北海港风玫瑰图如下：

2.1.4.台风

北海夏、秋两季受台风影响，每年发生2～４次，台风由南海进入北部湾时，因受到海南岛与雷州半岛的阻挡，风力减弱，一般为5～6级，10级以上少见，其延时24小时左右。

2.2.平面布置图

预制场平面布置总图

沉箱安装平面布置图

预制厂与沉箱安装位置示意图

沉箱存放平面布置图如下：

第一批沉箱存放平面布置图

第二批沉箱存放平面布置图

2.3.出运码头设计

出运码头平台长46m，宽13.6m，码头标高+5.05m，码头基础为80根φ800mmPHC桩，出运码头整体设计承载力为3300t，搭接端的设计承载力为1500t。

与浮船坞搭接处标高+4.00m，宽1.2m，搭接处铺设30块5cm*50cm*100cm橡胶垫作为支垫。

浮船坞搭驳完成后，浮船坞甲板面与码头面齐平，与码头交接间铺厚2mm搭接木板过渡，搭接板的宽度约0.9m。

本预制场出运码头已成功出运安装广西北海铁山港3#、4#泊位码头工程40件3200t沉箱，为其他工程原有，出运码头结构图如下：

3.进度计划及资源配置

3.1.进度计划

项目内容

开始时间

结束时间

件数

天数

备注

沉箱出运安装

（第一批）

2014.8.15

2014.9.30

15件

40d

沉箱出运安装

（第二批）

2014.12.10

2015.1.30

18件

50d

根据沉箱预制及安装总计划，沉箱横移及纵移计划安排如下表：

3.2.资源配置

在项目经理部统一管理下，委派2名工程技术人员，组建一个专业作业队实施沉箱出运安装作业，项目部的测量班、物资、安全、机务等部门协助施工。

现场人员、机械设备及材料配置见下表：

3.2.1.人员配置

人员安排表如下：

序号

岗位/工种名称

单位

数量

工作内容

备注

技术员

人

负责控制整个施工过程

安全员

人

负责整个出运安装作业的安全进行

机电人员

人

负责所有供电设备的接线，钢丝绳及卷扬机的维修等工作

作业队伍

人

负责气囊搬运、充气放气，枕木支垫等工作

测量工

人

沉箱定位

质检员

人

检测沉箱安装是否符合图纸及规范要求

3.2.2.机械设备及材料配置

机械设备及材料配置表如下：

序号

设备名称

规格型号

单位

数量

备注

卷扬机

台

配500mØ28mm钢丝绳

滑轮组

6匹

个

滑柄

单轮15T

个

气囊

Ø1m×10m

个

配充气嘴40组

空压机

12m³

台

装载机

台

卸扣

65t

个

钢丝绳

Ø65mm（40m）

条

钢丝绳

Ø65mm（20m）

条

钢丝绳

Ø65mm（7m）

条

钢丝绳

Ø65mm（5m）

条

钢丝绳

Ø65mm（30m）

条

枕木

1m×0.2mX0.2m

条

2400

浮船坞

3200t

艘

拖轮

3000匹

艘

方驳

1000t

艘

履带吊

50t

台

发电机

200kw

台

潜水泵

扬程20m

台

锚艇

700匹

艘

手拉葫芦

个

交通船

载重15人

艘

3.2.3.“防城港号”浮船坞有关技术性能：

最大下潜深度

15.6米

压载舱数量

12个

全长

52米

压载水容重

6724m3

宽

32米

装载重量

3200吨

内幅

26米

空载重量

2330吨

型深

3.6米

压载水泵排量

2×600m3/h

3.2.4.“防城港号”防城港号压载舱布置：

NO1右

1025.5m3

NO4

329m3

NO7

310m3

N10

893.5m3

空气仓152.8m3

NO2

488m3

NO5

371m3

空舱

NO8

371m3

N11

488m3

空气仓152.8m3

搭接端

NO3

923.5m3

NO6

284m3

NO9

240m3

N12

1000.5m3

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。

4.施工流程及方法

4.1.施工流程

4.1.1.沉箱出运安装流程

准备工作→气囊就位顶升并抽出工字钢及钢垫板→支垫枕木并就位气囊→气囊顶升并抽出枕木→沉箱纵移→移至斜坡前端，带上后溜钢丝绳→溜坡至出运码头前沿→浮船坞搭驳→牵引卷扬机更换为浮船坞的牵引卷扬机→沉箱上驳→沉箱支垫→浮船坞离泊→浮船坞拖航→浮船坞就位带缆→安装方驳就位→摆放沉箱安装设备、沉箱围捆加固→浮船坞下潜→沉箱压水浮游稳定→沉箱出坞→安装方驳移位使沉箱就位→沉箱压水下沉→测量控制→下沉就位→打开沉箱阀门

4.1.2.沉箱陆上移动施工原理

所有沉箱出运均采用气囊出运,在沉箱的下面放置特制橡胶气囊，通过充气加压顶升沉箱，再在需移动的方向上施加足够的牵引力，在牵引力作用下沉箱对气囊产生摩擦力从而使气囊产生滚动，达到沉箱前移目的。

在沉箱压力下气囊可以产生较大变形,增加气囊与沉箱及地面的接触面积,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，所有沉箱均采用双排气囊。

4.1.3.出运设备确定

卷扬机的确定

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，根据我公司沉箱出运经验，取f为0.05，Q为沉箱重量，故F=0.05×2773t=138.65t。

本工程沉箱移运由4台卷扬机完成，规格为8t，转速12m/min，全部统一采用同厂家同规格卷扬机，电动机统一型号是YZR251-8，功率是22KW，确保性能一致和尽量同步。

卷扬机通过12倍率滑轮组对沉箱进行牵引或溜尾，则每台卷扬机牵引力为96t（未考虑机械效率及夹角的影响），合力可达192t，根据我公司沉箱出运经验及卷扬机转速，出运速度不应大于1.7m/min。

卷扬机布置在码头前沿两侧设置的卷扬机台座上，码头前沿两侧分别设置牵引与溜尾8t卷扬机各一台；牵引卷扬机钢丝绳通过捆绑在前拉地锚上的两滑轮组与挂在沉箱上的两滑轮组，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两个滑轮组、挂在沉箱上的两个滑轮组，作沉箱纵移和下斜坡时溜尾用。

气囊的确定

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，根据本工程沉箱的规格，沉箱出运使用7排（14条）气囊。

根据我公司出运构件使用气囊的经验，本次选用气囊公称直径：

D=1m，额定工作压强为0.4MPa的气囊。

沉箱纵移的工作高度：

H=0.4m，气囊有效工作长度为L=9m，气囊净距：

a≥0.5m；沉箱横移的工作高度：

H=0.4m，气囊净距：

a≥0.5m，根据气囊受压横截面图，可计算出L=（3.14-3.14×0.4）/2=0.94m。

则每个气囊受压状态下与沉箱接触面积：

B=0.94×9=9.63m²

气囊与沉箱底总接触面积：

S=14×B=14×9.63=134.8m²

气囊所受压力：

P=G/S=2773/134.8=20.57t/m²=0.2Mpa

安全系数：

K＝P允许/P＝0.4/0.2=2>1

根据计算结果，假设气囊工作压强达到0.4MPa，需要多少条气囊才能把沉箱安全顶升？

G/S=40t/m²，S=G/40=2773/40=69.3m²,S=N×9×0.94=70.9m²,

N=69.3/9×0.94=7.238条

因此至少需要9条气囊才能保证沉箱安全顶升。

气囊受压截面、气囊结构及平面布置图如下：

气囊受压横截面图

气囊结构图

沉箱出运气囊平面布置图

牵引及接长钢丝绳的确定

本工程采用Ф65mm（根据钢丝绳出厂使用标准：

抗拉强度为1870N/mm²,单条最小破断力为300t）作为牵引和溜尾接长用钢丝绳，安全系数大于6.67；用Ф28mm（根据钢丝绳出厂使用标准：

1670N/mm²，单条最小破断力48.2T）作为卷扬机牵引用，使用8t卷扬机，最大牵引力为8t，安全系数大于6。

插销的确定

本工程采用直径为140mm，长度为1m的Q345B圆钢作为牵引和溜尾插销，其抗剪强度=0.6～0.8抗拉强度，Q345B圆钢抗拉强度=51.6Kg/mm²，Ф140mm截面积=15394mm²，最大抗剪强度=0.8×15394×51.6=635464Kg=635.46t，最小抗剪强度=0.6×15394×51.6=476598Kg=476.6t，因此两条插销最小抗剪力为953t，根据沉箱重力计算F=0.05×2773t=138.65t，满足牵引力要求。

4.2.施工方法

4.2.1.准备工作

技术准备：

①确定沉箱是否达到出运所要求的强度，第一层混凝土强度达到100%，第四层混凝土土强度达到80%，且横移完成后继续养护；

②技术负责人在出运前应对参加出运的所有作业人员进行技术交底；

③安全员在出运前应对参加出运的所有作业人员进行安全培训。

出运前准备：

①出运时间选择

根据施工计划确定移运时间；

根据实际潮水水位情况，决定沉箱上浮船坞时间。

②出运前检查

检查沉箱内腔是否有积水，若有积水必须把水抽干方能出运。

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。

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；各地锚、卸扣是否磨损，是否超负荷；备用空压机、备用电源处于良好状态。

③检查沉箱

检查沉箱底部有无棱角突出，有则先清除。

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。

⑤连接牵引后溜沉箱钢丝绳

在预留牵引后溜孔处插上直径140mm的插销，套上牵引及后溜钢丝绳。

⑥摆气囊

工字钢及钢垫板抽完后，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安放线，以便气囊迅速就位。

气囊露出沉箱两侧长度相等。

⑦空压机及管路系统就位备用。

4.2.2.沉箱顶升

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插销系好，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）。

②气囊初充气

初充：

连接空气压缩机与气囊之间的气管，连接妥当并检查气压表是否正常后充气，对气囊充气时应均匀、缓慢，观察气压表读数，初次气囊充气压力控制在0.1～0.12Mpa停止充气。

这时气囊与底模共同承受沉箱重量。

继续充气：

将沉箱顶升至运行高度0.4m，继续对气囊充气并应对称、缓慢进行（由阀门控制），气囊气压值控制在0.35Mpa。

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混凝土。

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。

③拖出支承工字钢

把支承工字钢拆除并拖出，顺直拖出支承工字钢，防止支承工字钢刮伤气囊，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，检查正常后进入沉箱移运准备阶段。

4.2.3.沉箱前移

调整气囊至运行高度、沉箱准备前移，检查与调整各气囊的压力，使气囊高度一致。

现场指挥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

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