星海湾大沉箱方案

1、大沉箱设计施工方案一、 引言1、原设计要求 锚碇基础沉箱：单个锚碇基础由 6 个沉箱组成，按矩形布置，单个沉箱尺寸23m x 18mX 17m。 止水要求： 沉箱企口间浇筑水下混凝土， 沉箱所围区域浇筑水下封底混凝土， 抽水保证干地施工条件。 整体性：沉箱间安装工字钢及浇筑混凝土连接成整体。锚体钢骨架下卧 3m （底标高为-1.0m）,浇筑胸墙混凝土。胸墙混凝土与沉箱间设竖向工字钢连接。 安装精度：沉箱位置 6 x= 50mm, 6 y= 50mm, 6 z= 100mm。混凝土要求：预制沉箱混凝土 C35F300,有型钢相连接的仓格现浇混凝土为 C35F300,胸墙现浇混凝土为C40F350

2、。 混凝土防腐：沉箱采用硅烷浸渍和环氧涂层双重防护方案，混凝土防腐涂装 体系设计使用年限为 20 年。2、主张变更 锚碇基础采用大沉箱，沉箱尺寸 69mx 44mx 17m；根据丹麦大贝尔特东桥锚碇沉井（平面尺寸为121.5X 54.5m）的安装精度，沉箱安装精度定为 6 x=200mm,6 y= 200mm,6 z= 100mm； 锚体、胸墙及沉箱间连接基本不变（沉箱内升浆块石以上，与胸墙连接的混 凝土高度可能减小）；预制沉箱混凝土 C35F300,在水位变动区和浪溅区建议提高为 C45高性能混 凝土，仓格内现浇混凝土 C35F300胸墙现浇混凝土为C40F350保持不变；混凝土防腐设计不变

3、。变更理由主要有：有效的保证了锚碇基础整体性； 不存在止水风险；受恶 劣海况影响较小，缩短了海上施工工期；具备预制场地（在船坞内预制）。但是，超大沉箱的结构设计，预制、起浮、拖运、安装施工在国内尚属首次，没 有可借鉴的经验。、大沉箱设计HnDg044Ifcmm1、沉箱结构设计超大型沉箱尺寸规格为：长 69m宽44m高16.8m；底板厚度为1000mm外壁厚度450mm隔墙厚度为300mm仓格尺寸为4260X 4040mm1KJC14-1000牌討 m4：）：rrrr酬戦 JOOmiriCZJ y-.:丄超大型沉箱平面图按照锚碇墩上部结构的设计要求及施工期的安装要求，本工程超大型沉箱隔墙顶部下卧

4、3000mm最外侧仓格维持设计高度。大沉箱效果图如下：OBiliM超大沉箱效果图沉箱的构造已委托中交天津港湾工程设计院有限公司设计，在此不再作详细 介绍。2、沉箱结构细部要求预埋吊环、拖环根据最新的沉箱设计图纸，大沉箱吃水高度为 8.2m,在预制过程中要预埋 将来拖运、安装时需要用到的拖环、系缆环及吊环等，使用 HPB235圆钢，防腐 拟采用水下环氧沥青保护层（具体实施暂未确定）。布置位置及数量如下： 拖环及拖缆：采用预埋拖环，每侧 4个共8个（考虑并拖方式），布置在 沉箱44m宽侧墙上，拖环布置在沉箱吃水线上 0.5m位置，并应保证沉箱在拖运 的过程中不发生前倾。A. 系缆力计算：拖运时为避

5、免水流流速的影响，拖运相对流速取34 kn。根据4kn （2.06m/s）相对流速计算，以及重力式码头施工与设计规范（JTS167-2-2009）中关于沉箱浮运的相关规定，拖缆力按下式计算:A = D（T，式中：P拖带力（KN a沉箱受水流阻力的面积（m）w水的重度（KN/nn），丫 w=10.25KN/m?v沉箱对水流的相对速度（m/s）, V=2.06m/s（拖航时取4kn）K挡水形状系数，矩形取1.0。D沉箱宽度（m，取44mT沉箱吃水（m ,取8.2mS 箱前涌水高度（m）取0.6倍航程中可能出现的波高 H/10 236.51KN并委托具有资质的厂家进行加工。D. 拖环选择：单个拖环承

6、受的拖带力为222.25KN,根据港口工程混凝土结构设计规范中有关吊环的规定：A =1567,5:拖环直径:3X21D选用60mm勺圆钢加工拖环。 系缆环：沉箱四周布置细缆环，44m宽侧每边设置4个，69m宽侧每边设 置6个，共计20个。考虑沉箱吃水，布置高度比拖轮前端带缆点高出1m左右（需 落实拖轮带缆点高度）。根据沉箱吃水8.2m计算，高度为距离沉箱底11.7m （以下称中部系缆环）；此外，在沉箱顶部44m宽侧，也需要布置8个系缆环，每边 4个（以下称顶部系缆环），目的是在压水过程中，中部系缆环被淹没之后，所 有的缆绳均需换到顶部系缆环。系缆环采用60mma钢。 吊环：按最大20cm吊高考

7、虑，采用预埋吊环，设置在沉箱顶部，69m长侧，单侧布置4个，共8个，吊环之间沉箱外壁需要采取加固措施。A.吊环吊重计算:G = 44m X 69m X 02m X l.G2 tm3 二 62238tF = G g = 622.38 X 9.8 = 6099.33KN式中：B沉箱宽度；L沉箱长度；h最大吊高；取 1.025t/m 3B.吊环选择:8个吊环按6个受力计算，根据港口工程混凝土结构设计规范中关于吊 环的规定:3；p ；_ 3乳60弗弗iKHDOO/Znfy _2X5X210吊环直径吊环采用110mnH钢进行加工。拖环、吊环及系缆环的设置详见下图:大沉箱预埋件布置进水孔、过水孔布置进水孔

8、计算及设置沉箱内部共有150个仓格，单个仓格的面积为17.20卅，总计面积为2580 川，沉箱吃水暂按8.2m考虑，初始水头差为7.2m，施工水位0.0m，需要使沉箱 下沉6.8m，方可落到基床上，设计用时在 3小时以内，如图示：大沉箱压水之前根据公司印发的沉箱盲板使用管理办法，进水孔的直径按134mm计算,假设施工潮位不变（0.0m）,沉箱内水位均匀上升，依据水力学伯努利方程:其中，箱内和箱外压力都应为 0,令V仁0,a仁a 2=1, hx=0则原式可以写 为：二 令 z1-z2=H，得：典一:灯式中：v2为通过进水孔时，水流的流速。贝流量：沉箱落地所需要增加的压力为：G = BLhy严，=

9、44m X 69m X6BmX 10.25 KN/m3 = 211609,ZKN沉箱内压水高程为:压水体积为：V = S -h = 20644.8m3按施工要求，需要3小时将水压完，所需保证的最小流量为Qmia = V/t= 1.921沉箱沉底之后，内外水头差为：ET = 6.8- (6,01-7.2) = 5.由式，初始流速和终止流速分别为:码=71 护価=0163：Q 密出= 0.153:由、式知，流速随着水头差的减小而减小，压水过程中的最小流速为0.150 m3/s,结合式，所需压水孔数目为：N = 12.94个器考虑施工时潮位的变化，以及沉箱内水位并非均匀上升的特点，布置 16个 进水

10、孔，69m方向每边8个，对称布置，进水孔距离沉箱底面 2.5m，整个沉箱共 计14个单元，每个进水孔对应一个单元。单元与单元间进水完全独立，单元以 内仓格间设置过水孔。过水孔设置沉箱起浮、拖运过程中，不考虑仓格内液面对浮游稳定性的影响（不压水）。过水孔尺寸暂时按20mm考虑，经过计算，确定单面墙上设置 12个过水孔，分 三排设置，分别在距离底板1m 3m 5m高处，每排4个，可以最大限度的保证 液面均匀上升。进水孔、进水单元、过水孔布置及单元平面过水示意图，如下图示：n大沉箱进水、过水示意图(neijiemen)进水孔预埋件、盲板及相应配件按公司沉箱盲板使用管理办法中附件1、2、3中要求进行加

11、工和使用。具体图纸见以下 3图:I朴 211 5i於讨W 1wr址水稠區呂1、團中嫌注尺寸如计*2、140駅軒吕钳険痊埠，无睦哄：3、庇诽営二玄祥耳網弋.亡垛；1、郭忙钢管任时按珥;-:琴無旱游主.进水孔图L,罔中标注尺寸D汁：寺t1 Z 7耳三仝M申HIHUJ*3,钢话与诵抿鬧母冬吉観表面制璀虹色防鶴瑶*于 T、: 弋 fl零件大样图水泵布置沉箱安放过程中，为了便于上浮调整，在沉箱的四周，需要布设一定数量的 水泵，初步准备使用8寸泵，每小时流量为285n3,水流重量相当于2921.25KN。调整沉箱位置上浮30cm所需卸除的压力为：一- -1h内将水下降30cm需要水泵的数量为（不考虑涨潮影

12、响）：G一口7R71忌3.19台怎在平潮或涨潮过程中抽水，在 30min内完成沉箱上浮30cm的要求，使用8 台8寸泵满足要求。但是考虑到沉箱进水单元为14个，最终确定使用14台8寸 水泵进行降水施工，每台水泵的额定功率为 37KV，总计用电功率为518KW详见 沉箱顶部设备布置图。沉箱盖板大沉箱预制完毕之后，将沉箱全部仓格加钢盖板（结合考虑升浆期施工荷载 再细化）。盖板形式见下图：沉箱盖板示意图卷扬机布置在大沉箱4个角点位置安放10t卷扬机，面向小沉箱的两台在安装大沉箱过 程中与小沉箱拉环（小沉箱侧墙上设置拉环设计） 连接。在沉箱出坞过程中，需 要使用沉箱尾部两台卷扬机连接在船坞系船柱上调节

13、沉箱的位置，防止其左右摆动，碰撞坞墙。详见沉箱顶部设备布置图。沉箱顶部设备布置图塔吊布置为了在沉箱拖运、安装过程中吊装方便，以及锚体施工时更加便捷，在预制沉箱过程中，考虑将锚体施工用的塔吊提前安放到沉箱上，塔吊需要配备两台 200KW发电机，防止发电机故障影响施工。发电机处布置详见下图，塔吊平面位 置见沉箱顶部设备布置图。塔吊及发电机配置三、大沉箱施工方案1、预制场建设底胎布置底胎布置在中远旅顺2#船坞坞底板上，承载力满足施工需要（单个沉箱重为25493.82t ,沉箱底面积为72m X 47口=3384务，单位面积重量为25493.82/3384=7.53t/m 2,满足坞底板承载力9t/m

14、2的要求）,底胎纵向中心线与2#船坞坞底板中心线相重合。2500围边预留孔=4底胎混凝土围边2000F昨 *：yhrT%.LA 黑二* 碎:睿于：芬*巳上n 瓷加、氓兀商羽QB8小 s -T乂冷託py砒玄*；吧二打I皆n|M徒卞话 3：?：丰干吧袞;g 沖”丹：t q 了.兀“屮孑託事-碎石及刨花山.* :S甲7=4茎wgs?v啊 jroisjiwKri?i:Kygi 屈计&片点血科TWA払戲”亍尹七土刍屮;护浹“0hi ini袋装混凝土73000005-底胎布置平面图在底胎施工前，先在坞底板上铺设两层土工布，防止底胎对坞底板造成破坏。底胎采用混凝土 +袋装混凝土 +碎石+隔板型式。底胎四周浇

15、注3m宽钢筋混凝 土。混凝土强度为C25（配置直径12mm勺钢筋网片，上下两层，保护层为5cn）, 最小厚度为30cm,标高为-9.16m。混凝土底胎在纵向设4道20槽钢、横向设3道20槽钢与船坞底板的预埋槽 钢焊接在一起，防止沉箱起浮时底胎与沉箱底板粘结在一起。具体见下图：十lr,.4*飞坞底板预埋20糟钢-u- -1-!3-*況箱预制台座UJJ2盘H=fl T =1*it预埋槽钢平面布置图在底胎混凝土围边内侧，纵向铺设宽度为40cm的袋装混凝土，间距为4.5m。其他间隙铺设碎石层，碎石顶部铺砂找平。在混凝土围边每隔2m设置一道20cm预留孔，用砂填筑。保证放水时，海水可以进入沉箱底部，克服

16、沉箱底板的粘结 力。在混凝土围边埋设10#槽钢，共沉箱模板加固使用。埋设槽钢深为 20cm露 出围边20cmI12L225001000000込齐.C25砼；-预埋10槽钢35mr刨花板2疵！务;黑碎石疗英一 ：疳邸仁I 说 L 一 i 一、 一 一|原船坞底板底胎剖面图般部位剖面图沉箱底板钢筋施工前，在砂子顶部依次铺设刨花板、牛皮纸，并采用水泥钉将其固定在底胎上。塔吊布置 塔吊选型A 吊距计算内芯模板重量不大于10t，最远格舱模板距塔吊中心为25.33m。见下图:B 塔吊高度计算如上图，计算公式如下：1.5m （吊钩）+ 72 （钢丝绳）（4.26/2）2 （模板宽度）?+5m （模板高度）

17、+17m （沉箱高度）+1m （预留高度）=31.168m。故塔吊高度取32m以上。根据查阅塔吊性能表，选用型号为 S260K16的塔吊，臂长40m轨距为6m 满足使用要求。塔吊设置3台，2轴占坞西侧设置两台，东侧设置1台。荷载特性Load Diagrms70m3.165m3.13.1 - t-60m55m13.2182222.422.7 28.3 30323237404245475052555760626567706.94 6.76| 6.4 15.995.37 i 5.02 f 4.5614.28 f 4.281 3.7 r 3.411 3.23 2.99| 2.85i 2.65f 2.5

18、2i 2.35f 2.25 2.116 |11.4 |9.00| 8.0-6-10.4 9.07.2/6.79 6.86.045.815.284.984.5/4.323.993.793.523.36 3.122.992.8t14.920222527.7-6-3-11.7 110.19.27 | 8.011 7.67 7.56.856.5/5.995.655.194.924.554.33 4.033.85 3.6t16.5 2022252730.6 31.8 32.43537404245475052555760 m仃.7212225272932.83.1 -7 -16 1312 109I109.

19、238.0 16.956.696.35.965.645.355.084.844.614.4m t34.735.4384042444648507.657.386.796.546.185.845.545.2615tm14.4 12.7 111.5 10.5 19.69 8.95 18.03.1 T、17.8 20222426283033.11650m45m3.1-40mPV73.1 一 4S/H1613 612 3111 227293133.634.935.6373941434510.3 19.488.79 8.07.667.487.146.716.486.121 5.8mt18.12123251

20、614.613.2 | 1210.910.19.3 18.638.07.757.577.066.8t18.4202224标准小车可使用迅倍率绳（使用四倍率绳时应从二倍率荷载减去r.iSta ndard trolley 2/4fall（whe n using substract 0.3 from theloads ）塔吊性能图 塔吊基础船坞底板两侧各设置2条塔吊行走轨道，轨距为6m首先在坞底板上铺设两层土工布（224论7m）,保证土工布平整，搭接长度为1m在土工布上浇筑宽为0.6m,咼为0.3m的塔吊基础。在轨道间设置井字撑，宽度为0.6m,咼度0.3m。 每2个井字撑间距为6m如下图：600

21、600评右 塔吊轨道混凝土基础O&h.co3塔吊轨道混凝土基础塔吊基础平面布置图OOAJ-1 i 1JFJf1書J/塔吊基础断面图塔吊基础为C25钢筋混凝土结构，上下两层钢筋网片(12螺纹钢，间距为 150mm保护层为50mr)i。2、沉箱预制分层、分段大沉箱分四层预制，分别为：底板及二、三、四层，其中底板部分厚度im外墙施工缝位于底板上方1m的墙上。底板分两块浇筑，中间预留1m宽后浇带，后浇带浇筑微膨胀混凝土。如图1所示：底板分块浇筑图、四层每层高5m,每层分3块浇筑，每次浇筑50个仓格本工程锚碇沉箱平面尺寸较大，箱内仓格达150个之多，水平面内预制难以 一层预制完成，需分块预制。合理分块预

22、制是本工程施工的难点和重点， 如何进 行水平面上的分块施工、施工缝处理及其连接是本工程最关键性的技术难点。底板浇注顺序锚碇沉箱底板较厚，可能会产生温度裂缝，如何避免底板产生裂缝也是本工 程的质量和安全的技术难点沉箱底板面积为3384吊，底板厚度为1m,分为两大块浇筑。每块浇筑方量 约为1692用。设置两个2吊拌和站，每块底板用两台泵车浇筑，所以每个泵车一 次浇筑混凝土量为846用。假设2 m3拌和站每小时搅拌混凝土为 60用。所以每台 罐车浇筑一块底板的时间约为14小时。底板分层浇筑，每层50cm为防止混凝 土出现冷缝，必须保证第一层混凝土浇筑完毕后18.5小时内（初凝时间）浇筑第二层混凝土。

23、把每块底板分为2大块，每大块由一台泵车所负责浇筑。把每个 泵车所负责浇筑的区域分为7小块，每小块每层的浇筑时间约为1个小时。浇筑 顺序及分块如下图（此为一块底板的分块及浇筑顺序图）：14度（冬季施工措施）单块底板分块及浇筑顺序示意图3、沉箱起浮、出坞沉箱预制完毕后，直接向 2#坞内灌水起浮。起浮过程中，需要将沉箱顶部系缆环与船坞系船柱连接，限制沉箱的横向移动，防止碰撞坞墙，保证沉箱和船坞的安全。绳缆选择水平距离沉箱起浮时，要在吊环位置设置交叉缆，与船坞的系船柱连接，如下图所示:I 1丨丨2#沉霜预制台座沉箱带缆示意图根据上图，确定拖缆在平面上投影最长为li=70.43m。垂直距离预制沉箱底胎标

24、高为-9.16m，顶部标高为7.64m,船坞顶标高为+3.5m，则 沉箱跳跃富余长度沉箱起浮过程中，由于沉箱与底胎之间存在粘结力，沉箱脱离底胎的一瞬间,会出现“跳跃”现象，根据马耳他7000t沉箱的相关经验，底板粘结力按1t/ m2,即为9.8KN/m3考虑：沉箱底板面积为：S = (69 + 3) X (44 d- 3)= 33BW粘结力为：F = 33S4 X 9.8 = 33163.2KN沉箱自重暂时按25000t考虑，吃水按8.2m考虑，沉箱浮起后，合外力即为 粘结力(浮力 重力)，此时沉箱会向上跳跃，跳跃的高度为：FCT 33163.2综合上述三个因素，如图进行计算:一亠二T_ i

25、- 药郦丨1彳一彳L =+(12 + h)3 = V70.432 + 5.2062 = 70,&2ni最终确定沉箱起浮时带缆的长度为 70.62m,实际取71m合成纤维绳缆沉箱出坞沉箱起浮之后，由拖轮将龙须缆和拖缆连接好，缓慢地将沉箱拖运出坞。为了防止沉箱在出坞过程中左右摆动碰撞坞墙，利用设置在沉箱后侧的两台卷扬机，连接在船坞的系船柱上，出坞过程中随时控制沉箱横向的偏移， 直到顺利出 坞为止。卷扬机固定在沉箱的盖板上，为了防止后侧系缆力将盖板掀起，初步准备按 下图对卷扬机盖板进行加固：盖板上卷扬机加固方法4、沉箱拖运此次的浮运航线为：由旅顺羊头洼中远 2#船坞，经老铁山水道，到达星海 湾桥址，

26、浮运距离约30海里。拖运共有并拖和串拖两种方式， 根据物模试验结果优化。如下图所示：串拖示意图并拖示意图5、沉箱安装在进行沉箱安装时，预先安装2个小型沉箱（长20.8m,宽12.5m,高16.2m） 定位,1300t吊船辅助进行安装（主要使用1300t吊船上的锚机）。超大型沉箱到达指定区域之后，44m宽侧通过系缆环与拖轮相连；事先安放在大沉箱上的卷扬机也通过锚缆连接在小沉箱拉环上；1300t吊船抛八字锚，驻 位在两个小沉箱之间，将吊船上锚机与沉箱系缆环相连； 在另一侧由两艘拖轮或 锚缆（大贝尔特东桥锚桩承载力 90t，现场应根据物模试验结果选定）与沉箱系缆环进行连接，如下图。卷扬机傍拖拖轮傍拖拖轮小沉箱超大型沉箱小沉箱1300T吊浮20t锚机. 卷扬机傍拖拖轮大沉箱安放示意