◎曹宏橋 劉滔 中鐵廣州工程局集團有限公司

許建軍 中鐵二院（廣東）港航勘察設計有限責任公司

1.項目概況

1.1 工程概況

中石化（香港）洋浦成品油保稅庫項目配套碼頭工程位于海南省洋浦港神頭港區(qū)，隸屬儋州市，具體位于神頭港區(qū)規(guī)劃的液體危險品作業(yè)區(qū)3#港池內(nèi)，臨近神尖角附近，東南望蓮花山，南靠已建中石化海南煉化30萬噸級原油碼頭。

本工程沉箱數(shù)量多、分布廣、形狀各異、高度不一，經(jīng)過核算及專家論證，采用浮船塢“浮塢102”出運（船長66.6米、船寬35米、主體型深3.8米、塢墻內(nèi)凈寬24米）至現(xiàn)場下潛坑后，采用500噸起重船助浮出塢，并助浮運至指定的安裝位置。因為項目所在地海況復雜、沉箱的規(guī)格多、安裝沉箱的工藝流程復雜，本項目41件沉箱安裝從2016年3月19日開始至9月15日完成安裝，耗時約6個月。

1.2 沉箱偏位原因與狀態(tài)

“莎莉嘉”臺風2016年10月16日凌晨2點20分前后以超強臺風級在菲律賓呂宋島東部沿海登陸，隨后2016年10月18日上午9點50分前后第21號臺風“莎莉嘉”在海南省萬寧市和樂鎮(zhèn)沿海登陸，登陸時中心附近最大風力有14級（45米/秒），中心最低氣壓為955百帕，臺風移動速度快、風力蓄積能量大。為保證施工船舶安全，項目所有施工船舶于2016年10月16日撤離至白馬井防臺錨地避臺，此時，沉箱內(nèi)已回填滿砂壓載防臺（按照設計僅填至沉箱頂面以下4.73m），但是沉箱基床柵欄板及護底塊石沒來得及施工。18日20時臺風中心經(jīng)過項目所在地，臺風經(jīng)過時候風力12級，海上風浪巨大，對#1泊位的5個沉箱（3個工作平臺沉箱和2個靠船墩沉箱）造成偏位，其中最大的偏位近190cm，最小偏差22cm，垂直度最大偏差5%，最小偏差0.5%，均超過規(guī)范要求的偏位15cm及垂直度0.5%要求。

2.沉箱扶正工藝流程確定

2.1 沉箱扶正實施難點

①本項目沉箱安裝于2016年9月15結(jié)束，起重船已退場。需要大型的起重船二次進場施工。

②沉箱內(nèi)部已經(jīng)回填砂，存在板結(jié)液化的情況，需要將沉箱內(nèi)部的砂抽出來，在沉箱深度較深的情況下難以尋得合適的抽砂設備。

③該季節(jié)施工區(qū)域海況復雜，時常有寒潮、臺風等季節(jié)性海洋氣候，海面6級以上風力和大浪情況較多，需要提前做好氣象條件的預報，而且對于大型起重船舶設備的避風也需提前預警。

④對起重船及抽砂船各設備之間的施工工效難以估量，施工安全、質(zhì)量、工期及成本不好確定，對后續(xù)的施工工序的安排影響較大。

⑤沉箱扶正工作處于本項目施工高峰期，施工海域船舶較多，疏浚挖泥船、泥駁、平板駁、吊機船較多。同時本項目北側(cè)10米臨近逸盛的PTA碼頭，該碼頭經(jīng)常?？孔鳂I(yè)船舶，沉箱扶正施工船舶需經(jīng)常避讓航道，調(diào)遣繁瑣。

2.2 施工工藝流程

經(jīng)過對基床進行測量，沉箱基床周圍淤泥厚度平均接近2m，超過規(guī)范要求的0.3m，必須將基床淤泥清除后才能進行沉箱扶正。沉箱出現(xiàn)平面偏位及豎向高差，是因為受本次臺風影響導致基床遭受了破壞，必須將沉箱吊離原基床后，對原基床重新進行拋石、整平等工序，再對沉箱進行重新安裝。沉箱+回填砂的重量在2562.44t～4554.74t之間。在不考慮其余力的作用下，起浮方沉箱最小力需要：2547.86-1990.76=557.1t；圓沉箱最大起重力為：4554.74-1609.3=2945.44t。而海南洋浦附近水域能夠找到的起重量在300～500t不等的起重船，均不能滿足起重條件，只有通過減少沉箱箱體內(nèi)的壓載物，將沉箱內(nèi)部的回填砂抽出，減少沉箱的總重量，方能滿足起浮條件。

圖1 400噸起重船的吊裝現(xiàn)場圖

仔細研究，初步確定沉箱扶正采用施工工藝流程如下所示：

沉箱四周清淤→沉箱內(nèi)抽砂→沉箱臨時存放點拋石整平→沉箱起浮臨時存放→原基床拋石、整平→基床驗收→沉箱重新安裝定位→沉箱內(nèi)回填砂回填。

3.沉箱扶正方案選擇與實施

3.1 起重船選擇

經(jīng)對洋浦附近水域現(xiàn)有的“500噸固定趴桿起重船粵廣州工0063”“400噸固定趴桿起重船粵廣州工0016”“400噸全回轉(zhuǎn)趴桿起重船粵東莞工0228”進行比選，對于起重量及跨度，三艘船舶均滿足要求，同時對比兩條400噸起重船的參數(shù)，回旋吊與趴桿吊的穩(wěn)定性方面，趴桿吊穩(wěn)定性較強，且固定趴桿吊的費用也比較低，船體較小，占用水域小，在施工海域其余船舶較多的情況下能夠減少對其余船舶的干擾，施工避讓情況也較少，故最終選擇“粵廣州工0016”起重船作為沉箱扶正的主要起重設備。

圖2 氣舉法抽砂設備組合圖

3.2 沉箱四周清淤

經(jīng)過對沉箱基床進行測量，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過本次臺風，沉箱腳趾處平均存在2m深度左右的淤泥。淤泥的存在，不僅影響后續(xù)拋石質(zhì)量，而且還使沉箱與基床保持較大的粘結(jié)力，影響沉箱的起浮。利用潛水員+1500m倉容的抽砂船對沉箱底部基床進行清淤，潛水員下潛至基床面，在水下抬動抽砂船吸管在水下來回移動管頭，對所有沉箱四周進行清淤，直至清淤結(jié)果滿足規(guī)范要求。

3.3 沉箱內(nèi)抽砂

3.3.1 抽砂量的計算

因為沉箱內(nèi)已充填砂，臺風襲擊后，每個沉箱的砂面標高均不相同，沉箱含砂總重亦不相同。起浮沉箱，需根據(jù)起浮水位計算沉箱內(nèi)抽砂的最大深度，以#1泊位方沉箱CX2-1為例說明，根據(jù)沉箱安裝平面布置圖，#1泊位CX2-1沉箱吊距為：2m（安全距離）+10m（前一排沉箱寬度）+8m（沉箱間距）+5m（吊點中心間距）+5m（趴桿腳至船頭距離）=30m，經(jīng)查起重船吊裝曲線，吊裝最大重量為229t，考慮安全系數(shù)，按照200t吊力進行起吊計算，在實際操作中，因為基床粘結(jié)力不好估算，按經(jīng)驗預估基床粘結(jié)力為100t，將起重船吊力先控制在100t后再逐漸增加。

清理沉箱內(nèi)回填砂高度計算：沉箱蓋板及操作人員重量為10t，選擇在平均高潮位+2.8m時候?qū)Τ料溥M行扶正安裝時候需要抽取的最少砂重量為：2547.86+10+100-1990.76-100=567.1t。

方沉箱的4 個隔倉截面積總和為：20.395625×4=81.58m，則沉箱抽砂最少深度為：567.1/（81.58＊1.8）=3.86m。在現(xiàn)場實際抽砂深度控制，以此為最低控制標準。實測比重已達1.8t/m左右，所以在沉箱總重量的計算中按照此比重予以計算。

3.3.2 沉箱內(nèi)抽砂

為減少沉箱的總重，需將沉箱內(nèi)部的回填砂抽出。此項工作為沉箱扶正工作的重點，在選擇抽砂設備的方案上，我公司從始至終制定了五種方案，根據(jù)實際情況從中選擇了合適的抽砂方案。

方案一：以拋石方駁上的長臂挖掘機進行挖砂為首選方案。本方法效率較高，挖出來的砂能夠放置在方駁上循環(huán)利用。但是長臂挖掘機臂長有限，加上跨距較大，僅能夠挖深6m左右，余下的回填砂需靠其余方法抽出。

方案二：選擇現(xiàn)有的清淤抽砂船進行抽砂。利用吊機方駁將抽砂船的抽砂管頭放入沉箱內(nèi)進行吸砂，在現(xiàn)場實際操作中由于抽砂管管徑較大，水深較深，同時沉箱內(nèi)部回填砂已經(jīng)板結(jié)，難以將沉箱內(nèi)砂高效抽出，大部分時候抽出來的僅海水而已。

表1 各抽砂方法綜合比較分析表

方案三：我單位采購了一臺大型抽砂泵，利用抽砂泵下部攪葉將板結(jié)砂攪松以后進行抽砂，但經(jīng)實操發(fā)現(xiàn)沉箱內(nèi)回填的砂密度較大，沉淀時間久，已經(jīng)發(fā)生板結(jié)液化現(xiàn)象，加之抽砂泵吸水流量較大，外部抽水泵來不及抽水進去沉箱內(nèi)，抽砂效率低，而且沉箱內(nèi)部回填砂會含有一部分顆粒較大的物體，易造成堵管的現(xiàn)象，抽砂管來回擺動，管頭脫離沉箱內(nèi)部砂表面，固體飛濺，危險性較大。

方案四：結(jié)合灌注樁的清孔經(jīng)驗，我部利用“氣舉法”進行抽砂作業(yè)。首先配備相應設備：將DN100鍍鋅導管分為3m、6m的管節(jié)，根據(jù)實際抽砂深度利用法蘭連接成整體，將高壓氣管與空壓機相連，綁扎在鍍鋅鋼管外側(cè)引到管底部沖擊砂層，鍍鋅鋼管頂部連接排砂塑料鋼絲管，將抽出來的砂引至固有抽砂船上存放。工作中，開動空壓機，利用高壓氣體沖擊導管底部，將已沉積的砂掀起，高壓氣體在導管底部形成真空進行“氣舉”抽砂 。

方案五：在方案四氣舉法的基礎上，在導管底部加裝攪葉，利用攪葉的攪動，使得沉箱底部板結(jié)砂松掉，然后抽砂，增加抽砂的效率，但是在實際運用中，由于上下提動導管，易造成攪葉的損壞，同時由于電線及氣管較多，容易造成纏繞，易發(fā)生觸電事故，不利于抽砂。

經(jīng)過現(xiàn)場安全、可操作性、抽砂工效綜合比較，最終選用方案一+方案四進行作業(yè)。方案一長臂挖掘機挖砂能夠保證最快工效，從現(xiàn)場選擇已有的平板駁船及長臂挖掘機進行施工，挖出來的回填砂放置在平板駁船上，待沉箱扶正復位后可以循環(huán)利用。方案四抽砂工效較高，能夠保證抽砂效果，對比其余方案，操作過程中不帶電作業(yè)，安全風險級別較低，實際操作中可以根據(jù)沉箱內(nèi)回填砂的高低不同而選擇不同長度的接管方式，在抽砂過程中利用吊機駁船將抽砂管上下提起，左右擺動，有利于砂的快速排出，與此同時，不斷更換抽砂導管的位置，確保沉箱內(nèi)不同隔倉的砂同步抽取，減小沉箱隔倉壁的兩側(cè)壓力。

3.4 沉箱起浮

利用400t起重船對沉箱進行起浮，沉箱起浮各項準備工作完成后，先將沉箱內(nèi)的水抽到砂面。再將起重船的吊力從100噸開始慢慢加載。起重船不能一次性將吊力加到200t，因為在沉箱脫離基床的一瞬間，起重船的吊力會瞬間減少至理論計算值，對整個起吊船的平衡造成不利影響，甚至損壞起重船的趴桿鋼絲繩組合，為避免發(fā)生該種現(xiàn)象，暫定吊力最大控制在200t左右，起重船吊力逐漸增大，從100t開始，每次增加10t吊力，增加一次吊力后需穩(wěn)定一定時間，待確定沉箱及起重船的穩(wěn)定后再增加下一輪吊力。在對沉箱進行調(diào)整時候，根據(jù)起重船上實際受力的電子顯示，分析基床對沉箱的粘結(jié)力值。根據(jù)沉箱的不同，吊力增加到160～180t，保持吊力10～20分鐘，仔細觀察沉箱狀況，避免沉箱突然起浮的上沖力。

4.結(jié)語

（1）針對臺風等不可抗力引起的類似沉箱扶正施工增項，應結(jié)合項目特點、質(zhì)量工期要求、成本等因素合理確定施工工藝流程和方案。

（2）影響沉箱扶正工期的因素，最主要是沉箱內(nèi)抽砂效率。實踐證明，空壓機配置在24m以上時，能夠?qū)⑸疃?9m的中粗砂有效抽出。

（3）在沉箱扶正的過程中，難以定量計算的是基床粘結(jié)力，有待在今后類似的施工過程中積累更多基礎數(shù)據(jù)，分析沉箱底部面積與基床粘結(jié)力的關(guān)系。本項目在進行方案設計時，考慮對基床粘結(jié)力留有余量，盡量減少沉箱內(nèi)的留砂量，為沉箱順利起浮留有余地。

（4）結(jié)合現(xiàn)狀船機性能，采取氣舉法抽砂+固定趴桿起重船助浮進行沉箱扶正，通過精心組織，其質(zhì)量、進度、安全等均可得以保證，可作為同類項目實施借鑒。