大型港口沉箱預制、出運與安裝一、沉箱預制：港口工程的“積木”制造沉箱，作為港口碼頭、防波堤等水工結(jié)構(gòu)的核心構(gòu)件，其預制過程是整個工程質(zhì)量與效率的基石。這一環(huán)節(jié)如同在陸地上為海洋工程“量身定制”巨型積木，對精度、強度和耐久性有著嚴苛的要求。1.預制場選址與規(guī)劃預制場的選址直接關(guān)系到后續(xù)的出運效率和成本。理想的選址通常具備以下條件：靠近出運碼頭：以縮短水平運輸距離，降低對大型運輸設(shè)備的依賴。地質(zhì)條件穩(wěn)定：確保預制臺座基礎(chǔ)承載力足夠，避免沉箱在預制和存放過程中發(fā)生不均勻沉降。場地開闊平整：滿足多個沉箱同時預制、周轉(zhuǎn)和存放的需求。水源與電力充足：為混凝土攪拌、養(yǎng)護及各類設(shè)備提供保障。交通便利：便于砂石、水泥、鋼筋等原材料的運輸。預制場的規(guī)劃則需科學布局，通常劃分為鋼筋加工區(qū)、模板存放與拼裝區(qū)、混凝土攪拌與澆筑區(qū)、沉箱預制臺座區(qū)、沉箱養(yǎng)護與存放區(qū)以及辦公生活輔助區(qū)等功能模塊，確保物流順暢、互不干擾。2.模板工程：塑造沉箱的“模具”模板是決定沉箱外形尺寸精度和表面平整度的關(guān)鍵。大型沉箱通常采用大型組合鋼模板，其特點是強度高、剛度大、周轉(zhuǎn)次數(shù)多、成型質(zhì)量好。模板設(shè)計：需根據(jù)沉箱的結(jié)構(gòu)形式（如矩形、圓形、帶消波孔等）進行專項設(shè)計，確保其能承受混凝土澆筑時的側(cè)壓力和振搗力，同時便于安裝、拆除和調(diào)整。模板的拼接縫需嚴密，以防漏漿。模板安裝：安裝前需對臺座表面進行清理和找平，并涂刷脫模劑。模板安裝時需使用全站儀等精密儀器進行定位和校核，確保其平面位置、高程和垂直度誤差控制在規(guī)范允許范圍內(nèi)。對于大型模板，通常采用龍門吊或汽車吊配合人工進行吊裝就位。模板拆除：混凝土強度達到設(shè)計要求后，方可進行模板拆除。拆除順序一般為“先非承重、后承重”，“先上后下”。拆除過程中需注意保護混凝土棱角，避免碰撞損傷。3.鋼筋工程：沉箱的“骨架”鋼筋是沉箱結(jié)構(gòu)的“筋骨”，負責承受拉力，保證結(jié)構(gòu)的整體性和延性。鋼筋加工：鋼筋需在加工區(qū)按設(shè)計圖紙進行下料、彎曲、焊接或機械連接。加工精度必須嚴格控制，特別是鋼筋的間距、保護層厚度和彎鉤角度。鋼筋綁扎與安裝：鋼筋骨架通常在胎架上預先綁扎成型，然后整體吊裝入模。綁扎過程中，需使用墊塊來保證鋼筋的保護層厚度，墊塊的強度不得低于混凝土強度。對于大型沉箱，鋼筋用量巨大，其綁扎質(zhì)量直接影響混凝土澆筑的順暢性和結(jié)構(gòu)的最終受力性能。4.混凝土工程：沉箱的“血肉”混凝土是沉箱的主體材料，其質(zhì)量直接決定了沉箱的耐久性和承載能力?；炷僚浜媳仍O(shè)計：需根據(jù)沉箱的工作環(huán)境（海水侵蝕、凍融循環(huán)等）和受力特點，設(shè)計出高強度、高耐久性、和易性好的混凝土配合比。通常會摻入粉煤灰、礦渣粉等礦物摻合料以改善混凝土性能，并可能添加阻銹劑以提高鋼筋的抗銹蝕能力?；炷翑嚢枧c運輸：采用自動化程度高的強制式混凝土攪拌站進行集中攪拌，嚴格控制原材料計量精度和攪拌時間?；炷吝\輸需使用專用的混凝土攪拌運輸車，確保混凝土在運輸過程中不發(fā)生離析、泌水，且坍落度損失在允許范圍內(nèi)?；炷翝仓簼仓靶鑼δ０?、鋼筋和預埋件進行隱蔽工程驗收。澆筑時通常采用分層澆筑、分層振搗的方式，每層厚度一般不超過50cm。振搗是關(guān)鍵工序，需使用插入式振搗器，快插慢拔，確保混凝土振搗密實，無蜂窩麻面。對于有抗?jié)B要求的沉箱，尤其要注意振搗質(zhì)量，避免產(chǎn)生裂縫?；炷琉B(yǎng)護：澆筑完成后，需及時進行覆蓋和灑水養(yǎng)護，保持混凝土表面濕潤。養(yǎng)護時間根據(jù)水泥品種和結(jié)構(gòu)重要性確定，一般不少于14天。對于冬季或夏季施工，還需采取相應的保溫或降溫措施。5.沉箱養(yǎng)護與存放養(yǎng)護：除了傳統(tǒng)的灑水養(yǎng)護外，對于大型沉箱，有時也會采用噴淋養(yǎng)護或蒸汽養(yǎng)護（在冬季或工期緊張時），以加速混凝土強度增長。存放：預制完成并達到設(shè)計強度的沉箱，需從預制臺座移至存放區(qū)。存放區(qū)的地基需進行加固處理，確保承載力滿足要求。沉箱存放時，底部需設(shè)置墊木或砂墊層，防止不均勻沉降。存放高度不宜過高，且需采取防風、防浪、防滑移等措施。二、沉箱出運：從陸地到海洋的“跨越”沉箱出運是連接預制場和安裝現(xiàn)場的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其難點在于如何將重達數(shù)千噸甚至上萬噸的龐然大物安全、平穩(wěn)地從陸地轉(zhuǎn)移到運輸載體上。1.出運方式選擇根據(jù)預制場的位置、水深條件以及沉箱的重量和尺寸，常見的出運方式有以下幾種：出運方式適用條件優(yōu)點缺點滑道出運預制場緊鄰水域，具備修建滑道的條件，水深能滿足浮船塢或半潛駁吃水要求。技術(shù)成熟，操作相對簡單，成本較低。受地形、水深限制較大，滑道修建周期較長。氣囊出運對場地平整度要求較高，沉箱重量不宜過大（通常單塊不超過5000噸）。適應性強，無需大型專用設(shè)備，對場地破壞小，成本較低。對氣囊質(zhì)量和操作人員技術(shù)要求高，速度較慢，控制難度較大。臺車出運預制場與出運碼頭之間有硬化道路或軌道連接，沉箱重量大。穩(wěn)定性好，速度較快，控制精度高。需要專用的大型臺車和牽引設(shè)備，前期投入較大。浮船塢/半潛駁塢內(nèi)預制直接出運沉箱在浮船塢或半潛駁甲板上直接預制。省略了從陸地到碼頭的運輸環(huán)節(jié)，效率高，特別適合超大型沉箱。受浮船塢或半潛駁資源限制，成本較高，對預制精度要求極高。2.滑道出運工藝（以氣囊輔助為例）以較為常見的氣囊輔助滑道出運為例，其主要步驟如下：滑道準備：檢查滑道軌道的平整度、牢固度以及水下部分的水深和坡度。沉箱移位至滑道起點：利用預制場內(nèi)的龍門吊或通過氣囊滾動，將沉箱從存放區(qū)移至滑道起點的預定位置。安裝氣囊與牽引系統(tǒng)：在沉箱底部鋪設(shè)高壓橡膠氣囊，并連接好卷揚機等牽引設(shè)備。氣囊充氣與沉箱起?。合驓饽覂?nèi)充氣，使沉箱緩慢起浮，脫離地面或臺座。牽引下滑：通過卷揚機牽引，使沉箱連同氣囊一起沿滑道緩慢滑向水中。在此過程中，需密切監(jiān)控沉箱的姿態(tài)和滑道的受力情況。入水與漂浮：當沉箱滑入水中一定深度后，其自身浮力足以使其漂浮，此時可解除牽引，沉箱開始在水中漂浮。拖輪協(xié)助：拖輪及時靠近，將漂浮的沉箱拖離滑道區(qū)域，為后續(xù)沉箱出運騰出空間，并準備將其拖往安裝現(xiàn)場或臨時系泊區(qū)。3.出運前的準備與安全控制氣象海況監(jiān)測：出運作業(yè)對氣象海況條件要求苛刻，需提前獲取準確的天氣預報和海況預報，選擇在風力小、浪高小、流速平緩的“窗口期”進行作業(yè)。設(shè)備檢查：對龍門吊、卷揚機、氣囊、拖輪等所有參與出運的設(shè)備進行全面檢查和維護，確保其性能良好。人員培訓與交底：所有作業(yè)人員需經(jīng)過專業(yè)培訓，熟悉操作規(guī)程和應急預案。作業(yè)前需進行詳細的技術(shù)和安全交底。應急措施：制定完善的應急預案，準備好應急拖輪、堵漏設(shè)備、救生設(shè)備等，以應對可能出現(xiàn)的沉箱傾斜、氣囊破裂、拖輪故障等突發(fā)事件。三、沉箱安裝：精準“落位”的藝術(shù)沉箱安裝是將預制好的沉箱準確、穩(wěn)定地安放在設(shè)計的基床上，形成最終的水工結(jié)構(gòu)。這是一個對精度和穩(wěn)定性要求極高的過程。1.基床處理：沉箱的“基石”沉箱需要安放在平整、堅實的基床上?；蔡幚硎浅料浒惭b前的關(guān)鍵工序?；坶_挖：使用挖泥船（如絞吸式、抓斗式、鏈斗式）按照設(shè)計要求開挖基槽，控制好基槽的平面位置、尺寸、高程和邊坡坡度?；矑伿夯垓炇蘸细窈?，進行拋石作業(yè)。拋石材料通常為塊石，其重量和級配需滿足設(shè)計要求。拋石可采用水上拋填或陸上拋填（當水淺時）?；埠粚崳簰伿瓿珊?，需對基床進行夯實處理，以提高其密實度和承載力。常用的夯實方法有重錘夯實和爆炸夯實。重錘夯實利用起重機吊起重錘（通常10-30噸），自由下落沖擊基床；爆炸夯實則是在拋石基床內(nèi)埋置炸藥，通過爆炸產(chǎn)生的沖擊波使塊石相互擠密。基床整平：夯實后的基床需進行精確整平，為沉箱安裝提供一個平整的基礎(chǔ)。整平方法有導軌刮道法、水下整平船整平法等。對于高精度要求的基床，通常采用潛水員配合水下整平機進行精細找平。2.沉箱運輸：海上“搬運”沉箱從預制場出運碼頭或存放區(qū)被拖輪拖航至安裝現(xiàn)場。拖航前準備：對沉箱進行密封檢查，確保其水密性。根據(jù)沉箱的吃水、穩(wěn)性和抗風浪能力，確定拖航方案，包括拖輪的數(shù)量、馬力、拖帶方式（如綁拖、頂推）以及航線選擇。拖航過程：拖航過程中，需密切關(guān)注氣象海況變化和沉箱的姿態(tài)。拖輪需配備經(jīng)驗豐富的船長和船員，嚴格按照預定航線航行，并保持與岸上指揮中心的通訊聯(lián)系。3.沉箱安裝：精準“定位”沉箱安裝是整個工序的“臨門一腳”，其精度直接影響碼頭或防波堤的最終線形和使用功能。安裝設(shè)備：通常采用起重船（浮吊）進行吊裝安裝，或利用沉箱自身浮力結(jié)合定位船、導向船進行安裝（如深水防波堤沉箱安裝）。安裝工藝（以起重船吊裝為例）：測量定位：在安裝現(xiàn)場，測量人員利用GPS、全站儀等設(shè)備設(shè)置好沉箱的安裝控制點和安裝導標。沉箱就位：起重船將沉箱吊起，移至預定安裝位置上方。此時，需通過調(diào)整起重船的位置和纜繩，以及沉箱自身的壓載水（如果設(shè)計有壓載艙）來控制沉箱的姿態(tài)和高程。初步定位：將沉箱緩慢下放至接近基床頂面時，潛水員或測量人員通過水下測量或聲吶系統(tǒng)進行初步定位和調(diào)整。精確調(diào)整：沉箱著床后，利用安裝在沉箱頂部的絞纜機或起重船的微調(diào)功能，對沉箱的平面位置（縱、橫向）和高程進行精確調(diào)整，使其誤差控制在毫米級范圍內(nèi)。驗收固定：調(diào)整到位后，經(jīng)測量驗收合格，即可向沉箱內(nèi)回填砂石料或灌注水下混凝土進行固定，防止其在波浪作用下發(fā)生位移。深水安裝技術(shù)：對于深水區(qū)域的沉箱安裝，由于水深大、流速快、波浪影響顯著，安裝難度極大。通常會采用深水無人沉放技術(shù)，利用動力定位系統(tǒng)（DPS）、**水下機器人（ROV）**進行輔助定位和監(jiān)測，確保沉箱能夠精準落位。4.安裝后的處理沉箱安裝完成后，通常還需要進行箱內(nèi)回填、箱間縫隙處理（如灌注水下混凝土或安裝止水帶）、上部結(jié)構(gòu)施工（如現(xiàn)澆胸墻、安裝護面塊體等）等后續(xù)工序，最終形成完整的港口水工結(jié)構(gòu)。三、關(guān)鍵技術(shù)與質(zhì)量控制要點1.高精度測量控制技術(shù)在沉箱預制和安裝的各個環(huán)節(jié)，高精度的測量控制是確保工程質(zhì)量的前提。從預制臺座的抄平、模板的定位、鋼筋的綁扎，到沉箱的出運軌跡、基床的整平以及沉箱的最終安裝定位，都離不開全站儀、GPS、水準儀、測深儀、聲吶等先進測量設(shè)備的應用。建立統(tǒng)一的、高精度的施工測量控制網(wǎng)至關(guān)重要。2.混凝土耐久性保障技術(shù)由于沉箱長期處于海水環(huán)境中，遭受氯離子侵蝕、硫酸鹽侵蝕和凍融循環(huán)等破壞，因此混凝土的耐久性是設(shè)計和施工的重點。原材料選擇：選用抗硫酸鹽水泥、優(yōu)質(zhì)骨料和高效減水劑。摻合料應用：合理摻加粉煤灰、礦渣粉、硅灰等礦物摻合料，改善混凝土的孔結(jié)構(gòu)，提高其抗?jié)B性和抗氯離子滲透性。阻銹劑使用：在混凝土中摻入鋼筋阻銹劑，延緩鋼筋銹蝕。施工質(zhì)量控制：嚴格控制混凝土的水膠比、坍落度和振搗質(zhì)量，確?；炷撩軐嵍取＜訌娀炷恋酿B(yǎng)護，防止早期裂縫產(chǎn)生。3.大型化、智能化施工技術(shù)隨著港口工程向深水化、大型化發(fā)展，沉箱的尺寸和重量也越來越大。這推動了大型模板技術(shù)、大體積混凝土澆筑技術(shù)、大型起重運輸設(shè)備以及智能化監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展。例如，利用BIM技術(shù)進行沉箱的數(shù)字化設(shè)計與施工模擬；利用傳感器和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對沉箱預制和安裝過程中的溫度、應力、變形等參數(shù)進行實時監(jiān)測，實現(xiàn)智能化施工管理。4.安全風