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沉箱浮游稳定计算公式推导及常见错误解析

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时学海

摘要：沉箱结构在水工建筑物中得到广泛应用，但在沉箱浮游稳定计算中，由于部分工程技术人员不掌握计算公式中各参数的含义，生搬硬套计算公式，存在计算错误。参数取值不精确，或者在发生特殊状况时缺乏精确核算的情况下采取措施不当引起事故。本文通过推导沉箱浮游稳定计算公式，使工程技术人员能更好理解公式中各参数的意义;通过典型案例分析使工程技术人员能够汲取事故教训，防患于未然。。

关键词：沉箱;浮游稳定;计算公式;复杂操作

中图分类号：U655.54 ? ? ? ? ? ?文献标识码：A ? ? ? ? ? ?文章编号：1006—7973（2019）06-053-02

1 概述

沉箱是重力式水工建筑物常用的大型构件，沉箱的下水、运输、安装经常会采用浮运的方式，这就需要对沉箱浮游稳定进行计算。但在《港口工程》和《重力式码头设计与施工规范》等文献中只给出了沉箱浮游稳定计算公式，而未给出公式的推导过程，使部分工程技术人员生搬硬套计算公式，存在计算错误或参数取值不精确等问题，导致计算结果与实际不符。

在实际施工中，由于采用的半潜驳能力所限，有的沉箱在下水过程中，还会采取起

重船吊扶出坞等辅助措施，使沉箱的浮游稳定计算更加复杂，由于部分工程技术人员对沉箱的受力工况缺乏全面分析与计算而采取的操作不当，引起事故。

2 沉箱浮游稳定计算公式推导

3 沉箱浮游稳定常见计算错误解析

3.1沉箱浮游稳定取值不精确

《重力式码头设计与施工规范》中钢筋混凝土的重度推荐取值为24.5kN/m?，由于沉箱受力计算日益成熟，沉箱混凝土含钢筋率一般不高，仅为150kg/m?左右;国内预制砼常采用的碎石为花岗岩，在此状况下，钢筋混凝土重度宜取24.2kN/m?。

3.2沉箱横向箱格连通情况下的浮游稳定计算

近几年随着码头的大型化，沉箱也向大型化发展，沉箱箱格数量也越来越多，为满足箱格压载水需要，箱格分区灌注压载水，即几个相邻箱格纵横向互相连通，在沉箱浮游稳定计算时应将互相连通的几个箱格看作一个大箱格，如图2：

图中阴影部分三个箱格互相连通，在计算这三个箱格自由液面惯性矩时，应为：

如果按单独箱格计算与上述计算结果相差甚大。

3.3在起重船吊扶出坞情况下的错误操作

由于受半潛驳下潜深度的限制，部分沉箱一般采用起重船吊扶沉箱出坞的方式减少沉箱吃水，来满足出坞条件，采用此工艺操作过程较复杂，需要沉箱在整个施工过程中始终处于浮游稳定状态，然而近二十年来，国内在沉箱吊扶出坞过程中发生多起事故，该类事故占沉箱下水事故的较大比例，沉箱吊扶出坞发生事故的原因主要有两种情况。

第一种情况：工艺流程操作顺序错误

正确的工艺流程是：

其中发生的一起事故操作的工艺流程是：

此事故发生的原因是：沉箱在浮游稳定计算中，起重船在吊力3000kN时，沉箱才是浮游稳定的，因出坞时沉箱底与半潜驳甲板需500mm左右的安全距离，按此操作，在起重船在2000kN吊重时沉箱底板就与半潜驳甲板脱离，此时沉箱处于浮游不稳定状态，最终酿成事故。

第二种情况：出坞后沉箱注水不足，起重船落钩速度较快，酿成事故。

沉箱出坞后，起重船摘钩的正确步骤是沉箱注水的同时起重船保持吊重在计算吊重，沉箱注水到计算水量时起重船再落钩。

其中一起事故是沉箱注水的同时起重船落钩，最终由于注水尚未完成，由于落钩过快，沉箱倾覆，酿成事故。

此事故发生的原因是：起重船减少吊重必须满足以下条件，

γ水 V'd>p'h

不等式中，γ水——水的重度;V'——出坞后新增压载水的体积;d——新增压载水重心到原沉箱重心的距离;p'——起重船减少的吊力;h——吊钩到沉箱原重心的距离。

实际操作中，因此新增压载水的重力要大于吊重减少，沉箱才能满足浮游稳定，此事故中，由于起重船吊重减少过快，起重船落钩过程中，沉箱处于浮游不稳定状态，最终酿成事故。因此稳妥的操作是起重船保持计算吊重，沉箱注水完毕后再减少吊重摘钩。

4 结论

计算沉箱浮游稳定时，应当理解计算公式中各参数的意义，才能避免发生计算错误;

在进行沉箱下水的复杂操作中，沉箱受力发生变化，在变化过程中，必须保证沉箱在整个过程中始终使沉箱处于浮游稳定状态，才能避免事故的发生。

参考文献：

[1]天津大学等四院校编.港口工程[M].北京：人民交通出版社，1984

[2]重力式码头设计与施工规范：JTS 167-2-2009[S]中华人民共和国交通运输部

[3]昝汝岷，陈正武，张启祯.在起重船进浮坞吊扶下沉箱漂浮出坞新工艺[J].水运工程，1988（03）.

[4]路玉明，李佳.浮出运沉箱有关计算问题的探讨[J].中国水运，2016（05）.

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