关于异形沉箱浮游稳定的计算

海上沉箱浮游稳定性验算书进行浮游稳定性计算，以保证沉箱拖航、安装时的安全。

①CXI型沉箱要加水调平不平衡力矩(对沉箱中心) ZMx=82.92kN∙m需要后三仓加水,加水深度t{(3.6×3.65-0.22×2)×t-0.22X(3.45+3.4)}×3×1.025X3.9=JMx×2.5B加水后1.4m的浮游稳定性加水的重力及对沉箱底的重量距g={(3.6×3.65-0.22×2)×1.4-0.22X(3.45+3.4)}×3×1.025=55.38ZIMy=g×1.2=66.46kN∙m沉箱总重量G=ΣV×2.5+g=1089.06kN重心高度YC=(My+/My)/G=4.914m排水体积V=G/1.025=1062.495m3前后趾排水体积v=13.806m3浮心高度Yw=E(V-v)×T∕2+vYv)]∕V=3.579m重心到浮心距离a=Yc-Yw=1.336m定倾半径P=(I-∑i)∕V=1.628m定倾高度m=P-a=0.292>0.2满足浮游稳定要求②CX2型沉箱以沉箱仓格中心为计算圆点A要加水调平不平衡力矩(对沉箱中心)/Mx=134.735kN∙m需要后三仓加水,加水深度t{(3.65×4.5-0.22×2)×1θ.22×(3.45+4.3)}×3×1.025×4.75=ZM×2.516.35Xt-O.31=23.0612t=1.43mB加水后1.5m的浮游稳定性加水后的重力及对沉箱底的重量距g={(4.5×3.65-0.22×2)×1.5+0.22×(3.45+4.3}×3×1.025=74.438ZIMy=gX1.25=93.048kN∙m沉箱总重量G=ΣV×2.5÷g=1214.412kN重心高度YC=(My+/My)/G=4.84m排水体积V=G/1.025=1184.79m3前后趾排水v=10.038m3沉箱吃水T=(V-v)∕A=6.665m浮心高度Yw=[(V-v)×T∕2+vYv)]∕V=3.307m重心到浮心距离a=Yc-Yw=I.532m定倾半径P=(I-∑i)∕V=2.622m 定倾高度m=P-a=1.09>0.2满足浮游稳定要求③CX3型沉箱A要加水调平不平衡力矩(对沉箱中心)Z1Mx=I16.97kN∙m需要后四仓加水加水深度t{(3.6×3.65-0.22×2)×t+0.22×(3.45÷3.4)}X4X1.025义3.9二，M X2.513.06×t-0.274=18.288t=1.42mB加水后1.5m的浮游稳定性加水后的重力及对沉箱底的重量距g={(3.6×3.65-0.22×2)×1.5-0.22×(3.45+3.4)}×4×1.025=79.196kNZMy=99.00kN•沉箱总重量重心高度排水体积前后趾排水体积沉箱吃水浮心高度重心到浮心距离定倾半径定倾高度mG=ΣV×2.5+g=1575.196kNYc=(My+JMy)∕G=4.843mV=G/1.025=1536.777m3v=21.528m3T=(V-v)∕A=6.777mYw=[(V-v)×T∕2÷vYv)]∕V=3.345m a=Yc-Yw=I.498mP=(I-∑i)∕V=1.732mm=P-a=0.234>0.2满足浮游稳定要求④CX4型沉箱以沉箱仓格中心为计算圆点A由于沉箱前后趾、壁厚大小不同及马腿影响，重心不在中心上,需要加水调平不平衡力矩(对沉箱中心)∠JMx=195.03kN∙m需要后四仓加水，加水深度t{(3.65×4.5-0.22×2)×t-0.22×(3.45+4.3)}×4×1.025×4.75=Z1MX2.516.35×t-0.31=25.03583 t=1.51mB加水后1.5m的浮游稳定性加水后的重力及对沉箱底的重量距g={(3.65X4.5-0.22×2)×15-0.22X(3.45÷4.3)}×4×1.025=99.25075kNZIMy=24.063kN∙m沉箱总重量G=ΣV×2.5+g=1731013kN重心高度YC=(My+/My)/G=4.766m排水体积V=G/1.025=1688.793m3前后趾排水体积v=15.456m3沉箱吃水T=(V-v)∕A=6.198m浮心高度Yw=[(V-v)×T∕2+vYv)]∕V=3.073m重心到浮心距离a=Yc-Yw=I.693m定倾半径P=(I-Σi)∕V=2.801m定倾高度m=p-a=1.108>0.2满足浮游稳定要求⑤D4型沉箱(不考虑钢套筒重量情况)以沉箱仓格中心为计算圆点水调平不平衡力矩（对沉箱中心）Z1MX=465.68kN∙mJMz=-117.23kN∙m需要后八仓加水，加水深度t{(2.9×2.8-0.22×2)×t-0.22X(2.7+2.6)}×8×1.025×8.8=Z1MxX2.5 8.04×t-0.212=16.13 t=2.03m右仓加水，加水深度3、t2{(2.9×2.8-0.22×2)×(t1+t2)-O.22X(2.7+2.6)}×5×1.025×10.85=-Z1MzX2.58.04×(t1+t2)-0.212=5.2711.3×4×t1=6.2×t2tι=0.31mt2=0.37mB后八仓加水2.0m,左五仓加水0.4m的浮游稳定性加水后的重力及对沉箱底的重量距g={(2.9×2.8-0.22×2)×2.0-0.22X(2.7+2.6)}×8×1.025=130.18kNg={(2.9×2.8-0.22×2)×0.4-0.22×(2.7+2.6)}×5×1.025=15.40kN ∠IMyι=195.18kN∙mZ1My2=IO.785kN∙m沉箱总重量重心高度排水体积前后趾排水沉箱吃水浮心高度重心到浮心距离G=ΣV×2.5÷g=4419.456kNYc=(My+JMy)∕G=6.975mV=G/1.025=4311.664m3v=15.36m,T=(V-v)∕A=8.077mYw=1(V-v)XT∕2+vYv)]∕V=4.025m a-Yc-Yw=2.95m定倾半径P=（I-Σi）∕V=4.34定倾高度m=p-a=1.39>0.2满足浮游稳定要求AZMz=-117.23kN∙m 钢护筒重量G'=π×(1.5+0.752)×0.01×49×1×7.8×IoJ24752=24.752T需要后八仓加水，加水深度t{(2.9×2.8-0.22×2)×t-0.22×(2.7+2.6)}×8×1.025×8.8=∠IMx×2.5+G'×0.28.04×t-0.212=16.2 t=2.04m左五仓加水，加水深度分别为匕、t2{(2.9×2.8-0.22×2)×(t1+t2)-0.22X(2.7+2.6)}×5×1.025×10.85=-G'XI.55+Z1MzX2.58.04×(t1+t2)-0.212=4.581.3×4×tι=6.2×t2-0.30mtι=0.25m t2B后八仓加水2.1m,左五仓加水0.3m的浮游稳定性加水后的重力及对沉箱底的重量距g={(2.9×2.8-0.22×2)X2.1-0.22×(2.7+2.6)}×8×1.025=136.71kNg={(2.9×2.8-0.22×2)×0.3-0.22×(2.7+2.6)}×5×1.025=11.28kN ZMy1=211.90kN∙mJMy1=7.33kN∙m沉箱总重量G=ΣV×2.5+g+G'=4446.68kN重心高度YC=(My+/My)∕G=6.98m排水体积V=G/1.025=4338.23 m3前后趾排水v=15.36m3沉箱吃水T=(V-v)∕A=8.13mYw=[(V-v)×T∕2+vYv)]∕V=4.05m 浮心高度重心到浮心距离a=Yc-Yw=2.93m定倾半径P=(I-∑i)∕V=4.31m定倾高度m=p-a=1.38>0.2 满足浮游稳定要求。

LNG码头沉箱浮游稳定计算共有三种沉箱计算后的干旋高度如下：（1）甲型沉箱干舷高度F=18.40-13.45=4.95米（压水1.80米）（2）乙型沉箱干舷高度F=18.00 -13.24=4.76米（压水1.80米）（3）丙型沉箱干舷高度F=21.00-15.66=5.34米（压水3.50米）（4）丙型沉箱干舷高度F=21.00-15.26=5.81米（压块石2.00米）计算甲型沉箱：高h=18.4m1，沉箱自重时的重心位置沉箱材料体积和体积矩的计算表 2006年 5 月24 日沉箱自重时的重心位置X c=7.75mY c= 4564.36÷635.91=7.18m2，有压舱水和封舱盖板时：沉箱总体重G=2.45×635.91+5+175.13=1738.11t计算沉箱排水体积和趾的排水体积，钢混凝土重度取2.5 t/m3沉箱和压舱水、封舱盖板排水体积V=（2.5×635.91+5+175.13）÷1.025=1726.74m3趾的排水体积v=73.64+3.13=76.77 m3沉箱吃水T=（1726.74-76.77）÷6.252×3.14=13.45m沉箱总体重心高度：Y c1= （2.45×635.91×7.18+5×18.37+175.13×1.6）÷1738.11=6.65m 浮心：Yw1=[（1726.74-76.77）×13.45×0.5+18.76+18.71+51.37]÷1726.74=6.47mρ=[（π/64×12.54=1198.42）-4.85×5.853/36]÷1769.91=0.55a= Y c1- Y w1=6.65-6.47=0.18m=ρ-a=0.55-0.18=0.38m＞0.20稳定m大于0.20计算乙型沉箱：高h=18. m1，沉箱自重时的重心位置沉箱材料体积和体积矩的计算表2006年 5 月24 日沉箱自重时的重心位置X c=7.75mY c= 4371.22÷625.13=6.99m2，有压舱水和封舱盖板时：沉箱总体重G1=2.45×625.13+5+175.03=1711.59t有压舱水和封舱盖板时：沉箱总体重心Y1c=11075.56÷1711.62=6.47（m）1，计算沉箱总体排水体积：钢混凝土重度取2.5 t/m3V 1c =（2.5×625.13+5+175.05）÷1.025=1742.88÷1.025 m3=1700.37t2，沉箱趾的排水体积：v=73.64+3.13=76.77 m3沉箱吃水T=（1700.37-76.77）÷6.252×3.14=13.24m沉箱总体重心高度：= 11075.56÷1711.62=6.47mY1c浮心：Y1w=[（1700.37-76.77）×13.24×0.5+18.76+18.71+51.37] ÷1700.37=6.38mI=π/64×12.54=1198.42；∑Ir=（4.85×5.853÷36）×8=215.61ρ=（1198.42-215.61）÷1700.37=0.55a= Y c1- Y w1=6.47-6.38=0.09m=ρ-a=0.55-0.09=0.49m＞0.20 稳定m大于0.20计算丙型沉箱：高h=21. m1，沉箱自重时的重心位置沉箱材料体积和体积矩的计算表2006年 5 月24 日沉箱自重时的重心位置X c=7.75mY c= 5951.91÷663.18=8.97m2，有压舱水和封舱盖板时：沉箱总体重G1=2.45×663.18+5+340.92=1970.63有压舱水和封舱盖板时：沉箱总体重心Yc= 15512.43÷1970.63=7.87m11，计算沉箱总体排水体积：钢混凝土重度取2.5 t/m3V 0 =（2.5×663.18+5）÷1.025+332.61=1955.002，沉箱趾的排水体积：v=19.83+8.71+5.49=34.03 m3沉箱吃水T=（V0-v）÷AT=（1955-34.03）÷6.252×3.14=15.66m沉箱总体浮心高度：Yw=[（V0-v）×T/2+∑v.y]÷V0Yw1=[（1955-34.03）×15.66×0.5+7.38+6.94+96.12] ÷1955=7.75m ρ=（I-∑Ir）÷V 0I=π/64×12.54=1198.42；∑Ir=（4.85×5.853÷36）×8=215.61 ρ=（1198.42-215.61）÷1955=0.50a= Y c1- Y w1=7.87-7.75=0.12m=ρ-a=0.50-0.12=0.38m＞0.20 稳定（m大于0.20）计算丙型沉箱：高h=21. m 用290t块石压舱本沉箱压水3.5m时吃水15.66m，为减少其吃水，改用290t块石，块石的重度为1.55t/m3。

沉箱码头稳定验算和内力计算码头稳定性验算（一）作用效应组合持久组合一：设计高水位（永久作用）+堆货门机（主导可变作用）+波谷压力（非主导可变作用）持久组合二：设计高水位（永久作用）+波谷压力（主导可变作用）+堆货门机（非主导可变作用）短暂组合：设计高水位（永久作用）+波峰压力（主导可变作用）不考虑地震作用去1（二）码头延基床顶面的抗滑稳定性验算根据《重力式码头设计与施工规范》（JTJ290-98）第3.6.1规定应考虑波浪作用，堆货土压力为主导可变时：按（JTJ290-98）中公式（3.6.1-4）计算。

01()()E H E qH P B G E V E qV u BU dE E P G E E P fγγγψγγγγψγγ++≤+++应考虑波浪作用，波浪力为主导可变时：()()f E P E G E P E qV E Bu u V E GdqH E B P H E ψγλγγγψγγγγ+++≤++1o短暂组合情况，按《防波堤设计与施工规范》（JTJ298-98）公式5.2.7计算f P G P Bu u G B p )(0λλλλ-≤式中：o γ——结构重要系数，一般港口取1.0；E γ——土压力分项系数；取1.35 PW γ——剩余水压力分项系数；取1.05 PR γ——系缆力分项系数；1.40ψ——作用效应组合系数，持久组合取0.7；V H E E 、——码头建筑物在计算面以上的填料、固定设备自重等永久作用所产生的总主动土压力的水平分力和竖向分力的标准值；W P ——作用在计算面以上的总剩余水压力标准值； RH P ——系缆力水平分力的标准值；qV qH E E 、——码头面上的可变作用在计算面上产生的总主动土压力的水平分力和竖向分力的标准值；RV P ——系缆力垂直分力的标准值；G γ——结构自重力的分项系数，取1.0；G ——计算面以上的结构自重力标准值；f ——沿计算面的摩擦系数设计值，查表可得0.6，胸墙0.55d γ——结构系数，不考虑波浪作用，取1.0（三）码头延基床顶面抗倾稳定性验算根据JTJ290-98第3.6.3规定应考虑波浪作用，堆货土压力为主导可变时，按JTJ290-98公式3.6.3-4计算：()()PBu u Eqv E EV E G GdPB P EqH E EH E o M M M M M M M ψλγγγγγγγγ+++≤ψ++1应考虑波浪作用，且波浪力为主导可变作用时，按JTJ290-98公式3.6.3-3计算：()()E q VE PBU U EV E G GdEqH E PB P EH E o M M M M M M M ψλγγγγγγγγ+++≤ψ++1短暂组合情况，按《防波堤设计与施工规范》（JTJ298-98）公式5.2.5计算 G G dPBu u PB P M M M λλλλλ1)(0≤+抗倾稳定性见表抗滑稳定性计算表组合项目土压力为主导可变作用时0()E H E qH P B E E P γγγψγ++1()G E V E qV u BU dG E E P fγγγψγγ+++结论qHEψP γB P 结果d γG γGfV EqVEu γBU P结果组合11 1.35432.8820.92 0.7 1.2179 730 1.11 3273.23 0.6 110.7 97.21 1.3 0 1938.4稳定组合项目波压力为主导可变作用()qH E B P H E E P E ψγγγγ++o 短暂组合Bp P λλ0()fE P E G qV E Bu u V E Gdψγλγγγ+++1f P G Bu u G )(λλ-结论qHEψP γB P结果d γG γGfV EqVEu γBU P结果组合2 1 1.35 432.88 20.92 0.7 1.2 179818 1.1 1 3273.23 0.6 110.7 97.21 1.3 0 1917 稳定短暂组合11.3520.92/1.2172 206.4/123110.61.229.821365稳定γEγHE 0γEγHE抗倾稳定性验算计算表组合项目土压力为主导可变作用时()PB P EqH E EH E oM M M γγγγψ++()PBu u Eqv E EV E G G dM M M M ψλγγγγ+++1结论EH MEqHMψP γPB M结果d γG γG MEV MEqvMu λPBu M结果组合11 1.353834 1027.9 0.7 1.32361.6 8713 1.35 1 21118.4 1439.1 271.96 1.3 0 17354.3稳定组合波浪力为主导可变作用时 ()EqH E PB P EH E o M M M γγγγψ++短暂组合)(0PBu u PB P M M λλλ+ ()EqV E PBU U EV E G GdM M M M ψλγγγγ+++1GG dM λλ1结论EH M P γψPB MEqHMPBu M 结果d γ G γG MEV MU γPBu MEqVM结果组合2 11.3538340.72361.6 1027.9 /9217 1.35 121118.4 1439.1 1.30 271.96 17272.7稳定短暂组合 1 1.35 0 1.2 / 2052.30 217 2723 1.25 1 15136.71.2 / 0 12109.4稳定γEγ0γEγ（四）基床承载力验算1.基床顶面应力计算组合持久组合情况一：设计低水位（永久作用）+波谷压力（主导可变作用）+（堆货+前沿堆货+门机情况）（非主导可变作用）短暂组合情况：设计高水位（永久作用）+波峰期波峰压力（主导可变作用） 2.持久组合一基床顶面应力计算：)/(28.43917.2745.1177.24139021.9722.3547m kN V K =+++++=)/(02.30077934429096.2715.10285.152671.22951m m kN M R ?=+++++=)/(1.805112019.10273.175185.40700m m kN M ?=+++=3)(02.528.43911.805102.3077Bm >=-=ξ)(53.102.521.13m e =-=kPa 600)1.1353.161(1.1328.43915.5749.171maxmin =<=?±=λσσ3.短暂组合情况基床顶面情况计算： )/(228182.292311m kN V k =-=)/(7.15136m m kN M R ?=)/(3.22692173.20520m m kN M ?=+=3)(64.5228122697.15136Bm >=-=ξ)(91.064.521.13m e =-=kPa 600)1.1391.061(1.1322817.2469.143maxmin =<=?±=λσσ满足承载能力要求（五）码头整体稳定性验算按照《港口工程地基规范》第5.1.3 条规定，取设计低水位进行验算。

第11卷第5期中国水运V ol.11N o.52011年5月Chi na W at er Trans port M ay 2011收稿日期：35作者简介：黄伟智（），男，中交第四航务工程勘察设计院有限公司工程师，从事港口工程工作。

沉箱浮运安装的离驳浮游稳定计算黄伟智（中交第四航务工程勘察设计院有限公司，广东广州510230）摘要：结合中石油广西钦州1,000万吨/年炼油项目配套10万吨码头工程实例，介绍沉箱离驳浮游稳定计算，为类似工程提供借鉴。

关键词：沉箱；离驳；浮游稳定中图分类号：U 655.4文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2011）05-0230-03一、概述重力式码头采用半潜驳出运码头大型沉箱工艺，沉箱的离驳是依靠自身浮力和外力牵引来完成的。

在离驳过程中，保持沉箱处于浮游稳定状态是沉箱安全离驳以及整个安装过程安全的基础。

中石油广西钦州1,000万吨/年炼油项目配套10万吨码头工程，码头主体为重力式沉箱结构，共40个沉箱，单个沉箱重量1,750t 。

沉箱均在陆上预制，采用半潜驳干运法，经拖轮拖运到现场安装。

本文介绍的是计算沉箱离驳浮游稳定，确定沉箱浮运安装施工工艺的方法。

二、沉箱浮运安装的主要技术参数计算3583,580,250,3812121414吊孔图1沉箱平面示意图14,70.318.21.61220.81.3图2沉箱立面示意图沉箱为等边正方形设计，底座尺为14m ×14m ，墙身尺寸为12m ×12m ；高度为20.8m ，脚趾长度为1m ，格仓宽度为3.58m ，格仓隔墙厚度为0.25m ，底板厚度为0.7m ，墙身厚度为0.38m ，详见（图1、2）。

1．沉箱重心位置计算重心位置计算将沉箱划分五个部分（各部分如图3所示），各部分体积分别设为V 1～V 5，沉箱水平断面为中心对称图形，重心在中心线上。

各部分重心坐标设为z i （i=1…4）。

顶部隔墙内倒角墙身底板倒角底版图3沉箱计算分块图经计算沉箱各部分体积及重心高度见下表：表1沉箱部分底板底板倒角墙身箱内倒角顶部墙身体积V 1V 2V 3V 4V 5m 3137.2m 37.6543.39 1.216810.608重心z 1z 2z 3z 4z 5m0.350.89.950.06719.7沉箱的总体积：V 箱=∑V i =V 1+V 2+V 3+V 4+V 5=700m 3沉箱的重心坐标设为Z 空=（∑V i Z i ）/V 箱=（V 1Z 1+V 2Z 2+V 3Z 3+V 4Z 4+V 5Z 5）/V 箱=8.0998m2．半潜驳相关技术参数及吃水计算（1）本工程沉箱使用的半潜驳有关技术性能：表2全长52m 宽32m 型深 3.6m 内幅26m 允许载重量3200t 空载重量2621t 最大下潜深度15.5m空载吃水1.4m（2）沉箱上驳后，半潜驳吃水计算：半潜驳空载时，吃水1.4m ，沉箱重量为1750t ，那么沉箱上驳后，半潜驳吃水深度为：h =1.4+1750/32/52=2.46m 。

椭圆形沉箱码头由于受力合理和断面经济，已首次用于大连大窑湾深水泊位码头上，是外海基岩较高地区开敞式码头的主要结构型式之一，有很好的发展前景[1]。

椭圆形沉箱的浮游稳定计算内容，在港口工程专业书籍里尚属缺项，在此加以补充。

椭圆形沉箱实际上是由中间的矩形段和两端的半圆段组成，近似椭圆形，简称椭圆沉箱，依椭圆沉箱两端半圆段内的箱格形状，又可分为扇形箱格的Ⅰ型和非扇形箱格的Ⅱ型椭圆沉箱，如图1和图2所示。

沉箱内壁厚为b 1，外壁厚为b 2；中间箱格纵向净长为l 1，横向净宽为l 2；中间矩形段长为L 1；两端半圆的内半径为r 内，外半径为r 外；沉箱外围宽为B ，外围长为L=L 1+2r 外=L 1+B 。

矩形沉箱浮游稳定计算中定倾半径ρ的计算式可视为通式，同样适用于椭圆沉箱[2]：ρ=I 0-ΣiV（1）式中：I o 为椭圆沉箱断面在水面处对纵向形心轴（x o -x o）的惯性矩（m 4）；∑i 为椭圆沉箱各箱格内压载水对椭圆沉箱纵向形心轴（x o -x o）平行的自身形心轴的惯性矩之和（m 4）；V 为椭圆沉箱的排水量（m 3）。

两类椭圆沉箱浮游稳定计算问题的关键在于如何求出通式中的∑i 式，下面分别阐述。

椭圆沉箱浮游稳定的计算法董中亚（中交四航局第二工程有限公司，广东广州510231）摘要：在矩形箱格的矩形沉箱和扇形箱格之圆形沉箱的浮游稳定计算原理的基础上，对两种类型椭圆沉箱两端半圆段内不同几何形状的箱格之自身对称轴的惯性矩，经图形转轴公式和平行移动公式转换，并经数学推导得到对椭圆形沉箱纵向形心轴平行的箱格自身形心轴的惯性矩i 及其之和Σi 的计算式，从而解决了椭圆形沉箱浮游稳定计算的问题。

关键词：椭圆沉箱；惯性矩；平行移动；转轴公式中图分类号：TU 473.2文献标志码：A文章编号：1002-4972（2011）01-0087-07收稿日期：2007-09-10作者简介：董中亚（1942—），男，高级工程师，从事港口工程施工技术管理和设计工作。

沉箱- 箱涵整体浮运安装摘要：介绍沉箱-箱涵整体浮运安装工艺，并对比沉箱-箱涵进行单体浮运安装及沉箱-箱涵整体浮运安装工艺，进行成本进度分析。

关键词：沉箱-箱涵浮运安装浮游稳定1 工程概况171506010箱涵中有30cm的水时，7~12舱内加水4.62m时沉箱箱涵平衡，加水4.62m沉箱-箱涵安装时1~6舱和7~12舱的加水速度比为1:6.2 沉箱-箱涵浮运安装准备2.1沉箱-箱涵浮游稳定计算本预制构件为沉箱与箱涵的结合体，长23.51m ，宽9.80m ，高9.5m,其中沉箱长17.5米，箱涵长6.01米，构件重心偏离中心位置较大，为了保持浮运时平衡，需在沉箱内加水。

因为沉箱-箱涵偏心较大， 沉箱-箱涵的平衡对加水方式相当敏感，加水的部位、速度必须准确，计算出沉箱-箱涵在不同加水量的情况下的平衡状态，并在施工过程中派专人看管水泵和阀门，按照潮水涨落速度控制阀门进水速度及水泵抽水时长，做到每道工序都以既定步骤进行施工。

通过浮游稳定的计算，计算出箱涵部分分别存水10cm、20cm、30cm、40cm、50cm、60cm、60cm及沉箱-箱涵重新浮起时，沉箱-箱涵保持浮游平衡、沉箱仓格的加水方式或抽水方式和相应沉箱的吃水深度等。

对各加水步骤都制定了应急措施，做到有备无患。

附件1沉箱—箱涵浮游稳定性计算(干舷高度1.64 m) 附件2沉箱-箱涵干舷高度和舱内水深对照表2.2箱涵串水孔封堵箱涵两侧各有两个串水孔，为了起浮安装，安装了两个钢封门，钢封门与箱涵混凝土面采用橡胶垫衬，依靠水压力对钢封门的作用形成自密效果。

钢封门的密闭性如何是决定沉箱-箱涵能否安全浮运到目的地的重要因素，万一钢封门渗水速度过快而无法控制，很容易造成沉箱-箱涵的倾覆。

为了保证沉箱-箱涵顺利拖运至目的地，除了加强钢封门制作安装质量外，并在钢封门安装后使用玻璃胶从外部进行封堵。

渗水路径2.3制作沉箱封舱板、阀门杆沉箱封舱板用10#槽钢做骨架，3毫米钢板做面板。

沉箱浮游稳定问题浮游稳定性是指物体在浮游状态下的稳定性。

计算沉箱浮游稳定是为了保证沉箱在水下漂浮、拖运和沉放的过程中不发生倾覆。

浮游稳定性用定倾中心高度来表示和量化。

浮体在外力矩的作用下发生倾斜，在倾斜过程中浮体的浮心位置也随之变化。

根据小倾角（倾角<15°）理论，在小倾角情况下（沉箱倾斜一般属于小倾角），浮心的运行轨迹接近于圆弧，圆弧的圆心称为定倾中心M，圆弧的半径称为定倾半径ρ，定倾中心距浮体重心C的距离称为定倾中心高度m。

如图1—1所示：当m>0时，即定倾中心M在重心C之上，沉箱在外力矩作用下发生倾斜时，存在一个由沉箱重力G和浮力 Vγ构成的扶正沉箱的力偶，此时沉箱是稳定的；当m<0时，即M在C 之下，则存在一个使沉箱继续倾斜的力偶，此时沉箱是不稳定的。

•为了保证沉箱的浮游稳定性有一定的安全度，《重力式码头设计与施工规范》规定近程（同一港区内或运程30海里内）浮运m≥0.2米；远程（整个浮运内有夜间航行或运程大于等于30海里）浮运分两种情况，固体压载时m≥0.4米，液体压载时m≥0.5米。

因为自由液面的存在将降低压舱的效果。

•定倾高度m=ρ-αα为重心C到浮心W的距离。

当C在W之上时α为正值，反之为负值。

•定倾半径：ρ=（Ⅰ—Σi）/ VⅠ——沉箱在水面处的断面对纵轴的惯性矩。

惯性矩是面积对轴的二次矩，量纲是长度单位的四次方，与面积的大小和面积对轴的分布远近有关。

惯性矩的几何意义：是任意平面上所有微面积dA与其坐标Y（或Z）平方乘积的总和。

工程中常把惯性矩表示为平面图形的面积与其一长度平方的乘积。

选择不同方向的中心轴计算结果是不同的，选择沉箱的横轴计算，因为有三次幂的存在，其I值、ρ值和m值都会大很多，也就是说沉箱在横轴方向的倾覆可能要远小于在纵轴方向的倾覆可能。

由于这个结论很明显也很直观，所以我们只需要对不利情况进行计算。

•Σi——自由液面的惯性矩之和（各格舱压舱水的水面面积对其纵轴的惯性矩之和。

西港区一期工程30万吨级码头沉箱浮游稳定计算一、沉箱浮游稳定性验算沉箱在溜放或漂浮、拖运和安放过程中应保证不倾覆，要求沉箱具有一定的浮游稳定性。

沉箱的稳定性可用定倾中心高度（定倾半径）ρ表示。

沉箱在外力矩的作用下发生倾斜，在倾斜的过程中，沉箱的浮心位置发生变化。

在小倾角（小于15°）的情况下（沉箱漂浮时的倾斜一般属于小倾角），浮心W的变化接近于圆弧，此圆弧的中心M称为定倾中心；圆弧的半径ρ称为定倾半径；定倾中心M距重心C 的距离m称为定倾中心高度。

m=ρ-a，在进行理论计算时要求精确到厘米。

当m>0时，即定倾中心M在重心之上，沉箱在外力矩作用下发生倾斜时，存在一个由沉箱重力G和浮力V*γ（γ为水的重度）构成的扶正沉箱的力偶，此时沉箱稳定。

反之，m<0，即M在C之下，沉箱在外力矩作用下发生倾斜时，则存在一个使沉箱继续倾斜的力偶，这时沉箱是不稳定的。

为了保证沉箱的浮游稳定性，沉箱在有掩护区域近程浮运时，m≥20cm。

沉箱在无掩护区并远程浮运时，如采用块石、砂等固定物压载，m≥40cm；如采用海水压载，m≥50cm，并密封舱顶。

（近程浮运是指在同一港区或运程在30海里以内；远程浮运是指在港际间整个浮运时间内有夜间航行或运程≥30海里）当沉箱浮游稳定不满足时，可采用压舱方法，使重心降低。

通常用水压舱的方法，优点：施工比较方便。

缺点：有自由液面存在，降低了压舱效果。

此外还可采用固体（如砂、石或混凝土块等）压舱。

优点：压舱效果好。

缺点：施工不方便。

同时为了保证沉箱在溜放或者漂浮、拖运和安放时不没顶，应有足够的干舷高度F。

在拖运时，干舷高度应满足：F=H-T≥B02tanθ+2h3+sF：沉箱的干舷高度（m）h：波高（m）θ：沉箱的倾角，溜放时，采用滑道末端的坡角，浮运时采用6°—8°S：沉箱干舷的富裕高度（m），一般取0.5—1m。

当沉箱吃水和干舷高度不满足要求时，可不采用或不完全采用压舱方法来保证浮游稳定，可以采用起重船或浮筒吊扶的方法。

等重替代法三维仿真计算异形沉箱混合压载作者：郭超来源：《科技资讯》 2015年第8期郭超（中国铁建港航局集团有限公司广东珠海 519070）摘要：理论上AutoCAD软件可以建立任意几何形状的二维或三维模型，而且能方便地求得任意截面或均质多面体的面积、体积、质心、对任意轴的惯性矩等质量特性。

这就为快速求解沉箱（尤其是几何不规则沉箱）浮游稳定特性所需要的参数等提供了可能。

该文通过对某工程取水口的异形沉箱进行浮游稳定性计算，详细介绍计算机三维仿真计算的步骤，总结AutoCAD三维数值仿真技术在沉箱浮游稳定计算中的优势，并提出等重替代法简化浮游稳定性计算过程。

关键词：沉箱浮游稳定混合压载中图分类号：U65 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）03（b）-0074-02①作者简介：郭超（1987—），男，学士，助理工程师，从事港口与航道的施工管理工作。

该案例计算压载平衡时，将压载物统一假设为砼，通过等质量替代的方式，计算不同加载物或混合加载物各自数量，其最大优点是可随意调整组合，配合施工调整速度快，而且三维直观，其核心技术关键是三维数字模型的建立。

计算机发展到今天，已经完全进入了三维仿真时代，借助计算机技术，使用AutoCAD软件可以更快速建模，并准确地计算任意形状、尺寸的沉箱相关计算参数，通过Excel数据处理快速求解沉箱浮游稳定性计算[1]，特别适用于结构复杂、不对称或多种介质组合在一起的沉箱，如舱格压海水或填石（砂或砼）、橡胶气囊（或钢质浮筒）、以及沉箱封舱盖板等。

1 工程概况日照港岚山港区北作业区堆场及护岸工程取水口结构设计为异形沉箱（见图1），陆地预制后，使用气囊平移至出运码头，半潜驳下水出运，安装至距离预制厂约1000m处。

该沉箱结构主要外形尺寸为：19.95m×13.25m×13.2m，共有15个隔舱，隔舱尺寸3.685m×4.025m，单座沉箱重约2200吨。

C W T 中国水运 2019·06 53沉箱浮游稳定计算公式推导及常见错误解析时学海（中国铁建港航局集团有限公司，山东 青岛 266200）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）06-053-02DOI 编码：10.13646/ki.42-1395/u.2019.06.0231 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沉箱在漂浮状态受力情况如图1图1 沉箱浮游稳定计算图图中：B—沉箱在水面处的宽度（m）；L—沉箱在水面处的长度（m）；G—沉箱重心；C—沉箱浮心；C ˊ—沉箱倾斜的浮心；a—沉箱重心与浮心的距离（m）；l i1—第i 箱格横向墙之间净距（m）；l i2—第i 箱格纵向墙之间净距（m）；θ——沉箱倾角。

沉箱的抗倾覆力矩（M 抗）是由于沉箱摆动时水面处两侧增加和减少吃水而产生的力矩（即图中水面处三角形体积产生的浮力乘以力臂）。

附件1 沉箱浮游稳定计算一、沉箱浮游稳定计算1、沉箱重心高度空箱重心高度=9203.39/1074.273=8.57m2、沉箱吃水及干舷高度（1）空箱吃水空箱重P空=2.45×1074.273=2631.97t底板及箱趾以上箱体截面积A=13.5×19.25=259.875 m2空箱排水体积V空排=2631.97/1.025=2567.78 m3空箱吃水T空=(2567.78 -19.25-7.7-26.95-0.963)/ 259.875=9.67m 三、沉箱浮稳计算1、设浮稳注水高度h稳=4.646m（箱15个格舱均注此高度）该水体积为V注水=3.55×4.1×4.646×15=1014.338m3该水重量P注水=1.025×1014.338=1039.696t2、沉箱重心高度设沉箱重心高度为X0X0=ΣViYi/V总=10486.087/1498.609=6.997m3、沉箱吃水T0（1）箱总重：注水后沉箱总重P总= V总×2.45=3671.591t（2）箱总排水体积V排=3671.591/1.025=3582.04m3（3）沉箱吃水T= (V排—V趾)/ A=(3582.04-7.7-19.25) /259.875=13.68m注：A= 19.25×13.5=259.875m2（4）干舷高度F=H-T=20-13.68=6.32 m＞B/2×tgθ+2h/3+0.75=2.149mH = 20m B = 13.5m T = 13.68m θ = 7º h = 0.75干舷高度满足要求。

（5）浮心高度 y w = （V－u）T/2+uy uV=6.791m（6）重心到浮心距离a=6.997-6.791=0.206m Arrayρ = （×4.1×4.1×4.1×15/12）/ 3582.04=1.016m其中，I=LB3/12，L为沉箱长度，B为沉箱在吃水面处宽度。

2.5沉箱浮游稳定计算（以CX1为例进行计算）沉箱设计图如下一、重心位置计算沉箱共分五个部分（各部分如上图所示），各部分体积分别设为V1～V5，各部分重心坐标设为（x i，z i）（i=1…5）。

V1=0.5×1.0×21.4=10.7m3x1=1/2=0.5mz1=0.5/2=0.25 mV2=21.4×0.4×（1/2）=4.28 m3x2=1×（2/3）=0.667 mz2=0.5+（0.4/3）=0.633 mV3=10×21.4×14.8=3167.2 m3x3=1+（10/2）=6 mz3=14.8/2=7.4 mV4=-10×（4×4.58－0.2×0.2×2）×（14.8－0.7）=-2571.84 m3x4=1.32+（11－1.32－0.32）/2=6.0 mz4=（14.8－0.7）/2+0.7=7.75 m4.58－0.4=4.18V5=-10×（1/3）×0.2×（4×4.58+3.6×4.18+(4×4.58×3.6×4.18) )=-33.31 m3x5=1.32+(11－1.32－0.32)/2=6.0 mz5=0.5+0.11=0.61 m沉箱的总体积：V=∑V i总=V1+V2+V3+V4+V5=10.7+4.28+3167.2－2571.84－33.31=577.03 m3沉箱的重心坐标设为（x，z）x=（∑V i x i）/V总=（V1x1+V2x2+V3x3+V4x4+V5x5）/V总=（10.7×0.5+4.28×0.667+3167.2×6－2571.84×6.0－33.31×6.0）/577.03 =3380.5/577.03=5.858 mz=（∑V i z i）/V总=（V1z1+V2z2+V3z3+V4z4+V5z5）/V总=（10.7×0.25+4.28×0.633+3167.2×7.40－2571.84×7.75－33.31×0.61）/577.03 =3490.585/577.03=6.05m二、浮心位置计算：假设沉箱处于正浮状态时，其吃水深度为h空载吃水，海水比重为γ海水=1.03t/ m3，γ砼=2.40 t/ m3。