高壓氣囊工藝在沉箱碼頭施工中的應(yīng)用1

永泰長(zhǎng)榮

高壓氣囊工藝在沉箱碼頭施工中的應(yīng)用

[內(nèi)容提要]高壓氣囊頂升、拖運(yùn)巨型沉箱工藝與傳統(tǒng)的千斤頂、 臺(tái)車(chē)工藝相比，在工藝設(shè)備、經(jīng)濟(jì)成本、施工技術(shù)等方面具有較大的 優(yōu)越性；在自身浮游不穩(wěn)定吃水深度較大的巨型沉箱中的應(yīng)用，更是 擴(kuò)大了氣囊的應(yīng)用范圍，減小了沉箱吃水深度，解決了浮船塢下潛深

度不足的難題。

[主題詞]高壓氣囊；頂升；拖運(yùn)；助浮

隨著我國(guó)港口建設(shè)事業(yè)的發(fā)展，深水泊位碼頭的建設(shè)越來(lái)越受重 視，也是地方港口增加吞吐量，擴(kuò)大競(jìng)爭(zhēng)能力的有力武器。而在深水 泊位碼頭的施工中，巨型沉箱工藝，因其減少水下工程量，  一次性出 水，施工速度快，碼頭的整體穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，是建設(shè)方和設(shè)計(jì)單位 優(yōu)先考慮采用的結(jié)構(gòu)形式。目前國(guó)內(nèi)預(yù)制沉箱的重量從幾百噸逐漸向 大型化發(fā)展至數(shù)千噸。但沉箱重量的提高對(duì)其頂升、出運(yùn)及安裝造成 了一定的困難，原來(lái)的千斤頂頂升和滑車(chē)拖運(yùn)工藝已不是最經(jīng)濟(jì)適用

的方法。

結(jié)合類似工程的成功經(jīng)驗(yàn)和本工程的實(shí)際情況，我單位采用氣囊

頂升、拖運(yùn)、助浮巨型沉箱的施工工藝，值得推廣和應(yīng)用。

一、 高壓氣囊頂升、拖運(yùn)巨型沉箱工藝

1． 工程概況：由我單位承建的龍口港某工程，共有沉箱 23 個(gè)， 23 段 （19 個(gè)沉箱標(biāo)準(zhǔn)段，  2 個(gè)沉箱過(guò)渡段，  2 個(gè)沉箱翼墻段）。每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)段

長(zhǎng)為 14.5m，需要安裝 1#   沉箱 21 個(gè)， 2# 、3#沉箱各一個(gè)，其中 1#沉箱

最重，尺寸為 14.44*15.7*16.4m，單個(gè)沉箱重量為 1777 噸。

2.工藝結(jié)構(gòu)要求：

2.1 高壓氣囊自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：多功能高強(qiáng)度橡膠氣囊因其良好 的承重、承壓性能，已越來(lái)越廣泛地被應(yīng)用于工程建設(shè)和船舶制造、 打撈等領(lǐng)域。起重氣囊具有巨大的舉升能力，目前國(guó)內(nèi)某公司生產(chǎn)的 單條氣囊的舉升力可達(dá) 30， 000kn，其工作壓力達(dá)到 1.2mpa。搬運(yùn)氣 囊具有相當(dāng)?shù)某休d力和較小的滾動(dòng)阻力，多條氣囊組合可以搬運(yùn)數(shù)萬(wàn) 噸的重物。其中在工程建設(shè)中可廣泛應(yīng)用于大型混凝土預(yù)制件（如沉 箱、箱涵、橋梁等） 。助浮氣囊在不充氣時(shí)體積小、重量輕，  比浮力（浮 力/自重）大，便于水上、水下操作，尤其在深水作業(yè)時(shí)不必像浮筒一

樣考慮水下抗壓強(qiáng)度。

目前能生產(chǎn)此類規(guī)格的氣囊廠家僅山東地區(qū)就有 3、4 家之多， 比 價(jià)、采購(gòu)方便，可針對(duì)不同的工程具體情況專門(mén)定做加工不同規(guī)格的

氣囊。氣囊柔軟韌性高，抗壓、抗磨、耐腐蝕。

2.2 對(duì)沉箱和地坪的要求：采用高壓氣囊頂升和拖運(yùn)沉箱時(shí)，應(yīng)首先 根據(jù)沉箱的重量（頂升時(shí)應(yīng)考慮地坪對(duì)沉箱的吸附力）、囊徑和氣囊的 工作壓力，計(jì)算出所需的氣囊數(shù)量，本工程所采用的頂升、拖運(yùn)氣囊 的囊徑為 1000mm，頂升氣囊的總長(zhǎng)度為 15.5m；拖運(yùn)氣囊的總長(zhǎng)度為 16.7m。氣囊的正常工作壓力為  0.2-0.4mpa  （頂升氣囊的正常工作壓 力為 0.3-0.7mpa），沉箱的重量為 1777t。頂升時(shí)，根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，沉 箱對(duì)預(yù)制場(chǎng)地地坪的粘結(jié)力約為沉箱自重的  17%，則頂起沉箱的頂升

力 G=1777*（1+17%） =2079 噸，根據(jù)以下公式：

①承載面寬：  B=3.14(D-H)/2;

②承載面積：   S=BL0=3.14(D-H) L0 /2;

③單根氣囊的承載力：  F=SP=3.14(D-H) L0P/2;

④所需氣囊的總長(zhǎng)度：  L 總=G L0/F=2G/[3.14(D-H)P];

⑤所需氣囊的根數(shù)：  N=  L 總/L0 ;

式中 L0 ——?dú)饽业某休d面長(zhǎng)度；

P——?dú)饽覂?nèi)工作壓力；

G——沉箱重量；

H——?dú)饽业墓ぷ鞲叨龋?/div>

D——?dú)饽抑睆剑?/div>

并結(jié)合實(shí)際場(chǎng)地情況和可操作性， 可推算出所需頂升氣囊為 3 根， 拖運(yùn)氣囊為 6 根。因氣囊與沉箱和地面的接觸面積大，最大工作壓力  僅為 0.7mpa，且為柔性接觸，因此對(duì)地坪的平整度和強(qiáng)度要求不高，  地坪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為 30cm 厚的二片石墊層和 15cm 厚的 c20 砼，要求地坪  的承載能力不小于 20t/㎡。但考慮到對(duì)氣囊的保護(hù)作用，在沉箱預(yù)制

時(shí)最好將沉箱底面四周設(shè)倒角，以延長(zhǎng)氣囊的使用壽命。

與臺(tái)車(chē)拖運(yùn)沉箱工藝所不同，氣囊頂升工藝需要在預(yù)制場(chǎng)地坪上  預(yù)先布設(shè)三條縱向的管溝， 管溝深度主要由蓋板厚度和墊木厚度決定， 管溝寬度主要由氣囊囊徑?jīng)Q定，因本工程中 :蓋板厚度 h1=25cm；墊木  厚度 h2=20cm;考慮氣囊穿越及頂起后放置墊木，管溝深度必須留出一  定的富裕量，故管溝深度設(shè)計(jì)為 h 溝=45cm。因氣囊囊徑 d=1000mm;氣  囊寬度為 b=πd/2=1.57m;考慮氣囊穿越寬度富裕量，  管溝寬度設(shè)計(jì)為  b 溝=1.6m。管溝基礎(chǔ)較地坪稍做加固處理，  要求承載力不小于 30t/㎡。

管溝蓋板 1.8×1.5×0.25m3,采用 C25 的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)， 也可采用鋼

結(jié)構(gòu)，要求承載力不小于 30t/㎡。同時(shí)注意在頂升前要對(duì)氣囊管溝進(jìn)  行徹底的清理，以防廢鋼筋頭等尖銳物對(duì)氣囊造成損害，在頂升后、  拖運(yùn)前亦要檢查沉箱底面是否平整； 是否存在因漏漿造成的尖銳突起； 以及管溝蓋板頂面的平整情況，若存在對(duì)氣囊有損害的物體，必須進(jìn)

行徹底清除，以免損害氣囊和造成安全事故。

3.工藝設(shè)備要求：

3.1 采用高壓氣囊施工工藝在短距離運(yùn)輸操作時(shí)，因其重量輕，不需 要配備專門(mén)的吊運(yùn)和搬運(yùn)設(shè)備，僅靠現(xiàn)場(chǎng)的塔吊和小型機(jī)械及操作人 員就可完成。

3.2 與臺(tái)車(chē)拖運(yùn)沉箱工藝不同的是需在施工現(xiàn)場(chǎng)配備充氣設(shè)備:6m3  空 壓機(jī)一臺(tái);1m3 儲(chǔ)氣罐一個(gè) ;Ф90mm 充氣管 200m;   Ф90mm 的三通 5 個(gè)； 截止閥 5 個(gè)；快速接頭及壓力表等。氣囊設(shè)備：頂升氣囊 3 條；滾動(dòng) 氣囊 13 條。

3.3 其他與臺(tái)車(chē)拖運(yùn)沉箱工藝相同的設(shè)備有：   8 噸卷?yè)P(yáng)機(jī) 6 臺(tái)； 200kw 發(fā)電機(jī)一組；五五滑輪組 6 組；對(duì)講機(jī)和測(cè)量?jī)x器等。

4.勞動(dòng)力組織方面：

因氣囊體積相對(duì)較大，在搬運(yùn)時(shí)需多人配合操作才能完成，特別是沉 箱拖運(yùn)時(shí)，需要頻繁的移動(dòng)氣囊，另外加上充氣人員、卷?yè)P(yáng)機(jī)操作人

員、指揮人員等共需約 30 人才能完成。因此與臺(tái)車(chē)工藝相比操作人員

相對(duì)較多，施工組織管理強(qiáng)度較大。