起重氣囊在水運(yùn)工程中的應(yīng)用1

永泰長榮

摘要：介紹起重氣囊新工藝在水運(yùn)工程應(yīng)用中具有的優(yōu)勢，給出起重氣囊的相關(guān)技術(shù)參數(shù)，說明其推廣應(yīng)用價值。 關(guān)鍵詞：氣囊；水運(yùn)工程；推廣；應(yīng)用

氣囊應(yīng)用簡介

如今已在工程上投入使用的氣囊主要有：起重 和搬運(yùn)重物用氣囊，船舶上排、下水用氣囊，船用充 氣橡膠靠球，建設(shè)工程用充氣芯模，打撈沉船用氣 囊，船舶壓載用膠囊袋，架設(shè)浮橋和水上管路用氣 囊，運(yùn)輸氣體和液體用的容器等。

船舶上排、下水用氣囊克服了以往中小型船廠 修造船能力受制于固定式下水滑道的弊端，發(fā)展成 為今天極具靈活性的柔性下水技術(shù)，可節(jié)省大筆修 造大型船舶下水滑道的資金。由此可見，氣囊搬運(yùn)技 術(shù)原本主要應(yīng)用于造船行業(yè)，起重和搬運(yùn)重物用的 起重氣囊新工藝就是受沙灘造船氣囊下水工藝的啟 發(fā)，于1997年，利用起重氣囊搬運(yùn)技術(shù)在福建深滬 港臨時預(yù)制場首次搬運(yùn)480 t 重沉箱成功，隨后在 2000年和2003年廣西防城港和汕頭港廣澳一期工 程的施工中，采用該工藝又分別順利搬運(yùn)了500 t 和900 t 重的沉箱，從而為預(yù)制混凝土構(gòu)件的出運(yùn) 開辟了新的途徑。

起重氣囊搬運(yùn)新工藝

起重氣囊搬運(yùn)技術(shù)是在需要移動的構(gòu)件下面，放置若干個圓柱型的膠囊，膠囊充氣后可將構(gòu)件頂 升。牽引構(gòu)件，氣囊滾動使構(gòu)件水平移動。

21  氣囊結(jié)構(gòu)形式

起重氣囊為高強(qiáng)度尼龍纏繞橡膠氣囊，其獨(dú)特 的整體纏繞成型工藝，使氣囊囊壁成為無接縫、各向 強(qiáng)度均衡的復(fù)合結(jié)構(gòu)，再加上高強(qiáng)度的尼龍纖維增 強(qiáng)材料和優(yōu)質(zhì)的進(jìn)口橡膠，使同等的囊壁厚度具有 比一般橡膠更高的強(qiáng)度。具有吸收沖擊能量大，作用 于搬運(yùn)物單位面積上的壓力低，耐沖擊疲勞性能優(yōu)異等優(yōu)點(diǎn)。氣囊骨架材料是錦綸簾子布，囊嘴為鋁合 金鑄件，內(nèi)管絲口(圖1)。

圖1  起重氣囊
22   氣囊的有關(guān)參數(shù)
221   氣囊參數(shù)表
表1  起重氣囊參數(shù)表

種類	直徑 /m	壓 強(qiáng) APa	工作高度 m	載重量/ (t*m*)	壓 強(qiáng) MPa	工作高度 m	載重量/ (t*m-lj
中壓氣囊	8 L0 5 L 8 2.0	013 010 009 008 007 007	02 02 02 02 02 02	12 12.5 14 16.5 18 20	011 009 008 006 005 005	04 05 06 07 08 09	7 7 Z5 Z 5 8 85
高壓氣毒	8 10 12 15 1.8 20	026 020 018  a 16 014  a 14	02 02 0 U 02 02	24 25 28 33 36 40	022 1g 016 @12 010 010	04 05 06 07 08 09	14 14 15 15 16 17
注：載重量系指整只氣囊全長度方向均被壓成同一工作高度時每米長度 的承載能力。

222   囊體承載力計算

囊體承載能力計算公式為：

Q=PS×10

式中：Q——每米囊體承載力(kN );

P—— 氣囊內(nèi)壓力MPa);

S—    氣囊受壓后的橫截面面積(m2)。

氣囊是柔性彈性體，在使用過程中其形狀受構(gòu) 件形狀、地面形狀、構(gòu)件寬度、氣囊長度和擺放位置 等多種因素的影響而改變，所以，承載面積與承載力 也隨著變化。

氣囊的橫截面呈正扁圓形，此時每米囊體的承載力 可參照表1。

氣囊在硬質(zhì)地面水平滾動時，滾動摩擦因數(shù)一 般 取f=005:

223    氣囊的選擇

先根據(jù)構(gòu)件的出運(yùn)邊寬選擇單根氣囊的長度， 再確定出運(yùn)(頂升)高度，由此計算出承載面積，并按 氣囊的許用應(yīng)力計算出所需氣囊的最短總長度，最 后確定氣囊根數(shù)及擺放位置。

氣囊承載面寬度B  與氣囊直徑D  和氣囊工作 高度H 有關(guān)。氣囊受壓后，其截面可看作由直徑為 H  的2個半圓和長度為B 、H 的方形組成(圖2)。

圖2 受壓氣囊橫截面示意圖

承載面寬：B=π(D-H)/2

承載面積：S=BL=π(D-H)Lo/2

單根氣囊的承載力：F=SP=π(D-H)LoP/2

所需氣囊的總長度：

Lg=G/r=2G/[m(D-H)LoP                 ]

式中：Lo—— 單根氣囊的承壓長度；

G—— 構(gòu)件重量

23   氣囊搬運(yùn)工藝

23.1   預(yù)制構(gòu)件底模

當(dāng)用氣囊搬運(yùn)構(gòu)件時，預(yù)制混凝土構(gòu)件需采用 活動底模板，底模板離地Q3~Q7m,         以便于底模

氣囊采用空壓機(jī)供氣，設(shè)置多管路接頭的空氣分配器，多條輸氣管供氣。

23.2   氣囊的擺放                              

根據(jù)構(gòu)件的出運(yùn)方向，本著操作方便的原則均     

勻、對稱擺放。根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的不同，起重氣囊可采   

用通長或左右兩列的排放方法，方向應(yīng)垂直于構(gòu)件   

移動的方向。                                             

23.3   牽引系統(tǒng)                                

牽引系統(tǒng)由卷揚(yáng)機(jī)、滑輪組、鋼絲繩等組成。根     

據(jù)試驗結(jié)果，氣囊在地面起步所需牽引力在氣囊高     

度 為 0 4m  時，約為物件重量的3%,并隨著高度的     

降低而減少。牽引速度宜控制在3m/min   左右。

2. 3. 4 供氣系統(tǒng)   

氣囊采用空壓機(jī)供氣, 設(shè)置多管路接頭的空氣
分配器, 多條輸氣管供氣。

2.3.5    搬運(yùn)程序

1)檢查供氣系統(tǒng)和牽引系統(tǒng)，確保出運(yùn)通道及 構(gòu)件底部無尖銳物。

2)在構(gòu)件底部放入氣囊，注意排列整齊，相互平 行，連結(jié)好供氣管道，連結(jié)好牽引系統(tǒng)。

3)啟動空壓機(jī)同時向各個氣囊供氣，當(dāng)充氣壓 力達(dá)到預(yù)定頂升壓強(qiáng)的80%時，停止供氣。檢查所 有氣囊的壓力表壓強(qiáng)指示值是否一致，不一致時可 向單個氣囊供氣，使各氣囊壓強(qiáng)基本一致，然后繼續(xù) 充氣，直至構(gòu)件離開支承底面。將氣囊的進(jìn)閥關(guān)閉， 停止供氣。

4)拆除所有的聯(lián)接膠管，打開各個氣囊的排氣 閥，進(jìn)行緩慢放氣。當(dāng)氣囊的高度降至出運(yùn)工作高度 時，關(guān)閉排氣閥，檢查調(diào)整各氣囊的壓強(qiáng)基本一致。

5)在指揮人員的統(tǒng)一指揮下，啟動卷揚(yáng)機(jī)，拉動 構(gòu)件緩慢向前移動。當(dāng)構(gòu)件前面空出一個構(gòu)件位置 時，打開排氣閥排氣，并運(yùn)送到預(yù)定位置備用。

6)當(dāng)構(gòu)件移動到預(yù)定位置后，停止?fàn)恳?。在?gòu)件 底部墊上支承枕木，然后氣囊排氣，構(gòu)件平穩(wěn)地落在 支承枕木上。

7)取出氣囊，進(jìn)行下一個構(gòu)件的出運(yùn)。

3、起重氣囊搬運(yùn)新工藝在水運(yùn)工程中應(yīng)用的意義和推廣價值

3。1   經(jīng)濟(jì)實(shí)用

從施工進(jìn)度的保證以及經(jīng)濟(jì)性和安全性等方面 考慮，在工地附近修建臨時預(yù)制場進(jìn)行混凝土構(gòu)件 的預(yù)制已成為發(fā)展方向，但需解決大型構(gòu)件水平運(yùn) 輸設(shè)備的問題。隨著1000t、2000t 重超大型沉箱 等構(gòu)件的出現(xiàn)，采用起重氣囊搬運(yùn)新技術(shù)搬運(yùn)大型 構(gòu)件既實(shí)用又經(jīng)濟(jì)。

起重氣囊搬運(yùn)技術(shù)與常用的臺車搬運(yùn)大型構(gòu)件工藝相比較, 無需購買、建造、鋪設(shè)臺車及其輔助設(shè)施——臺車軌道等, 無需另外購置大噸位的千斤頂,只將氣囊放于構(gòu)件底部, 充氣后用卷揚(yáng)機(jī)牽引構(gòu)件即可輕輕松松地實(shí)現(xiàn)搬運(yùn)目的。

氣囊應(yīng)用在“陸域預(yù)制沉箱半潛駁下水工藝”的沉箱上船工藝中, 降低了大型沉箱由陸地上船時的技術(shù)難度和工程費(fèi)用。氣囊可代替滑道設(shè)施使沉箱下水; 可輔助沉箱水上浮運(yùn), 防止沉箱的傾覆。

3.2 安全穩(wěn)定

  起重氣囊搬運(yùn)新工藝的原理與搬運(yùn)用滾筒相同，但兩者相比較，氣囊的柔韌性使之能更大程度地 適應(yīng)地面和構(gòu)件底板底的局部平整度變化；使搬運(yùn) 過程中不會產(chǎn)生因接觸面不平整導(dǎo)致的輕微顛簸振 動；使構(gòu)件底板底局部不平整處不會產(chǎn)生因硬性擠 壓出現(xiàn)的損傷構(gòu)件的局部應(yīng)力集中。起重氣囊與構(gòu) 件底板和地面之間均有著較滾筒更大的接觸、承壓 面積，會產(chǎn)生更大的摩擦力，從而更有利于構(gòu)件的順 利牽引，不打滑，使其具有滾筒所無法比擬的搬運(yùn)穩(wěn) 定性與安全性。

3.3  工藝簡單施工速度快

起重氣囊新工藝氣囊排氣后可以折疊，可在很 短時間內(nèi)運(yùn)抵施工現(xiàn)場投入作業(yè)，大型構(gòu)件搬運(yùn)施 工任務(wù)完成后，又可很快撤離現(xiàn)場轉(zhuǎn)入新的工地，很  容易回收、存放、再利用。所以，采用氣囊搬運(yùn)新工藝 不但施工工藝簡單，施工速度快，能縮短工期，且可節(jié)省一筆可觀的搬運(yùn)輔助設(shè)施建造成本，具有較好 的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

3.4   成本低

起重氣囊重量較輕，費(fèi)用不高，可搬運(yùn)重達(dá)幾千 噸的大型構(gòu)件(諸如沉箱、卸荷板等)而無需大型起 重設(shè)施，搬運(yùn)構(gòu)件時對地面的平整度和承載能力要 求低，操作簡便，機(jī)動靈活，是一種值得推廣的構(gòu)件 搬運(yùn)新方法。

綜上所述，起重氣囊搬運(yùn)大型混凝土構(gòu)件在水 運(yùn)工程施工中是成熟和經(jīng)濟(jì)實(shí)用的技術(shù)，在水運(yùn)工 程中的應(yīng)用具有高適應(yīng)、高強(qiáng)度、高質(zhì)量、高效益等 優(yōu)勢，尤其對于搬運(yùn)大型重件時更具有省工、省時、 省力、省投資、機(jī)動靈活、安全可靠、綜合經(jīng)濟(jì)效益顯 著等特點(diǎn)，在水運(yùn)工程施工生產(chǎn)等領(lǐng)域中具有較好 的應(yīng)用和發(fā)展前景。