高壓氣囊工藝在沉箱碼頭施工中的應(yīng)用

永泰長榮

高壓氣囊頂升、拖運(yùn)巨型沉箱工藝與傳統(tǒng)的千斤頂、臺車工藝相比，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，解決了浮船 塢下潛深度不足的難題。

關(guān)鍵詞：高壓氣囊；頂升；拖運(yùn)；助浮

Abstract:   Comparing with traditional lifting jack and trolley technology,the technology for caisson lifting up and transportation by high-pressure gasbag has great advantages in equipment,cost and construction technique.The application of high-pressure gasbag for caisson construction, which is characterized by unstable floatation and  greater draft has extended the application scope of gasbags,and solved the dificulty of insufficient submerging depth of floating buoy.

Key   words: high-pressure    gasbag;lifting-up;transport;floatation-promotion

隨著我國港口建設(shè)事業(yè)的發(fā)展，深水泊位的  建設(shè)越來越多。在深水泊位碼頭的建設(shè)中，巨型  沉箱工藝，因其水下工作量少， 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)，在重力  式碼頭中，往往被優(yōu)先考慮采用"。目前國內(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其頂升、出運(yùn)及安裝造成了 一定的困難，原來的千斤頂頂升和滑車拖運(yùn)工藝已  不是最經(jīng)濟(jì)適用的方法。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。

1  工程概況

龍口港東港區(qū)通用泊位工程，共有沉箱23個(gè)，分為23段(19個(gè)沉箱標(biāo)準(zhǔn)段，2個(gè)沉箱過渡段，2個(gè)沉箱翼墻段)。每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)段長為14.5m, 需要安裝1°沉箱21 個(gè)，2°、3"沉箱各1個(gè)，尺寸為14.44m×15.7m×16.4m,單個(gè)沉箱質(zhì)量為1777t。

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)

氣囊柔軟、韌性高、抗壓、抗磨、耐腐蝕。多功能高強(qiáng)度橡膠氣囊因其良好的承重、承壓性能，且價(jià)格低，已越來越廣泛地應(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，目前國內(nèi)某公司生產(chǎn)的單條氣囊的舉升力可達(dá)30000kN,   其工作壓力達(dá)到1.2 MPa。

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)萬噸的重物，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)度叫

表1 3種氣囊類型比較

類別	直徑/m	長度/m	工作壓力/MPa	應(yīng)用實(shí)例
頂升氣囊	0.6~3	1~40	0.2-1.2	沉箱頂升，船能 落墩
滾動(dòng)、搬				沉箱出運(yùn)、輪船
運(yùn)氣囊	0.6~1.8	1~40	0.05~0.5	上排下水
助浮氣囊	0.6~4	任意	0.05-0.3	沉箱助浮、沉船 打撈

2.2 對沉箱和地坪的要求

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)考慮地坪對沉箱的粘結(jié) 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, 頂升氣囊的總長度為15.5m;  拖運(yùn)氣囊 的囊徑為1000mm, 頂升氣囊的總長度為15.5m;

拖運(yùn)氣囊的總長度為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17770kN。頂升時(shí)，根據(jù) 施工經(jīng)驗(yàn)，沉箱對預(yù)制場地地坪的粘結(jié)力約為沉箱 自重的17%,則頂起沉箱的頂升力G為20790kN。

氣囊的計(jì)算公式為：

承載面寬： B=3.14(D-H)/2:

承載面積： S=BL=3.14(D-H)L?/2;

單根氣囊的承載力：F=SP=3.14(D-H)L?P2;  所需氣囊的總長度： Lg=GLJF=2G/3.14(D-H)P]; 所需氣囊的根數(shù)； N=Lg/Lm;

式中：L  為氣囊的承載面長度； P 為氣囊內(nèi)工作 壓 力 ；G 為沉箱重量； H 為氣囊的工作高度；D 為氣囊直徑。根據(jù)公式并結(jié)合實(shí)際場地情況和 可操作性，可推算出需頂升氣囊3根、拖運(yùn)氣 囊6根。因氣囊與沉箱和地面的接觸面積大，最 大作工壓力僅為0.7MPa, 且為柔性接觸，因此對 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

300mm 厚的二片石墊層和150mm 厚的 C20 砼 ， 要求地坪的承載能力不小于200kN/m2。但考慮到  對氣囊的保護(hù)作用，在沉箱預(yù)制時(shí)最好將沉箱底  面4周設(shè)倒角，以延長氣囊的使用壽命。

與臺車拖運(yùn)沉箱工藝所不同，氣囊頂升工藝  需要在預(yù)制場地坪上預(yù)先布設(shè)3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。本工程蓋板厚度  250mm、 墊木厚度200mm;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450mm。 因氣囊囊徑 d=1000mm;  氣囊寬度為b=1.57m,  考慮氣囊穿越寬度富裕量， 管溝寬度設(shè)計(jì)為1.6m。管溝基礎(chǔ)稍做加固處理， 要求承載力不小于300kN/m2。管溝蓋板尺寸為  1.8m×1.5m×0.25m,采用C25 的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。 頂升前要對氣囊管溝進(jìn)行徹底的清理，以防廢鋼  筋頭等尖銳物對氣囊造成損害，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， 若存在對氣囊有損害的物體，必須進(jìn)行徹底清除， 以免損害氣囊，造成安全事故。

3  工藝設(shè)備要求

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，不需要配備專門的吊運(yùn)和搬運(yùn) 設(shè)備，僅靠現(xiàn)場的塔吊和小型機(jī)械及操作人員就 可完成：

2)與臺車拖運(yùn)沉箱工藝不同的是需在施工現(xiàn) 場配備充氣設(shè)備和氣囊設(shè)備。充氣設(shè)備包括6m3  空壓機(jī)1臺、1m3儲氣罐1個(gè)、φ90mm 充氣管  200m、φ90mm 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)備包括頂升氣囊3條、 滾動(dòng)氣囊13條。

3)其它與臺車拖運(yùn)沉箱工藝相同的設(shè)備有： 8t卷揚(yáng)機(jī)6臺、200kW發(fā)電機(jī)1組、五五滑輪組  6組、對講機(jī)和測量儀器等。

4 勞動(dòng)力組織

因氣囊體積相對較大，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)，需要頻繁地

移動(dòng)氣囊，另外加上充氣人員、卷揚(yáng)機(jī)操作人員、 指揮人員等共需約30人才能完成。因此與臺車工 藝相比操作人員相對較多，施工組織管理強(qiáng)度較 大。在沉箱出運(yùn)、安裝前需要有明確的分工。