港口工程氣壓沉箱的氣囊運(yùn)移與封底裝配技術(shù)探究

永泰長(zhǎng)榮

隨著水工材料和施工技術(shù)的飛躍發(fā)展，氣壓沉箱工藝應(yīng)用越來(lái)越廣泛，文章基于 工程案例，詳細(xì)闡述氣壓沉箱工藝中氣囊運(yùn)移與封底裝配技術(shù)要點(diǎn)，對(duì)采用氣壓沉箱工藝 的港口工程，有技術(shù)參考價(jià)值。

?關(guān)鍵詞：港口工程氣壓沉箱氣囊運(yùn)移封底裝配施工操作技術(shù)探究

氣壓沉箱工藝是在沉箱底部設(shè) 置一個(gè)氣密性較高的鋼砼結(jié)構(gòu)作業(yè) 室，借助自動(dòng)氣壓調(diào)整裝置，向作業(yè) 室內(nèi)注入空氣，避免地下水滲入作業(yè) 室，這樣操作人員就可在作業(yè)室內(nèi)的 無(wú)水環(huán)境中開(kāi)展挖掘。在自身重量、 上部載荷及受控水重力的影響下，箱 體沉至指定深度，最終在作業(yè)室底部 填充混凝土。本研究基于工程案例， 詳細(xì)闡述氣壓沉箱工藝的氣囊運(yùn)移 與封底技術(shù)，為同類(lèi)港口氣壓沉箱工 程應(yīng)用提供研究和技術(shù)參考。

1.案例工程

案例工程位處江南某船塢建造 基地內(nèi)的造船區(qū)，7#碼頭呈東西向分 布，8#碼頭呈南北向分布，兩者垂直 相連，全長(zhǎng)1457m。

7#碼頭長(zhǎng)774m, 碼頭面標(biāo)準(zhǔn)高 度5.8m;  西段長(zhǎng)108m,   底標(biāo)準(zhǔn)高 度-7.0m;  中段長(zhǎng)270m,  底標(biāo)準(zhǔn)高 度-9.0m;  東段長(zhǎng)396m,  底標(biāo)準(zhǔn)高 度-11.0m 。8#碼頭長(zhǎng)683m,  碼頭面 標(biāo)準(zhǔn)高度5.8m;  南段長(zhǎng)322m,   底標(biāo) 準(zhǔn)高度是-9.0m;  北段長(zhǎng)361m, 底標(biāo) 準(zhǔn)高度是-11.0m。

兩碼頭均采用鋼筋砼重力沉箱 結(jié)構(gòu)，下部是沉箱，上部是門(mén)座型起 重機(jī)軌道梁和公共廊道，在墻頂設(shè)置

了公用接頭箱、電動(dòng)絞盤(pán)、系船柱等， 墻側(cè)設(shè)置橡膠護(hù)舷設(shè)施等。在碼頭寬 度區(qū)域內(nèi)，路面鋪置連鎖塊。船塢后 面設(shè)置了電纜管溝以及艙口蓋修理 場(chǎng)，同時(shí)還設(shè)置了電動(dòng)絞盤(pán)及暴風(fēng)系 船柱。

2.氣囊運(yùn)移技術(shù)

2.1氣囊運(yùn)移原理

氣囊運(yùn)移沉箱原理是在需要運(yùn) 移沉箱時(shí)，放置圓筒型高壓氣囊若干 個(gè)，氣囊高壓充氣后，沉箱被墊起， 之后可以借助牽引系統(tǒng)完成沉箱水平 運(yùn)動(dòng)。水工高壓氣囊運(yùn)移技術(shù)，解決 了過(guò)去碼頭水工維修所面臨的移運(yùn) 困難，相較于其他運(yùn)移技術(shù)更省力、 省時(shí)、靈活、安全、投資少、經(jīng)濟(jì)效益

好。

2.2氣囊運(yùn)移大型沉箱工藝

(1)預(yù)制場(chǎng)配置：依照現(xiàn)場(chǎng)預(yù) 制場(chǎng)地以及施工進(jìn)度，沉箱一定要分 6批預(yù)制裝配實(shí)現(xiàn)(半潛駁分兩次入 場(chǎng)裝配),前2次每次運(yùn)移10個(gè)沉箱， 剩余4次每次運(yùn)移8個(gè)沉箱，借助氣囊 縱移或者橫移將沉箱移送至臨時(shí)運(yùn) 輸碼頭。沉箱預(yù)制場(chǎng)長(zhǎng)、寬、深分別 為148m、30m、14.1m。 干船塢兩側(cè) 配置80t 的走行塔吊3座、150m3/h 混 凝土攪拌站、辦公場(chǎng)所、模板存儲(chǔ)場(chǎng)

及鋼筋加工區(qū)等。

(2)預(yù)制沉箱底胎模：在預(yù)制 沉箱底胎模中，需要考慮到氣囊是否 可以置放于沉箱底部，是否利于沉箱 完成水平移位。所以，將沉箱預(yù)制底 胎模設(shè)計(jì)成為活動(dòng)結(jié)構(gòu)，方便放置 氣囊。

(3)氣囊高度：氣囊高度過(guò)低或 者過(guò)高，都不利于運(yùn)移沉箱。氣囊作 業(yè)高度太高，沉箱在運(yùn)移時(shí)的穩(wěn)定性 將降低，并且囊體壓力大對(duì)工作安全 不利。氣囊高度過(guò)低，囊體容易受到 損壞，應(yīng)用壽命亦受到影響，同時(shí)移 送沉箱時(shí)需要更大的牽拉力。從安全 及經(jīng)濟(jì)方面考慮，選取H=400mm  的 氣囊工作高度。

(4)氣囊長(zhǎng)度：氣囊的長(zhǎng)度決 定于氣囊的載承面長(zhǎng)度及氣囊的公 稱(chēng)徑值。其載承面的長(zhǎng)度同沉箱底 板大小有關(guān)。氣囊囊頭伸到沉箱外 面部分不宜太長(zhǎng)，伸出長(zhǎng)度稍高出 氣囊徑值即可。氣囊長(zhǎng)度計(jì)算公式

L=L?+2×0 .866D, 公式中：Lm系為氣 囊載承面長(zhǎng)度(m);L    系為氣囊全長(zhǎng)

(m);D  系為氣囊公稱(chēng)徑值(m)。

(5)沉箱運(yùn)移所需氣囊數(shù)量：依 據(jù)運(yùn)移沉箱重量，結(jié)合安全常數(shù)及氣 囊功效，計(jì)算出運(yùn)移單個(gè)沉箱需要的氣 囊數(shù)量。氣囊數(shù)量計(jì)算公式：N=K?G/

Lo,公式中：N系為滾動(dòng)氣囊個(gè)數(shù)；K:  系為常數(shù)，K?=1.2~1.3;G   系為沉箱 重量(KN);Lo   系為氣囊載承面長(zhǎng)度 (m)。

(6)氣囊的間隔距離：氣囊中心 距通常應(yīng)滿(mǎn)足中心距蕊凈距：A≤3m;  凈距：S≥0.15m。

(7)供氣系統(tǒng)：氣體供應(yīng)系統(tǒng)由 空氣壓縮機(jī)、壓力計(jì)、閥門(mén)、接頭、供 氣管道組成。選擇應(yīng)用空氣壓縮機(jī)一 般以氣囊的總?cè)萘?、充氣時(shí)間和所需 壓力等為依據(jù)。空氣機(jī)儲(chǔ)氣罐應(yīng)裝配 可調(diào)限壓閥，如果多個(gè)氣囊需要同時(shí) 充氣時(shí)，應(yīng)配置帶多管接頭的氣體分 配器。

(8)牽引系統(tǒng)：牽引系統(tǒng)由提升 機(jī)、地錨、鋼絲纜、固定架及滑輪組 等組成。牽引時(shí)在沉箱兩側(cè)，使用2臺(tái) 卷?yè)P(yáng)機(jī)經(jīng)過(guò)滑輪組同步開(kāi)展，為了保 證在沉箱運(yùn)移過(guò)程中的平穩(wěn)與安全， 在沉箱運(yùn)移的反方向，用同樣的牽拉 力計(jì)算。

(9)牽拉力計(jì)算：牽拉力公式 F=K?gf+KQV/T,公式中F系為運(yùn)移沉 箱的牽拉力(KN);Q    系為沉箱自身 重量(t);g   系為重力加速率(m/s2),

g=10m/s2;f 系為氣囊與地表的滾動(dòng) 摩擦常數(shù)，與地表情況和氣囊的工作 高度有關(guān)，通常取f=0.05;V   系為沉 箱移動(dòng)速率 (m/s);T      系為起動(dòng)時(shí) 間；K 系為安全常數(shù)，K=112~115,

取K=112。 經(jīng)計(jì)算，案例港口工程 883t沉箱牽拉力F=563KN。