高壓氣囊工藝在沉箱碼頭施工中的應用1

永泰長榮

高壓氣囊工藝在沉箱碼頭施工中的應用

[內容提要]高壓氣囊頂升、拖運巨型沉箱工藝與傳統(tǒng)的千斤頂、 臺車工藝相比，在工藝設備、經濟成本、施工技術等方面具有較大的 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用，更是 擴大了氣囊的應用范圍，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；助浮

隨著我國港口建設事業(yè)的發(fā)展，深水泊位碼頭的建設越來越受重 視，也是地方港口增加吞吐量，擴大競爭能力的有力武器。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，是建設方和設計單位 優(yōu)先考慮采用的結構形式。目前國內預制沉箱的重量從幾百噸逐漸向 大型化發(fā)展至數千噸。但沉箱重量的提高對其頂升、出運及安裝造成 了一定的困難，原來的千斤頂頂升和滑車拖運工藝已不是最經濟適用

的方法。

結合類似工程的成功經驗和本工程的實際情況，我單位采用氣囊

頂升、拖運、助浮巨型沉箱的施工工藝，值得推廣和應用。

一、 高壓氣囊頂升、拖運巨型沉箱工藝

1． 工程概況：由我單位承建的龍口港某工程，共有沉箱 23 個， 23 段 （19 個沉箱標準段，  2 個沉箱過渡段，  2 個沉箱翼墻段）。每個標準段

長為 14.5m，需要安裝 1#   沉箱 21 個， 2# 、3#沉箱各一個，其中 1#沉箱

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

2.工藝結構要求：

2.1 高壓氣囊自身的結構特點：多功能高強度橡膠氣囊因其良好 的承重、承壓性能，已越來越廣泛地被應用于工程建設和船舶制造、 打撈等領域。起重氣囊具有巨大的舉升能力，目前國內某公司生產的 單條氣囊的舉升力可達 30， 000kn，其工作壓力達到 1.2mpa。搬運氣 囊具有相當的承載力和較小的滾動阻力，多條氣囊組合可以搬運數萬 噸的重物。其中在工程建設中可廣泛應用于大型混凝土預制件（如沉 箱、箱涵、橋梁等） 。助浮氣囊在不充氣時體積小、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)時不必像浮筒一

樣考慮水下抗壓強度。

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

氣囊。氣囊柔軟韌性高，抗壓、抗磨、耐腐蝕。

2.2 對沉箱和地坪的要求：采用高壓氣囊頂升和拖運沉箱時，應首先 根據沉箱的重量（頂升時應考慮地坪對沉箱的吸附力）、囊徑和氣囊的 工作壓力，計算出所需的氣囊數量，本工程所采用的頂升、拖運氣囊 的囊徑為 1000mm，頂升氣囊的總長度為 15.5m；拖運氣囊的總長度為 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 1777t。頂升時，根據施工經驗，沉 箱對預制場地地坪的粘結力約為沉箱自重的  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所需氣囊的總長度：  L 總=G L0/F=2G/[3.14(D-H)P];

⑤所需氣囊的根數：  N=  L 總/L0 ;

式中 L0 ——氣囊的承載面長度；

P——氣囊內工作壓力；

G——沉箱重量；

H——氣囊的工作高度；

D——氣囊直徑；

并結合實際場地情況和可操作性， 可推算出所需頂升氣囊為 3 根， 拖運氣囊為 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，因此對地坪的平整度和強度要求不高，  地坪結構設計為 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/㎡。但考慮到對氣囊的保護作用，在沉箱預制

時最好將沉箱底面四周設倒角，以延長氣囊的使用壽命。

與臺車拖運沉箱工藝所不同，氣囊頂升工藝需要在預制場地坪上  預先布設三條縱向的管溝， 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決定，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，故管溝深度設計為 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，  管溝寬度設計為  b 溝=1.6m。管溝基礎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 的鋼筋混凝土結構， 也可采用鋼

結構，要求承載力不小于 30t/㎡。同時注意在頂升前要對氣囊管溝進  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

行徹底清除，以免損害氣囊和造成安全事故。

3.工藝設備要求：

3.1 采用高壓氣囊施工工藝在短距離運輸操作時，因其重量輕，不需 要配備專門的吊運和搬運設備，僅靠現場的塔吊和小型機械及操作人 員就可完成。

3.2 與臺車拖運沉箱工藝不同的是需在施工現場配備充氣設備:6m3  空 壓機一臺;1m3 儲氣罐一個 ;Ф90mm 充氣管 200m;   Ф90mm 的三通 5 個； 截止閥 5 個；快速接頭及壓力表等。氣囊設備：頂升氣囊 3 條；滾動 氣囊 13 條。

3.3 其他與臺車拖運沉箱工藝相同的設備有：   8 噸卷揚機 6 臺； 200kw 發(fā)電機一組；五五滑輪組 6 組；對講機和測量儀器等。

4.勞動力組織方面：

因氣囊體積相對較大，在搬運時需多人配合操作才能完成，特別是沉 箱拖運時，需要頻繁的移動氣囊，另外加上充氣人員、卷揚機操作人

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，施工組織管理強度較大。