氣囊搬運大型沉箱工藝的實踐與總結(jié)

永泰長榮

結(jié)合泉州港石湖碼頭擴(kuò)建技改二期工程施工實踐，總結(jié)氣囊搬運大型沉箱施工工藝，并研究提出沉箱搬運過程防傾 倒的安全措施。

[關(guān)鍵詞] 氣囊 搬運  沉箱  工藝

沉箱結(jié)構(gòu)由于其整體穩(wěn)定性好，水下作業(yè)量小，施工速 度快等優(yōu)點而廣泛應(yīng)用于碼頭、棧橋、防坡堤等海上建筑。  近年來，隨著集裝箱船舶加速大型化，大型深水泊位不斷發(fā) 展，沉箱設(shè)計的外型尺寸越來越大，重量也越來越重，為安  全、經(jīng)濟(jì)合理地出運沉箱，在我省廈門港、漳州港、泉州港、 福州港等港口已廣泛應(yīng)用氣囊搬運大型沉箱工藝。本文結(jié)合  泉州港石湖碼頭擴(kuò)建技改二期工程實例，介紹運用氣囊搬運  大型沉箱工藝，并提出防范沉箱失穩(wěn)傾倒的技術(shù)措施。

2  工程概況

泉州石湖擴(kuò)建二期工程施工區(qū)域位于泉州灣內(nèi)，建設(shè)規(guī) 模為新建1個5萬噸級集裝箱泊位及相應(yīng)的東護(hù)岸工程。碼 頭結(jié)構(gòu)形式為重力式沉箱結(jié)構(gòu)，單個沉箱重964噸，共有32 個沉箱，外型尺寸為11.8×11.5×17.1m,  前趾長1.5m,  箱內(nèi)6 個倉。

3  氣囊搬運沉箱的原理及工藝介紹

3.1 原理

氣囊搬運沉箱的工作原理與滾筒搬運重物的工作原理基 本相同，在沉箱底部放置若干個圓柱形氣囊，氣囊充氣后將 沉箱頂起，卷揚機(jī)牽引沉箱，氣囊滾動，從而帶動沉箱緩慢 移動，將沉箱搬運到目的地。由于氣囊在沉箱的壓力下可以 產(chǎn)生較大變形，增加氣囊與地面的接觸面積，使單位面積的 壓力減少，且受力均勻，故對場地的適應(yīng)性強(qiáng)。

3.2 工藝

氣囊搬運沉箱的工藝及流程如下：

3.2.1 預(yù)制場地平面布置及場地處理

預(yù)制場內(nèi)布置6個沉箱預(yù)制底模、18個存放位置。預(yù)制、 堆放、出運通道場地為回填一年的開山石，厚度5.20m~9.0m,   其下淤泥0.9m~1.5m,  由于沉箱荷載較大，經(jīng)計算，以強(qiáng)夯

法進(jìn)行地基加固處理。強(qiáng)夯處理后，采用20cm 厚的泥結(jié)碎 石整平，25t壓路機(jī)壓實處理，壓路機(jī)壓實后表面平整密實， 無明顯輪跡，再用8cm 厚粗砂作為找平層，平整度±2cm,  表 面平整，無露石或尖狀物。

3.2.2底模布置

沉箱預(yù)制底胎模采用活動式結(jié)構(gòu)，以便于安裝氣囊及沉 箱搬運時底模的拆除。底胎模地基在強(qiáng)夯、整平、壓實處理 后，澆筑厚25cm 的 C30 鋼筋泥凝土底座，底座座頂水平、  平整且高程與地面一致。在鋼筋混凝土底座上采用125 工字  鋼對鎖成活動式底胎模框架，內(nèi)設(shè)6個平行于出運沉箱方向 通長的格倉，格倉內(nèi)填砂，灌水振搗密實，工字鋼上鋪光面  膠合板，膠合板上鋪馬糞紙。當(dāng)沉箱混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計要  求后，拆除底模外框架，用高壓水清除格倉內(nèi)的填砂，沉箱  落座在底模內(nèi)框架 I25 工字鋼上，底模離地25cm。然后在底  胎模格倉內(nèi)安放氣囊，氣囊充氣后頂升沉箱離地40cm 左右， 拆除底模型鋼，做好出運前的準(zhǔn)備工作。

3.2.3牽引系統(tǒng)平面布置

牽引系統(tǒng)由地垅、卷揚機(jī)、滑輪組、固定架及鋼絲繩等 組成，牽引設(shè)備布置見圖1。牽引鋼絲繩通過捆綁在地垅固

定架上的滑輪與捆綁在沉箱上的滑輪作沉箱牽引用。地垅設(shè) 計錨固力為32t,  卷揚機(jī)通過兩片滑輪組變最大牽引力8t 為

32t。

圖 1 卷揚機(jī)牽引沉箱示意圖

3.2.4氣囊的選擇

氣囊采用高強(qiáng)度尼龍纏繞橡膠氣囊。其獨特的整體纏繞成型工藝，使氣囊囊壁無接縫，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)料和優(yōu)質(zhì)的 進(jìn)口橡膠，使同等囊壁厚度的氣囊能承受比一般橡膠更高的 強(qiáng)度，具有吸收沖擊能量大，作用于搬運物單位面積上的壓 力低，沖擊耐疲勞性能優(yōu)異等優(yōu)點。氣囊骨架材料是錦綸簾 子布，錦綸簾子布密度≥95根/10cm 寬，錦綸簾子線的斷裂拉 力≥205.8N/根。囊嘴為鋁合金鑄件。氣囊最大工作壓強(qiáng) 0.2Mpa, 直徑1.0m, 長13.8m,充氣達(dá)到最大工作壓強(qiáng)0.2Mpa 時，工作高度0.4m 。以下計算搬運沉箱所需的氣囊數(shù)量：

F=P·S                                            

( 1 ) 式 中 ，F(xiàn)—單根氣囊承載力；

P— 氣囊工作壓力；考慮其使用的安全性，工作壓力為 最大工作壓強(qiáng)的80%。

S—承載面積之正投影面積(m2)。

S=BL?                                                   

(2)式中， B—承載面寬度，  B=π(D-H)/2 。Lo—      氣

囊承載面長度。

把相關(guān)數(shù)據(jù)代入式(2)得： S=π(D-H)L √2=10.833m2

代入式(1)得：F=173.3t,則氣囊數(shù)量 n=Q/F≈5.6,綜 合考慮，取n=6,  即采用6根氣囊共同搬運1個沉箱。

3.2.5沉箱出運程序

① 檢查供氣系統(tǒng)(包括空壓機(jī)運轉(zhuǎn)、供氣管道、接頭、 閥門、壓力表等)、牽引系統(tǒng)(包括卷揚機(jī)、鋼絲繩、卸扣、 卡環(huán)、地垅等),清掃出運通道及沉箱底部的尖銳物。

② 擁綁鋼絲繩。鋼絲繩捆綁位置離底模約1.3m處，鋼 絲繩與沉箱棱角接觸處用枕木隔開，調(diào)整鋼絲繩兩側(cè)長度相 等，再連接牽引及溜尾鋼絲繩。

③ 高壓水槍沖出隔倉填砂。先拆卸底胎模兩側(cè) I25 型 鋼，用高壓水槍將隔倉填砂沖出，注意均勻沖砂，以免沉箱 底?；A(chǔ)受力不均。清砂順序為先中間后兩邊按順序沖出， 沖出一個槽位即擺入一個氣囊，注意氣囊排列整齊、平行。

④ 充氣頂升。充氣時，6 根氣囊逐一充氣，氣壓從 0.05MPa→0.1MPa→0.16Mpa   分三次充完，停止供氣，關(guān)掉 閥門，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，使各氣囊壓力基本一致。然后拖出支 墊工字鋼，再次檢查沉箱底部有無雜物，最后拆除所有的聯(lián) 接管。

⑤ 沉箱搬運。現(xiàn)場指揮檢查各項準(zhǔn)備工作無誤后，下令  啟動牽引卷揚機(jī)組，拉緊牽引鋼絲繩。沉箱處于位移臨界狀  態(tài)時，暫停牽引，檢查鋼絲繩張緊程度，各滑輪組，導(dǎo)向輪  的轉(zhuǎn)動靈活性，氣囊及沉箱平整情況，氣囊工作壓強(qiáng)等。同  時啟動溜尾卷揚機(jī)組，使溜尾鋼絲繩稍微處于松弛狀態(tài)，然  后在指揮人員的統(tǒng)一指揮下拉動沉箱緩慢向前移動。移動時，

注意觀察沉箱平穩(wěn)和位移情況，同時觀察氣囊滾動和壓力情 況。斜坡段移動時，注意調(diào)整各氣囊的頂升高度(前高后低), 保持沉箱的垂直度和平穩(wěn)性。運行中，溜尾鋼繩跟進(jìn)，既不 與牽引鋼繩抗衡，又能限制沉箱前傾。當(dāng)沉箱前面空出一個 氣囊的間距時，停止?fàn)恳?，再放?個空氣囊，充氣至預(yù)定 壓強(qiáng)值再重新牽引。當(dāng)后面的氣囊即將離開沉箱時，打開排 氣閥排氣。重復(fù)以上步驟，直至沉箱移至預(yù)定位置。

⑥ 擺放枕木、放氣。當(dāng)沉箱移到制定位置后停止?fàn)恳?將各氣囊充氣，頂升沉箱到離地面高度35cm,  在沉箱底順氣 囊間隙處墊上枕木，每個間隙共兩層兩排。枕木120cm× 15cm×20cm。  同時必須迅速調(diào)整氣囊氣壓，讓氣囊頂升高度 一致，且達(dá)35cm。支墊放妥后，氣囊緩慢排氣至沉箱平穩(wěn)降 落在臨時支墊上，停止排氣，觀察地面無明顯沉降后才快速 放氣，抽出氣囊。