青島永泰長(zhǎng)榮
標(biāo)題: 高壓氣囊工藝在沉箱碼頭施工中的應(yīng)用 [打印本頁(yè)]
作者: 永泰長(zhǎng)榮 時(shí)間: 2023-12-30 17:38
標(biāo)題: 高壓氣囊工藝在沉箱碼頭施工中的應(yīng)用
高壓氣囊頂升、拖運(yùn)巨型沉箱工藝與傳統(tǒng)的千斤頂、臺(tái)車(chē)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(guó)港口建設(shè)事業(yè)的發(fā)展，深水泊位的 建設(shè)越來(lái)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(guó)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(duì)其頂升、出運(yùn)及安裝造成了 一定的困難，原來(lái)的千斤頂頂升和滑車(chē)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(guò)渡段，2個(gè)沉箱翼墻段)。每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)段長(zhǎng)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(lái)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(guó)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(wàn)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(lèi)型比較
2.2 對(duì)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(duì)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(zhǎng)度為15.5m; 拖運(yùn)氣囊 的囊徑為1000mm, 頂升氣囊的總長(zhǎng)度為15.5m;
拖運(yùn)氣囊的總長(zhǎng)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(duì)預(yù)制場(chǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(chǎng)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(duì) 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(duì)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(zhǎng)氣囊的使用壽命。
與臺(tái)車(chē)拖運(yùn)沉箱工藝所不同，氣囊頂升工藝 需要在預(yù)制場(chǎng)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(duì)氣囊管溝進(jìn)行徹底的清理，以防廢鋼 筋頭等尖銳物對(duì)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(duì)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(mén)的吊運(yùn)和搬運(yùn) 設(shè)備，僅靠現(xiàn)場(chǎng)的塔吊和小型機(jī)械及操作人員就 可完成：
2)與臺(tái)車(chē)拖運(yùn)沉箱工藝不同的是需在施工現(xiàn) 場(chǎng)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(tái)、1m3儲(chǔ)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(tái)車(chē)拖運(yùn)沉箱工藝相同的設(shè)備有： 8t卷?yè)P(yáng)機(jī)6臺(tái)、200kW發(fā)電機(jī)1組、五五滑輪組 6組、對(duì)講機(jī)和測(cè)量?jī)x器等。
4 勞動(dòng)力組織
因氣囊體積相對(duì)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?yè)P(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(tái)車(chē)工 藝相比操作人員相對(duì)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。
5 工藝技術(shù)和經(jīng)濟(jì)分析
5.1 技術(shù)指標(biāo)
根據(jù)本工程沉箱的重量及尺寸，采用氣囊直 徑1000mm, 頂升氣囊長(zhǎng)度15.5 m (有效長(zhǎng)度 14.44m),拖運(yùn)氣囊長(zhǎng)度16.7m (有效長(zhǎng)度15.7m)。
采用氣囊頂升時(shí)，需預(yù)先在地坪內(nèi)做好穿頂 升氣囊的砼管溝，此管溝必須滿足抗壓要求。根 據(jù)本工程的沉箱重量(17770kN), 采用3條頂升 氣囊，氣囊的設(shè)計(jì)工作壓力為0.7MPa, 當(dāng)頂升沉 箱450 mm 高時(shí)(包括氣囊管溝高度200mm), 氣 囊受壓面寬度0.86m, 理論計(jì)算壓力為0.55MPa, 實(shí)際頂升時(shí)氣壓在0.56~0.57 MPa之間，與理論值 基本吻合。
拖運(yùn)時(shí)采用6條氣囊，沉箱離地坪高度0.4m, 氣囊受壓面寬0.942m, 理論計(jì)算拖運(yùn)沉箱時(shí)氣囊 壓力為0.2 MPa。
5.2 費(fèi)用分析
根據(jù)理論計(jì)算得知，地坪地基只需稍加處理 即可，鋪筑碾壓塊石墊層(30cm) 的費(fèi)用6.3萬(wàn)元， C20砼地坪(15cm 厚)的費(fèi)用19.44萬(wàn)元； C25 鋼筋砼氣囊管溝蓋板預(yù)制安裝的費(fèi)用4.03萬(wàn)元； 3條頂升氣囊加10條拖運(yùn)氣囊的費(fèi)用30.0萬(wàn)元； 充氣設(shè)備及管路的費(fèi)用2.0萬(wàn)元；以上5項(xiàng)費(fèi)用合 計(jì)為61.77萬(wàn)元，比采用臺(tái)車(chē)工藝成本降低約 44.1萬(wàn)元。
6 采用氣囊頂升、拖運(yùn)工藝的優(yōu)缺點(diǎn)
6.1 優(yōu)點(diǎn)
沉箱的重力通過(guò)氣囊這一柔性接觸物傳遞給 地坪，氣囊對(duì)沉箱、地坪的作用力擴(kuò)散比較均勻， 對(duì)沉箱的保護(hù)比較有利，同時(shí)對(duì)地坪、地基的強(qiáng) 度要求也不高，操作靈活，便于施工，投入的施 工成本和維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用比使用拖車(chē)低得多。
6.2 缺點(diǎn)
需反復(fù)給氣囊充放氣，拖運(yùn)速度比拖車(chē)工藝慢。
7 氣囊頂升、拖運(yùn)沉箱操作要點(diǎn)
7.1 頂升
氣囊在使用前要進(jìn)行充氣壓力試驗(yàn)，試驗(yàn)合 格后將頂升氣囊穿入氣囊管溝，將其擺放平整， 氣囊兩側(cè)間隙均勻，同時(shí)在氣囊端頭與管溝蓋板 接觸處擺放橡膠防護(hù)墊。用橡膠軟管將送氣主管 道與頂升氣囊通過(guò)閥門(mén)連接，同時(shí)確保送氣管路
暢通且充氣氣壓在0.3~0.7 MPa之間。氣囊充氣時(shí) 要循序漸進(jìn)，注意3條氣囊的氣壓均衡，氣囊氣壓 達(dá)到0.42MPa(此時(shí)氣囊高度為250mm) 時(shí)，要 緩慢充氣并注意觀察沉箱是否脫離地面，當(dāng)沉箱 離開(kāi)地坪面約225mm 時(shí)在預(yù)定位置擺放好墊木， 將3條氣囊同時(shí)緩慢放氣，直至溝蓋板落入原來(lái)的 管溝平臺(tái)上后抽出頂升氣囊，氣囊頂升工序完成。
7.2 拖運(yùn)
7.2.1 拖運(yùn)前的準(zhǔn)備工作
在頂升氣囊抽出后應(yīng)檢查沉箱底部是否存 在影響氣囊拖運(yùn)的障礙物。在沉箱距離底部約 1m 處，捆綁與牽引力相匹配的鋼絲繩，并保證 每條鋼絲繩繞沉箱1.75圈，以保證沉箱在拖運(yùn)過(guò) 程中能平穩(wěn)前進(jìn)，沉箱上鋼絲繩的4個(gè)頭分別與 4個(gè)滑輪組的動(dòng)滑輪相連接，滑輪組的定滑輪與地 錨相連接，開(kāi)啟牽引和制動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)使鋼絲繩稍稍 拉緊。按預(yù)定位置將6條拖運(yùn)氣囊穿入沉箱底部， 同時(shí)在沉箱運(yùn)移的前方分別按照一定的間距(約 2m) 各擺放4~8條相同規(guī)格的接應(yīng)氣囊。給沉箱 下面的6條氣囊同時(shí)充氣，充氣時(shí)要注意各條氣囊的氣壓均衡，當(dāng)氣囊內(nèi)壓力達(dá)到0.20 MPa時(shí) (此時(shí)沉箱底離地坪面400 mm), 撤除原支墊沉箱 的墊木。
7.2.2 沉箱的拖運(yùn)
先開(kāi)動(dòng)制動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)放松牽制鋼絲繩，再開(kāi)動(dòng)牽
引卷?yè)P(yáng)機(jī)，要注意各卷?yè)P(yáng)機(jī)同步、協(xié)調(diào)一致，并 控制沉箱的拖運(yùn)速度。沉箱最后端的滾動(dòng)氣囊在 臨近沉箱邊緣1m 左右時(shí)要迅速放氣，嚴(yán)禁氣囊 帶氣壓蹦出。沉箱前面臨近沉箱底部的氣囊要迅 速充氣，當(dāng)氣囊完全滾動(dòng)到沉箱底部時(shí)，該氣囊 應(yīng)達(dá)到與其它氣囊相同的氣壓(0.20 MPa)。將沉 箱后面的氣囊搬到前面并按規(guī)定位置擺放。拖運(yùn)隨著深水泊位的發(fā)展，預(yù)制沉箱的高度越來(lái) 越高，這樣就勢(shì)必增大了沉箱出運(yùn)的難度，有時(shí) 是塢口或航道水深不能滿足沉箱吃水要求，有時(shí) 是浮船塢或半潛駁的下潛深度不能滿足要求。此 時(shí)，必須考慮沉箱的助浮，以減小沉箱的吃水深 度，滿足出運(yùn)要求。
8.1 工藝技術(shù)分析
因現(xiàn)有浮船塢最大下潛深度為13.8m, 而無(wú)助浮氣囊沉箱達(dá)到浮游穩(wěn)定時(shí)的吃水為10.243m, 另加上浮船塢型深(3.8m) 及沉箱墊木(20cm), 需浮船塢下潛14.243m, 故需采用助浮，使浮船 塢下潛深度控制在13.8m 內(nèi)。具體做法是在沉箱 第2層墻頂位置(距離沉箱底5.4m處),利用原 有砼分層澆注支模時(shí)的預(yù)埋圓臺(tái)螺母，重新加工 帶有螺栓的拉環(huán)(單個(gè)拉環(huán)的容許拉應(yīng)力為40kN), 將拉環(huán)分別固定在沉箱四周的圓臺(tái)螺母里，助浮 氣囊的半徑R=1.25m 、有效長(zhǎng)度L=10m, 氣囊允 許最大壓力為0.2MPa, 工作壓力為0.11 MPa, 每 條氣囊在海水中所受到的浮力為560.25 kN,4 條 氣囊共受浮力為2241kN。 增加4條助浮氣囊后， 沉箱達(dá)到浮游穩(wěn)定時(shí)的吃水為9.375 m, 需浮船塢 下潛13.375m, 滿足要求。每條氣囊采用8條綁帶固定在沉箱壁的16個(gè)拉環(huán)上，每條綁帶可承受 80kN 的拉力，具體施工時(shí)，用3條綁帶將自質(zhì)量 約2000kg 的氣囊通過(guò)塔吊安裝在預(yù)定位置，將 氣囊擺放平整，用充氣裝置給氣囊充氣，待氣囊 內(nèi)壓力達(dá)到0.11 MPa時(shí)停止充氣，檢查氣囊的固 定和連接裝置牢固可靠后，準(zhǔn)備出運(yùn)沉箱工作。
8.2 采用氣囊助浮與鋼浮筒助浮沉箱出運(yùn)的優(yōu)缺點(diǎn)比較
氣囊質(zhì)量小，單條氣囊質(zhì)量只有2t, 便于安 裝和拆卸，利用現(xiàn)有的行走塔吊或浮船塢上的吊 機(jī)就能完成，而鋼浮筒質(zhì)量大，要達(dá)到與氣囊相 同的助浮效果，單個(gè)質(zhì)量在10t 以上， 一般吊機(jī) 難以完成，特別是水下的拆除難度更加大。
氣囊無(wú)須單獨(dú)預(yù)埋固定鐵件，直接利用支設(shè) 模板用的預(yù)埋圓臺(tái)螺母即可，方便、快捷，而鋼 浮筒需單獨(dú)預(yù)埋鐵件，施工難度大大增加。
氣囊助浮只需利用閥門(mén)進(jìn)行充放氣操作，操 作方便，安全性高，而鋼浮筒需增加進(jìn)、排水系 統(tǒng)和外部電源，操作復(fù)雜，施工難度大。
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聲明：以上有關(guān)船用氣囊和橡膠護(hù)舷的資料部分會(huì)青島永泰長(zhǎng)榮工廠技術(shù)資料，也有網(wǎng)絡(luò)上搜集下載所得，本著氣囊護(hù)舷行業(yè)資料共享的精神，我們拿出來(lái)分享，如有侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系0532-84592888刪除，謝謝
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