青島永泰長榮
標(biāo)題: 高壓氣囊工藝在沉箱碼頭施工中的應(yīng)用1 [打印本頁]
作者: 永泰長榮 時間: 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1
高壓氣囊工藝在沉箱碼頭施工中的應(yīng)用
[內(nèi)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(shè)備、經(jīng)濟成本、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 擴大了氣囊的應(yīng)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(shè)事業(yè)的發(fā)展，深水泊位碼頭的建設(shè)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(shè)方和設(shè)計單位 優(yōu)先考慮采用的結(jié)構(gòu)形式。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(jīng)濟適用
的方法。
結(jié)合類似工程的成功經(jīng)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(yīng)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(biāo)準(zhǔn)段， 2 個沉箱過渡段， 2 個沉箱翼墻段）。每個標(biāo)準(zhǔn)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(jié)構(gòu)要求：
2.1 高壓氣囊自身的結(jié)構(gòu)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(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) 30， 000kn，其工作壓力達(dá)到 1.2mpa。搬運氣 囊具有相當(dāng)?shù)某休d力和較小的滾動阻力，多條氣囊組合可以搬運數(shù)萬 噸的重物。其中在工程建設(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(chǎn)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(yīng)首先 根據(jù)沉箱的重量（頂升時應(yīng)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(shù)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(jù)施工經(jīng)驗，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=1777*（1+17%） =2079 噸，根據(jù)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(shù)： N= L 總/L0 ;
式中 L0 ——氣囊的承載面長度；
P——氣囊內(nèi)工作壓力；
G——沉箱重量；
H——氣囊的工作高度；
D——氣囊直徑；
并結(jié)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(jié)構(gòu)設(shè)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(hù)作用，在沉箱預(yù)制
時最好將沉箱底面四周設(shè)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(yù)制場地坪上 預(yù)先布設(shè)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?jīng)Q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(shè)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(shè)計為 b 溝=1.6m。管溝基礎(chǔ)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(jié)構(gòu)， 也可采用鋼
結(jié)構(gòu)，要求承載力不小于 30t/㎡。同時注意在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，以免損害氣囊和造成安全事故。
3.工藝設(shè)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(shè)備，僅靠現(xiàn)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(xiàn)場配備充氣設(shè)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(shè)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(shè)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。
5.工藝技術(shù)經(jīng)濟分析、比較：
5.1 采用千斤頂、拖車工藝的費用分析：
①千斤頂及拖車費用。根據(jù)施工經(jīng)驗，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=1777*（1+17%） =2079 噸，考慮安全儲備后需要 500 噸千斤頂至少 6 臺，加上長 L=14.44m
的 2 架臺車，其費用合計 F1=2.0*6+8.0*2=28 萬元；
②地基加固費用。預(yù)制場地使用千斤頂、臺車工藝時，預(yù)制場的地基 需進(jìn)行加固處理，千斤頂下地坪所承受的壓強 P=2079*103*9.8／［2* （0.5/2） 2*4］＝40.75*106N/㎡＝40.75Mpa。處理、加固地基需鋪筑 塊石墊層 50cm 厚并進(jìn)行碾壓密實， V=120*18*0.5*2=2160m3 ，合計費
用 F2 ＝2160*48.6=元＝10.50 萬元。
③地坪澆筑費用。按照 30cm 厚 C25 砼地坪計算，需要澆筑砼 V = L*B*H*N=120*18*0.3*2=1296m3 ，其費用 F3 ＝1296*350=元＝45.36 萬
元。
④ 現(xiàn) 澆 軌 道 梁 費 用 。 按 照 軌 道 梁 為 C25 鋼 筋 砼 ， 需 要 現(xiàn) 澆 砼 V=120*0.6*0.5*4=144m3,軌道梁內(nèi)需要配置鋼筋 1.84t，則現(xiàn)澆鋼筋砼 軌道梁的費用合計為 F4=144*350+1.84*3000=50400+5520 元=5.59 萬
元。
⑤軌道購置、安裝費用。采用兩個臺座預(yù)制沉箱，要考慮沉箱縱向移
動和橫向移動，則需要安裝 P50 鋼軌 552m；合計 F5=16.41 萬元。
以上五項費用合計為： 105.86 萬元。
5.2 采用高壓氣囊頂升、拖運工藝：
①技術(shù)指標(biāo)：
根據(jù)本工程沉箱結(jié)構(gòu)的重量及尺寸，采用氣囊直徑 1000mm，頂升 氣囊長度 15.5m（有效長度 14.44m），拖運氣囊長度 16.7m（有效長度
15.7m）。
采用氣囊頂升時，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（1777t），采用 3 條 頂升氣囊， 氣囊的設(shè)計工作壓力為 0.7MPa，當(dāng)頂升沉箱 45cm 高時（包 括氣囊管溝高度 20cm），氣囊受壓面寬度 3.14*（1-0.45） /2=0.86m， 理 論 計 算 壓 力 為 (1955+0.25*1.8*15*3*2.45)*103*10/ （3*0.86*14.08）=0.55MPa，實際頂升時氣壓在 0.56～0.57Mpa 之間，
與理論基本吻合。
拖運時采用 6 條氣囊， 沉箱離地坪高度 40cm，氣囊受壓面寬 3.14* （1-0.4）/2=0.942m，理論計算拖運沉箱時氣囊壓力為： 1777*103*10/
（6*0.942*15.7） =0.2MPa。
②費用分析：
根據(jù)理論計算得知，地坪地基只需稍加處理即可，鋪筑碾壓塊石 墊層（30cm）的費用 F1=120*18*0.3*2*48.6=6.3 萬元，C20 砼地坪（15cm 厚）的費用 F2=120*18*0.15*2*300=元＝19.44 萬元。 C25 鋼筋砼氣囊 管 溝 蓋 板 預(yù) 制 安 裝 的 費 用 F3 ＝（1.85*1.5*0.25m3*140*400 + 140*10=40250 元＝4.03 萬元。 3 條頂升氣囊加 10 條拖運氣囊的費用 F4=30.0 萬元。充氣設(shè)備及管路的費用 F5=2.0 萬元。以上 5 項費用合
計為 61.77 元，比采用臺車工藝成本降低約 44.1 萬元。
6.采用氣囊頂升、拖運工藝的優(yōu)缺點：
6.1 優(yōu)點：沉箱的重力通過氣囊這一柔性接觸物傳遞給地坪，氣囊對 沉箱、地坪的作用力擴散比較均勻，對沉箱的成品保護(hù)比較有利，同 時對地坪、地基的強度要求也不高，操作靈活，便于施工，投入的施
工成本和維護(hù)保養(yǎng)費用比使用拖車低得多。
6.2 缺點：需反復(fù)給氣囊充放氣，拖運速度比拖車工藝慢。
二、 氣囊在沉箱浮游穩(wěn)定中的助浮作用
隨著深水泊位的發(fā)展，預(yù)制沉箱的高度越來越高，這樣就勢必增 大了沉箱出運的難度， 有時是塢口或航道水深不能滿足沉箱吃水要求， 有時是浮船塢或半潛駁的下潛深度不能滿足要求。此時，不得不考慮 沉箱的助浮，以減小沉箱的吃水深度，滿足沉箱出運要求。我單位目 前施工的沉箱就采用了助浮氣囊工藝來解決浮船塢下潛深度不夠的問
題，經(jīng)濟實用，可操作性高，值得推廣和應(yīng)用。
1. 工藝技術(shù)分析：
因現(xiàn)有浮船塢最大下潛深度為 13.8m，而無助浮氣囊沉箱達(dá)到浮游 穩(wěn)定時的吃水為 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二層墻頂位置（距離沉箱底 5.4m 處），利用原有砼分層澆注支模時的預(yù)埋圓臺螺母， 重新加工帶有螺栓 的拉環(huán)（單個拉環(huán)的容許拉應(yīng)力為 40KN），將拉環(huán)分別固定在沉箱四 周（每側(cè)墻壁上設(shè) 16 個，詳見右圖－附圖 4）的圓臺螺母里，助浮氣 囊的半徑 R=1.25m，有效長度 L=10m，氣囊允許最大壓力為 0.2MPa， 工 作 壓 力 為 0.11MPa ， 每 條 氣 囊 每 入 海 水 中 所 受 到 的 浮 力 ： F1=560.25KN，4 條氣囊共受浮力為 4F1=4*560.25=2241KN。增加 4 條助 浮氣囊后，沉箱達(dá)到浮游穩(wěn)定時的吃水為 9.375m （此計算省略），需 浮船塢下潛 13.375m，滿足要求。每條氣囊采用 8 條綁帶（詳見附圖 5） 固定在沉箱壁的 16 個拉環(huán)上，每條綁帶可承受 80KN 的拉力。具體施
工時，用 3 條綁帶將自重約 2000KG 的氣囊利用塔吊安裝在預(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 0.11MPa 時停止充氣，檢查氣囊的固定和連接裝置牢固可靠后，準(zhǔn)備出運沉箱
工作。
2. 采用氣囊助浮與鋼浮筒助浮沉箱出運的優(yōu)缺點比較
2.1 氣囊重量輕，單條氣囊重量只有 2000KG 多，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就能完成，而鋼浮筒重量大，要 達(dá)到與氣囊相同的助浮效果，單個重量在 10t 以上， 一般吊機難以完 成，特別是水下的拆除難度更加大。
2.2 氣囊無須單獨預(yù)埋固定鐵件，直接利用支設(shè)模板用的預(yù)埋圓臺螺 母即可，方便、快捷，而鋼浮筒需單獨預(yù)埋鐵件，施工難度大大增加。
2.3 氣囊助浮只需利用閥門進(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，施工難渡大。
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聲明：以上有關(guān)船用氣囊和橡膠護(hù)舷的資料部分會青島永泰長榮工廠技術(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，我們拿出來分享，如有侵權(quán)，請聯(lián)系0532-84592888刪除，謝謝
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