青島永泰長榮
標(biāo)題: 氣囊出運(yùn)沉箱構(gòu)件安全性探討 [打印本頁]
作者: 永泰長榮 時(shí)間: 2023-12-30 17:39
標(biāo)題: 氣囊出運(yùn)沉箱構(gòu)件安全性探討
本文結(jié)合近年來完成的幾個(gè)工程大型沉箱氣囊出運(yùn)施工的實(shí)踐，對該工藝中可能且極易出現(xiàn)的一些安 全問題作了初步的探討。
關(guān)健詞： 氣囊出運(yùn)工藝；安全性能探討
Safety of Caisson Transportation Using Air Cell
Abstract:This paper integrates the practice of caisson transported by air cell at a few projects in recent years,and makes an elementary discussion about the safety problem that is most commonly observed.
Keywords: air cell transportation;safety
1 前 言
氣囊出運(yùn)沉箱等大型構(gòu)件施工工藝，近年來在 我局已普遍使用。從出運(yùn)500t 級(jí)構(gòu)件迅速發(fā)展至 3000t級(jí)，將來構(gòu)件更會(huì)向超高超重方向發(fā)展。經(jīng) 過廣大技術(shù)人員不懈努力，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，不斷改進(jìn)施 工工藝，至今該工藝已有了較大改進(jìn)。但在氣囊出 運(yùn)安全性上，仍有一些相對較為薄弱的環(huán)節(jié)：如何 盡量防止氣囊爆、破；怎樣合理糾偏、施工設(shè)備如 何選型等等均是關(guān)系整個(gè)出運(yùn)流程乃至人身安全、 工程進(jìn)度、效益等方面的重要環(huán)節(jié)。
2 氣囊出運(yùn)基本原理
氣囊搬移重物的工作原理與滾筒搬運(yùn)重物的工 作原理基本相同，但有所區(qū)別。在重物底部與地面 之間有規(guī)律地支墊若于個(gè)滾筒(氣囊),通過外力 牽引，使?jié)L筒(氣囊)向前滾動(dòng)，從而使重物與地
面產(chǎn)生定向相對移動(dòng)，達(dá)到搬移重物的目的。其相
應(yīng)計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式如下：
氣囊承載截面寬度計(jì)算公式： B=1/2π(D-
H)
(1)
氣囊承載面積計(jì)算公式： S=BL=1/2π(D-H)L
(2)氣囊氣壓計(jì)算公式： P=Q/S=2Q [π(D-H)L]-1
(3)式中： D 為氣囊直徑；Q 為構(gòu)件重量；H 為氣囊高度 ；L 為氣囊總有效長度； P 為氣囊充氣壓力； B 為氣囊承載面寬度； S 為承載面積。
滾筒和氣囊搬運(yùn)所不同的是：滾筒與物體呈線 接觸，即滾筒為鋼性體，其與地面和物體間的接觸 點(diǎn)為一條線；而氣囊與物體則為面接觸，氣囊為彈 性體，其與地面和物體的接觸為一個(gè)面，且可通過 調(diào)整氣囊高度來調(diào)整接觸面的大小，成反比。這種 面接觸滾動(dòng)的方法，減輕了對重物接觸面局部的磨 損，且因受力面積大(壓強(qiáng)相對固定),單位面積 受力小，使用中一般僅為0.2～0.3MPa 左右，避 免了因重物支墊面積小而對重物造成損壞；且對地要求相對較低，只需要對地基進(jìn)行處理，面部鋪設(shè)石粉或砂壓實(shí)即可，不像滾筒出運(yùn)需對基礎(chǔ)進(jìn)行硬化，較適合臨時(shí)預(yù)制場的構(gòu)件出運(yùn)。如圖1、圖2 所 示 。
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b,地坪規(guī)向斷面結(jié)構(gòu)示意圖
圖 1 500 t以上沉箱基礎(chǔ)處理示意圖
4 從原材料入手，防氣囊止爆、破措施我們通常使用的氣囊是制成品，由廠家提供。 但因氣囊屬受壓的特種產(chǎn)品，故我們有必要先了解 氣囊的制作工藝，并監(jiān)督廠家按我們的要求進(jìn)行范生產(chǎn)。
4.1 氣囊的制作
氣囊采用硫化工藝，其主要工法是在0 . 8MPa 的壓力條件下，用干燥的壓縮空氣硫化?，F(xiàn)氣囊制 作廠家通常采用的纏繞工藝有兩種：①按0～15°斜角斜繞，稱線圈纏繞法；②按縱橫向一縱二橫交叉纏繞，稱子午線纏繞法。前者在近幾年較常用，后者比前者制作難度稍大，但其爆破強(qiáng)度比前者大約2成，且將 一 部分橫向壓力轉(zhuǎn)化為由縱向簾子布承擔(dān)，增強(qiáng)了氣囊的抵抗扭矩，減少了氣囊縱向伸縮變形，是現(xiàn)今發(fā)展的趨勢。
3 沉箱出運(yùn)工作流程
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圖 2 氣囊平面擺放圖 單位：m
出運(yùn)前準(zhǔn)備 → 高壓水沖出支墊型鋼間填砂 → 氣 |
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囊布置 → 充氣頂升并調(diào)整氣囊氣壓值 → 抽出支墊型 |
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鋼 → 沉箱橫移 → 橫移到位支墊枕木 → 氣囊放氣 → 抽 |
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出橫移氣囊換成縱移氣囊 → 充氣頂升 → 沉箱縱移至 |
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出運(yùn)碼頭前 → 支墊枕木 → 趕潮上駁 → 氣囊加氣 → 抽 |
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出支墊枕木 → 縱移上駁定位 → 支墊枕木 → 駁運(yùn)至現(xiàn) |
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4.2 氣囊爆破壓力與工作壓力的關(guān)系
氣囊的爆破壓力與額定工作壓力的比值不小于
4 . 5,如福州分公司漳州預(yù)制廠現(xiàn)用的額定氣壓為0.3MPa 的氣囊，其爆破壓力可達(dá)1 . 35MPa 。 文 中
0.3MPa 是額定工作氣壓，1 . 35MPa 為在廠家試壓間試壓氣囊的爆破極限均值。
4.3 氣囊材質(zhì)及選型
氣囊的爆破壓力大小，取決于綿綸簾子布及橡 膠的材質(zhì)及制作工藝，其相應(yīng)的材質(zhì)均應(yīng)符合相關(guān) 標(biāo)準(zhǔn)。應(yīng)從原材料入手，選擇質(zhì)量好的氣囊，確保
使用安全。
4.4 氣囊的試壓
在氣囊投人使用前，必須對氣囊進(jìn)行試壓，其 試壓壓強(qiáng)按其額定工作壓力的1 . 25倍控制；氣囊 使用過程中，還須定期進(jìn)行試壓測試，并為每條氣 囊建立試壓檔案，監(jiān)控氣囊變形、囊頭鋼板夾變 形、囊身破損情況及氣密性。氣密性指標(biāo)按充氣至 額定工作壓力1 . 25倍后，其10min 后 氣 囊 壓 力 下
降 不 超 過 2 % 控 制 。
根據(jù)生產(chǎn)需要，對氣囊進(jìn)行合理選型是確保出 運(yùn)安全的重要 一環(huán)。氣囊直徑、有效工作長度、額
定氣壓值，均可按前述相關(guān)公式計(jì)算求得。
5 工作狀態(tài)時(shí)，防止氣囊爆裂措施
5.1 氣囊出運(yùn)時(shí)對場地的要求
氣 囊 出 運(yùn) 工 藝 對 場 地 的 要 求 不 高 ， 如 圖 1 所 示，只需對基礎(chǔ)進(jìn)行相對簡單的處理即可滿足使用 要求，較適合臨時(shí)性的預(yù)制廠使用，但也必須注意 以下幾點(diǎn)：
( 1 ) 盡 量 避 免 在 堅(jiān) 硬 的 水 泥 地 面 強(qiáng) 行 摩 擦 滾 動(dòng)。這是因?yàn)闅饽以谶\(yùn)行過程中，理論上是滾動(dòng)摩 擦。但實(shí)際運(yùn)行時(shí)往往存在少量的滑動(dòng)，如果在堅(jiān) 硬的地面上運(yùn)行，則對氣囊面的磨損非常大，地面 會(huì)留下 一道類似于剎車 一樣的痕跡，且局部會(huì)出現(xiàn)
斷線、掉皮等現(xiàn)象。
若 一定要在堅(jiān)硬的水泥地面通過，須適當(dāng)提高 構(gòu)件運(yùn)行高度，亦即提高氣囊氣壓，同時(shí)在地面上 鋪設(shè) 一 層厚約5cm 的 濕 砂 ， 可 適 當(dāng) 減 少 此 滑 動(dòng) 摩 擦，起到保護(hù)氣囊的作用。其機(jī)理為：氣囊在濕砂
面運(yùn)行過程中產(chǎn)生的少量滑動(dòng)，通過濕砂的相對移
動(dòng)，使氣囊減少了與硬質(zhì)地面的直接接觸，從而減 少了氣囊的摩擦；適當(dāng)提高沉箱運(yùn)行高度，旨在增 加氣囊運(yùn)行高度，從前述公式可知，氣囊運(yùn)行高度 與水平牽引力和氣囊摩擦力均成反比，高度增加 了，氣囊的摩擦力會(huì)減小，則其產(chǎn)生的滑動(dòng)也會(huì)減
小 。
(2)杜絕在摩擦系數(shù)不同的地面上運(yùn)行。在摩 擦系數(shù)不同的地面上運(yùn)行會(huì)出現(xiàn)打扭的現(xiàn)象，導(dǎo)致 氣囊受到扭矩過大的破壞，而發(fā)生爆裂，是出運(yùn)安 全較關(guān)鍵的 一環(huán)。出現(xiàn)扭曲，主要由以下幾方面引
起 ：
① 在地面不同的摩擦系數(shù)的條件下，氣囊相對 于不同的地面其滑動(dòng)距離是不同的，從而使氣囊會(huì) 打扭。扭轉(zhuǎn)部位出現(xiàn)斜截面抗剪破壞，氣囊發(fā)生爆
炸，或出現(xiàn)較多的斷絲及掉線的現(xiàn)象。
一 旦發(fā)現(xiàn)扭曲，必須立即停止運(yùn)行，做好臨時(shí) 支墊，將扭曲的氣囊放氣抽出，糾正后重新放入構(gòu)
件底部，充氣恢復(fù)運(yùn)行。
②在同樣的地面上，干濕程度不同，也會(huì)導(dǎo)致 氣囊打扭，所以出運(yùn)時(shí)必須注意場地的干濕均勻
度 。
③ 構(gòu)件運(yùn)行高度不 一致時(shí)也會(huì)發(fā)生氣囊打扭。
5.2 氣囊運(yùn)行時(shí)加強(qiáng)對囊頭及囊身檢查
氣囊在運(yùn)行過程中，會(huì)出現(xiàn)前述的各種問題， 尤其是囊身、囊頭的性能情況，將直接影響出運(yùn)的安全。
(1)氣囊頭與囊身銜接處是 一 個(gè)較薄弱的點(diǎn)，
主要是受氣囊制作工藝的限制。囊頭 一般按60°制 作，且比囊身多 一 到二層綿綸簾子布，簾子布銜接 處橡膠熱硫的好壞將直接影響到氣囊自身的安全性 能。且因與囊身直徑不同，在滾動(dòng)過程中，存在不 一 致的線速度，囊頭部位是最快磨損出問題的地 方，且囊頭的鋼板夾直接將端部簾子布夾緊，在出 運(yùn)時(shí)，如因受到構(gòu)件意外擠壓會(huì)產(chǎn)生變形，嚴(yán)重時(shí) 會(huì)導(dǎo)致端部簾子布脫出，在氣囊承壓過程中，會(huì)有 囊頭飛出的危險(xiǎn)，故加強(qiáng)平時(shí)的檢查是至關(guān)重要的一環(huán)。另外囊頭六角螺母 一般為 一顆，且因生銹或運(yùn)行磨損等各方面影響，囊頭部件會(huì)受損，故可要 求廠家采用防銹材料；為防止滑牙，可要求廠家增 設(shè)彈簧墊片，并將六角螺母打雙，以增強(qiáng)囊頭夾板 受力性能。
(2)囊身、囊頭面皮均有一層較厚的橡膠保護(hù) 層，在氣囊周轉(zhuǎn)使用 一 段時(shí)間后，會(huì)出現(xiàn)脫線、掉 皮等現(xiàn)象。較輕微的可直接將脫線用剪刀從其端部 割斷，較嚴(yán)重的必須進(jìn)行修補(bǔ)，按廠家提供的修補(bǔ) 方法即可，現(xiàn)較常用的是熱硫化工藝，較適宜在現(xiàn) 場直接修補(bǔ)，且使用的設(shè)備簡單，時(shí)間短、且便于 操作。
(3)對于特別嚴(yán)重的掉皮或空鼓(空鼓是指氣 囊試充氣后發(fā)現(xiàn)氣囊層與層之間起鼓起泡的現(xiàn)象), 則不得再投入使用，須請廠家進(jìn)行專業(yè)性的修補(bǔ)作 業(yè)。特別嚴(yán)重的現(xiàn)象是指出現(xiàn)較大面積的整片脫落 或 一 層以上的簾子布脫落的現(xiàn)象。這主要是因?yàn)閺S家生產(chǎn)過程中，滲人了雜物，導(dǎo)致橡膠與簾子布之 間粘接不夠，這種現(xiàn)象也極易發(fā)生氣囊突然爆炸。
所以在進(jìn)行氣囊定期檢查時(shí)必須特別關(guān)注。
(4)囊頭出現(xiàn)變形，則須請廠家更換鋼板夾，或進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。
5.3 氣囊在運(yùn)輸、保養(yǎng)、存放、轉(zhuǎn)堆等過程中須 注意的事項(xiàng)
(1)氣囊生產(chǎn)過程中，建議派專人監(jiān)督廠家按 設(shè)計(jì)要求進(jìn)行制作，防止偷工減料或以舊翻新的現(xiàn) 象。
(2)在運(yùn)輸過程中，氣囊占車面積不大，往往 車主為多拉快跑，會(huì)夾裝 一 些其它貨物，對氣囊會(huì)
造成 一 定程度的擠壓和磨損，故應(yīng)注意。
(3)平時(shí)使用過程中，氣囊最好采用吊帶吊運(yùn) 或抬運(yùn)，不得采用鋼絲繩吊運(yùn)。
(4)氣囊應(yīng)經(jīng)常充填滑石粉，以確保囊內(nèi)結(jié)構(gòu) 不至粘結(jié)而發(fā)生破壞。較長時(shí)間不用時(shí)，應(yīng)將囊面 洗凈涼干，內(nèi)充外涂滑石粉，放置在陰涼干燥的地 方。
(5)存放氣囊的地方不得靠近熱源，且不得與 油類、堿類、酸類和有機(jī)溶劑接觸。
(6)氣囊不用時(shí)應(yīng)盡量伸開平放，不得堆疊，不得有氣囊上堆壓重物。
(7)在氣囊出運(yùn)前，必須預(yù)先檢查構(gòu)件底部，
清除構(gòu)件底部雜物特別是鋼筋頭，鐵釘?shù)?。另對?gòu) 件邊緣的倒角須進(jìn)行打磨處理，防止對氣囊造成不必要的破壞。
5.4 其 它
(1)因氣囊造價(jià)不菲，每條造價(jià)約幾萬元，合 理的使用及保養(yǎng)關(guān)系到氣囊的使用壽命，也直接反映到出運(yùn)的各項(xiàng)成本指標(biāo)上。
(2)須從源頭上規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)：在與廠家簽定購銷 合同時(shí)，必須注明氣囊出現(xiàn)非正常損壞時(shí)的相關(guān)事 宜。特別是對氣囊非正常爆炸時(shí)，須明確雙方責(zé) 任；以及出現(xiàn)的 一 些附屬效應(yīng)的解決辦法等。所謂 附屬效應(yīng)是指氣囊出現(xiàn)非正常的爆裂后對沉箱的處 置、或在額定氣壓內(nèi)運(yùn)行時(shí)發(fā)生囊頭飛出、氣囊簾 子布間出現(xiàn)空鼓、氣囊在運(yùn)輸過程中發(fā)生的磨損、 氣囊材質(zhì)有問題、簾子線非正常斷裂等可能造成的影響和損失等后續(xù)效應(yīng)。
(3)雖然氣囊出運(yùn)工藝目前在我局日趨成熟， 但其缺點(diǎn)是顯而易見的，主要是采用人工較多，如 果因施工管理不當(dāng)，容易造成人身傷害事故，故此 在選擇出運(yùn)方式時(shí)必須充分地考慮各方面因素，做 好氣囊出運(yùn)施工的過程控制和預(yù)防預(yù)控措施尤為關(guān)鍵 。
6 氣囊在運(yùn)行過程中的破壞機(jī)理及應(yīng)對措施
根據(jù)近年來對高壓氣囊、超高壓氣囊的多次使用，我局積累了相當(dāng)豐富的經(jīng)驗(yàn)，也完善了相關(guān)的 理論，能較好地將這一工藝運(yùn)用于工程實(shí)踐中。其 間的 一 些破壞機(jī)理應(yīng)是我們探討的重點(diǎn)：氣囊扭曲 后緣何會(huì)爆裂；偏心構(gòu)件出運(yùn)時(shí)為何極易傷及氣囊 頭；地基的不均衡摩擦系數(shù)對氣囊破壞的效果如何等。本文就此例舉二個(gè)較典型的例子供參考：
6.1 氣囊在運(yùn)行過程中發(fā)生爆裂
某預(yù)制廠在進(jìn)行縱移2100t 沉箱過程中，突然
發(fā)生沉箱中部 一 條氣囊爆裂的事故，約5min 后 跟著朝后的相鄰氣囊也爆裂，聲響很大，移動(dòng)工作停 止，人員立即撤離。沉箱尾部在爆裂發(fā)生慢慢著 地，沉箱中部離地約14cm, 爆 裂 后 的 氣 浪 將 石 粉
地面沖出 一深約50cm 深，80cm2 的 坑 。
該事故屬突發(fā)性事故，主要為氣囊非正常爆 裂，檢查發(fā)現(xiàn)氣囊出現(xiàn)扭曲現(xiàn)象，其補(bǔ)救方法如 下：
(1)氣囊頭附近禁止無關(guān)人員靠近，后溜鋼絲
繩適當(dāng)放松，牽引鋼絲繩適當(dāng)收緊。
(2)搶險(xiǎn)人員在沉箱中部先行支墊鋼板，在鋼
板上墊寬約40cm的硬雜木，高度與沉箱離地高度
相 同 。
(3)對沉箱前部氣囊放氣，使支墊枕木受力。
沉箱尾部人員及支墊板材、枕木就位；待沉箱尾部 稍有翹起，人員即在尾部進(jìn)行支墊，因此過程最關(guān) 鍵的就是沉箱中部支墊枕木因受力過大，在短短幾 分鐘內(nèi)就會(huì)被壓扁，故此尾部支墊必須快速有效， 待初次支墊完成后，即停止對前端氣囊放氣。
(4)對前端氣囊充氣，將沉箱中部位置頂高， 再墊入硬雜木，按前述方法反復(fù)進(jìn)行，慢慢將沉箱
尾部墊高至約15cm 即 可 。
(5)將已爆裂的氣囊抽出，換進(jìn)新的氣囊，進(jìn) 行充氣頂升，使沉箱恢復(fù)正常運(yùn)行高度。
6.2 在出運(yùn)過程中沉箱發(fā)生左右高低差太大而導(dǎo) 致無法正常運(yùn)行的狀況
大部分沉箱均存在偏心，個(gè)別偏心矩達(dá)幾百噸 ·米，氣囊按計(jì)算分布于沉箱底部，但因糾偏或場 地影響，時(shí)常會(huì)導(dǎo)致氣囊未按預(yù)定方位運(yùn)行，出現(xiàn) 沉箱左右高低差較大，越走越偏直至無法正常運(yùn)行 的情況。其主要原因?yàn)椋簹饽以诔料涞撞颗で?一 端氣囊承載面寬度已減少；沉箱受偏心矩影響，氣 囊布設(shè)初雖然正常運(yùn)行，但受牽引力不均、場地摩 擦系數(shù)差異及放坡坡向差異等導(dǎo)致氣囊沿沉箱左右 方向偏移，出現(xiàn)沉箱左右高差太大的情況，其基本 現(xiàn)象是沉箱一端接近地面，另一端離地面高度擴(kuò) 大，前端高度較大，尾部接近地面，其最直接的損
害是傷及、壓壞氣囊頭部。如在某預(yù)制廠進(jìn)行的近 1000t 沉箱縱移過程中，就發(fā)生了這種情況。這在 出運(yùn)過程中是不允許出現(xiàn)的異常情況，必須進(jìn)行糾
正，其糾正措施較多，現(xiàn)舉 一 種如下：
(1)立即停止運(yùn)行，將牽引及溜尾鋼絲繩適當(dāng)
受力，保證沉箱停止。
(2)調(diào)整沉箱前后高差，臨時(shí)支墊枕木，加密
中部支墊。
(3)將前面氣囊慢慢放氣，尾部氣囊拖出來， 換上新的氣囊并對其充氣，保證尾部高度漸漸回升 至20cm左右，再將相鄰的氣囊放氣并拖出來，調(diào) 整氣囊位置，再按規(guī)定位置放入，充氣頂升。
(4)按上述方法逐條進(jìn)行調(diào)整即可。
(5)重新檢查出運(yùn)場地及坡向，必要時(shí)進(jìn)行灑 水、填充。
(6)氣囊頭如有損壞的，則須請專業(yè)修理人員
進(jìn)行修理，否則不能再用。
7 結(jié)語
限于相關(guān)的安全試驗(yàn)不足，氣囊至今尚無可供 操作的報(bào)廢標(biāo)準(zhǔn)，對氣囊的老化、斷絲斷線、脫 層、抗扭等均未作細(xì)致的研究。須在以后的研究或
實(shí)踐中進(jìn)行完善。
現(xiàn)部分生產(chǎn)廠家已就此展開了新 一 輪的研究， 在使用新的材料，在氣囊制作工藝上均有所拓展， 氣囊的剛性和耐磨性均有所增強(qiáng)。我們必須注意的 是：在采購、選型等過程中應(yīng)嚴(yán)格把關(guān)，特別是生 產(chǎn)廠家的確定，必須做到知已知彼，嚴(yán)防以次充
好。
綜上所述，在編制氣囊出運(yùn)施工方案時(shí)，須全 面、合理地安排出運(yùn)場地及選擇氣囊型號(hào)，與構(gòu)件 進(jìn)行計(jì)算匹配，進(jìn)行受力分析，確定構(gòu)件偏心矩大 小，設(shè)計(jì)好氣囊布置圖。只要通過細(xì)心分析，精確 計(jì)算，合理籌劃，便可以讓氣囊出運(yùn)工藝更為廣 泛、安全有效地為施工生產(chǎn)提供良好的服務(wù)。
[attach]7553[/attach]
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