气囊搬运技术在码头大型沉箱施工的应用
气囊搬运技术在码头大型 沉箱施工的应用Air-BagHandlingTechniqueAppliedtoLarge Caisson Construction for Wharf Eng ineerin气囊陆上搬运码头大型沉箱是一项技术先进、经济实用、适应性强的工程施工技术。阐述了气囊搬运的工作原 理，以汕头广澳港区一期码头工程为实例，介绍气囊技术在陆上搬运大型沉箱施工中的应用，与其它搬运方案比较，经费节约40%。【关键词】沉箱搬运高压气囊 应用
0前言随着国民经济的飞速发展，我国港口建设的规模越 来越大，其中大型重力式码头的单个沉箱重量已达1000 t 以上。对这些超级沉箱若仍采用在已有的码头前沿预 制，由大型起重设备出运、安装的工艺已不适应工程施工 的需要。如采用陆上预制、滑道下水或坞内预制后起浮出 运的工艺则又受到投资成本、工期、场地条件等多方面的 制约。如何解决这一问题已直接关系到企业的生存空间 和市场竞争能力。为突破大型沉箱陆上运输的技术瓶颈， 寻求科学、经济的技术工艺，我局结合汕头港广澳一期码 头工程，研究高压气囊搬运技术在大型沉箱施工中的应 用 。
1工程概况汕头港广澳港区一期码头水工结构及护岸工程为新 建两个2万t 级轮船泊位(2*、3泊位)和一个滚装船泊位 及相应的护岸工程。其中，2*、3*泊位总长435 mm;滚装船 泊位长147 m。码头为重力式沉箱结构。由于海潮落差小昨者简介】刘亚东，男，高工，联系地址：福建厦门湖星云航大厦 (361006),电话：13950008484(高国庆)。敢稿日期】2005-11-02和胸墙断面结构的需要，沉箱的顶标高在设计低水位以 下约1 m 。3个泊位共有单件重约900 t 的沉箱49件。2气囊搬运技术简介2.1气囊搬运的工作原理气囊搬运沉箱的工作原理是在需要移动的大型构件 下面，放置若干个圆柱型的气囊，气囊通过供气系统充气 后将构件顶升：并开启牵引系统，气囊滚动使构件实现水 平移动。2.2气囊结构形式、性能、技术参数我国船舶业已成功运用气囊进行船舶的上排、下水， 国家也颁发了《船舶上排、下水用气囊》标准(CB/T3795— 1996)和《船舶用气囊上排、下水工艺要求》标准(CB/3837—1998)。气囊分为低压、中压、高压三种。本工程应用的气囊属高压气囊类型。2.2,1结构形式本次搬运沉箱的气囊设计为长圆柱形，其结构由橡 胶和锦纶帘子布分3层构成。考虑到长期浸泡在海水中， 其内外层加工均为橡胶层，中间是锦纶帘子布层，其用于中压气囊时帘子布为3层，用于高压气囊时帘子布为6层；锦纶帘子布的密度为95根A0cm 宽，锦纶绳的拉断力为280 N/根：其中高压气囊的断面厚度约10 mm 左右。气囊的纵断面形式见图1。2.2.2 性能与技术参数气囊内外层胶力学性能见表1,技术参数见表2。 表1气囊内外层胶力学性能表
序号项目名称指 标检测标准号
外层胶内层胶
1批断强度/MP18≥10GB/T528
2扯断伸长率/%≥400
3硬度，(邵氏A)硬度50,7040.50GB/T531
4扯断强度老化系数/%≥80GB/T3512
5扯断伸长率老化系数/%
6硬度变化，(邵氏A)硬度≤80GB/T531
2.3气囊承载力单个承载力计算公式：Q=P×S×103式中 Q——承载力/kN;p 气囊内压力/Mpa;S——承载面积之正投影面积，S=BLN/m²;B——承载面宽度，B=D-HY2/m;Lo——气囊承载面长度/m。 图1 气囊纵断面形式示意
表2 气囊的技术参数
类别气囊直径/m气囊工作(允许) 压力Pe/MPa气囊实验压力Pg/MPa每米气囊体承载力(kN/m)价格( 元 / m ³
工作高度为直径50%工作高度为直径40%工作高度为直径30%
超高压气囊0.80.400.52251302352815
1.00.300.39236283330815
1.20.250.325236283330836
1.50.210.273247297346836
高压气囊0.80.250.30157188218440
1.00.200.24157188220440
1.20.1660.20156188220440
1.50.1340.16158189220473
3 气囊搬运大型沉箱工艺3.1 预制场平面布置此，沉箱的预制底胎模设计为活动式结构，以便放置气囊。3.4气囊直径的选择选择气囊不仅要考虑安全可靠，同时也要考虑其经
根据施工进度要求及提供的预制场地，沉箱必须分 2批预制安装完成(半潜驳分两次进场安装)。第一批次预制安装24个，第二批次预制安装25个。因此预制场内布置7个沉箱预制底模，设有17个沉箱存放位置(其中3个是通道位置),沉箱通过气囊横移及纵移至临时出运码头。装驳时半潜驳与临时码头对接后同样采用气囊搬运工艺将沉箱平移至半潜驳上。预制场平面布置见图2。 3.2 预制场的地基处理汕头广澳港区一期码头水工工程的预制现场为杂土 填海而造成，未作任何处理。为确保预制场地的地基承载 力，对地基进行强夯处理，在沉箱出运通道及堆放处铺 20cm 泥结碎石，进行整平碾压处理，然后用8cm 厚粗砂 作为找平层，保证地基的密实和平整度，以确保气囊搬运 的安全。3.3 沉箱预制底胎模济性。气囊的直径愈大，价格愈高，气囊的成本高；反之， 气囊的直径愈小，允许的气囊工作压力愈大，但对配套设施(如：空压机、压力表、充气管、连接件等)要求高，操作安全性低。综合考虑上述因素，本工程选用直径 D= 1000 mm 的气囊。3.5 气囊工作高度的选择气囊的工作高度过高或过低均不利于沉箱的搬运， 工作高度过高，搬运时沉箱稳性差，同时囊体压力大，不利安全；工作高度过低时囊体容易损坏，影响了气囊的使用寿命：沉箱移动时所需的牵引力也较大。另外，本工程的施工工艺要求：气囊工作高度必须高于底模活动框架高度和垫木高度，综合考虑安全性和经济性，选用气囊工作高度H=400mm。3.6 气囊长度的选择气囊长度的选择是根据气囊的承载面长度和气囊公
沉箱预制底胎模应考虑到气囊能够放置到沉箱底 部，沉箱搬运时底胎模可拆除，实现沉箱的水平移动。为称直径而定，气囊的承载面长度与沉箱的底板尺寸有关。 同时，应考虑气囊囊头伸出沉箱部分不宜过长，一般伸长
长度略大于气囊直径即可。气囊长度的计算公式为： L=L+2×0.866D图2 汕头广澳港区一期码头水工工程预制场布置平面图路接头的空气分配器。3.10牵引系统牵引系统由地锚、卷扬机、滑轮组、固定架及钢丝绳
式中 L——气囊总长/mmL——气囊承载面长度/mD——气囊公称直径/m3.7 搬运沉箱所需滚动气囊数量根据搬运的沉箱重量并考虑安全系数及气囊性能， 即可计算出搬运单个沉箱时所需气囊数量。计算公式如下：
式中 N——滚动气囊数量/个；K——系数，K=1.2~4.3;G——沉箱重量/kN;q——每米气囊体承载力/kN·m;L——气囊承载面长度/m。经计算得出搬运沉箱所需气囊数量N, 并考虑各气 囊间的合理净距，最后确定实际的气囊数量。经计算，本工程N=6。3.8气囊的间距气囊中心距一般应满足：中心距 A≤3 m;净 距 S≥0.5 m。
3.9供气系统供气系统由空压机、供气管道、接头、阀门、压力表等 组成。空压机的选用主要考虑气囊的总容量和充气的时 间以及压力要求等。此外，空气压缩机储气罐应安装可调 节的限压阀：若需多个气囊同时充气时，应设置具有多管等组成。牵引时由两台卷扬机通过滑轮组在沉箱两侧同 步进行，为确保沉箱移动过程的平稳、安全，在沉箱移动 的反方向上用同样的牵引系统进行沉箱移动保护。牵引 系统牵引沉箱示意图见图3。
图3 卷扬机牵引沉箱示意图3.11牵引力计算牵引力F=KQgtKOV/r式中 F——搬运沉箱的牵引力/kN;Q——沉箱自重/t;g——重力加速度，g-10m/3;f——气囊与地面的滚动摩擦系数，与地面情况和气 囊的工作高度有关， 一般取fF=0.05;V——沉箱移动速度/m*s';T——起动时间(从O 至设计移动速度);K——安全系数，取 K=1.2。经计算，汕头广澳港区一期码头工程883 t沉箱牵引力F=563 KN。3.12 工艺流程气囊搬运沉箱的工艺流程如下：
图4 工艺流程4操作要点(1)气囊每次使用前应检查气囊有无损伤，旋紧气囊 嘴螺母，并作无荷载充气试验，充气压力值为该气囊工作 压力的1.25倍。(2)搬运前检查供气系统(包括空压机运转、供气管 道、接头、阀门、压力表等)及牵引系统(包括卷扬机、钢丝 绳、卸扣、卡环、地锚等),清除出运通道及沉箱底部的尖 锐物。沉箱用红丹漆标识好支垫枕木及气囊摆放位置。(3)出运通道要求平整，左右水平高差不得大于50 mm,荷载左右要相对均匀；出运通道可以为砂地、沙土地 或混凝土地，但其承载力应大于使用气囊工作压力的两 倍以上；出运通道坡度应不大于2%。(4)钢丝绳捆绑沉箱的高度位置应低于沉箱重心，并 考虑卷扬机架高度及操作方便等因素。若捆绑位置高于 卷扬机架高度时，牵引时产生的向下分力，增加气囊的摩 擦力，影响气囊使用寿命：若捆绑位置低于卷扬机架高度 时，产生的向上分力，不利于沉箱的稳定。为此，捆绑高度 位置一般控制与卷扬机架等高。(5)气囊的摆放应根据沉箱重心位置对称放置，以利 气囊受力均衡，移动不偏位；气囊摆放应相互平行。(6)充气时，当充气压力达到预定工作压力的80%时， 停止供气，检查所有气囊的压力是否一致，不一致时可向单个气囊供气，使压力基本一致，然后继续充气至气囊工作高度后，停止供气。(7)牵引时，要控制好卷扬机的同步，以保证搬运的平稳、不偏移，确保搬运的安全可靠。5气囊搬运的技术特点(1)无需大型专业预制厂和大型起重设备。利用预制 现场及贝雷桁架门机与塔吊的配合即可解决大型沉箱的 预制，工程成本低，工期得以保证。(2)无需占用较长的码头岸线。(3)对预制场地及运输通道的适应性强，场地处理和 配套设施费用低。由于气囊是以其独特的整体缠绕工艺 成型，囊壁无接缝，各向强度均衡，具有耐磨、抗冲击性， 且气囊是柔软弹性体，适应性强。故采用该技术对预制场地及运输通道的要求不高，产生的场地处理费用低，相应 的配套设施费用也十分低廉。(4)气囊的承载力大，耗能小。(5)易于操作，安全可靠。6结语本工程项目应用气囊搬运技术是非常成功的。从经 济角度来看，从沉箱出坑堆放、平移上半潜驳直至安装， 其费用仅为其他方案的60%。可以说气囊搬运沉箱技术 与半潜驳工艺相结合，是重力式沉箱码头施工技术的一 项重大革新，极大地提高了企业的市场竞争能力。
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