气囊平移_浮吊整体吊运沉箱下水工艺应用
叙述了气囊平移、浮吊整体吊运沉箱下水施工工艺的方案设计和实施及给工程施工带来的经济效益。关键词：气囊平移；浮吊整体吊运沉箱下水；施工工艺Caisson's Integral Launching Through Translatory Moving by Gasbag and Craning by Floating Crane BargePENG Wei-liang,ZHUANG Lei(Shandong Harbor Constuction Co,Ltd.,Rizhao 276826,China)Abstract:The design and implementation ofcaisson's integral launching through translatory moving by gasbag and craning by floating crane barge,together with the economic benefit are discussed.Keywords:tanslatory moving by gasbag;caisson's integal launching through craning by floating crane barge;construction technology
秦皇岛哈动力出海口工程项目施工中，在没有专业沉箱预制场的情况下，成功应用了气囊平移、浮吊整体吊运沉箱下水的新型施工工艺。气囊平移沉箱工艺，在我国北方地区属首次应用，浮吊整体吊运670t 重的沉箱下水，创下了国内吊运沉箱质量最大的历史记录，而气囊平移与浮吊整体吊运沉箱下水工艺组合使用在国内属首例。
1 工程概况哈动力出海口工程位于山海关船厂防波堤西侧，属业主专用码头，建设规模为3000t级重件 泊位和2000t 级杂货泊位各1个，码头主体结构 为钢筋砼沉箱，共18个，四种型号，见表1。2 方案设计2.1 气囊搬运技术原理和技术参数气囊搬移重物的工作原理与滚杠搬移工作原表1 沉箱参数
沉箱编号数量/个重量/t长度/m宽度/m高度/m
1#366712.111.9510.5
2#255712.111.958.0
3#74569.611.957.5
4#667012.111.9510.5
理基本相同，均是在外力的牵引下，使气囊(滚 筒)向前滚动达到搬移重物的目的，而气囊的柔韧性则能更大程度地适应地面和沉箱底板局部平整度变化，同时气囊与沉箱为面接触，摩擦力大，保护了沉箱底部免受应力集中而损坏，且不打滑， 更有利于沉箱的牵引移动-2]。根据工程实际情况，采用7个直径为1m、长 12 m的高压气囊。在沉箱移运过程中，有5个气 囊承载沉箱的重量，另外2个用作周转使用。气 囊的技术参数如表2。
表2 气囊技术参数
沉箱重量t气囊直径 m气囊工作 高度/m气囊承载面 宽度/m气囊承载 面积/mr
6701.00.21.113.2
气囊个数气囊工作气 压/MPa气囊允许 压力/MPa安全系数气票工作 间距/m
50.10.141.41.5
2.2 浮吊性能参数及吊装方案本工程选用上海打捞局“勇士号”浮吊作为 沉箱吊运船舶，该船配2个500t 起重主钩，总起 吊能力为1000t, 其技术参数见表3。表3 起重船技术参数
船长/m型宽/m型深/m总吨位 /t净吨位 /t空载吃水/m满载吃水/m起重作业 半径m
80.425.47.7539158633.465.4515(670t)
根据该船起重性能及沉箱具体情况，选用8个 吊孔进行沉箱吊装，吊装方案效果见图1。
图1 沉箱吊装效果图2.3吊孔设计为减少各吊点受力不均，沉箱吊装采用吊孔 方式，在沉箱前后墙分别设置φ325mm 吊 孔 ( 采 用φ325 mm 钢管制作，壁厚5mm)4个，吊孔距沉箱顶部2.0m, 具体布置见图1。为保证吊孔上 部砼局部承压强度满足要求，吊孔采用吊筋加强 措施，每个吊孔配有4根φ40mm 圆钢，吊筋纵向 两侧布设8根φ16mm 的加强筋。2.4吊架及吊索、吊具设计为避免吊运过程中对沉箱及浮吊造成损坏， 在沉箱吊运时，设置钢吊架改变沉箱受力方向。 吊架主结构采用40*工字钢焊制而成，外形平面尺寸 8m×0m, 单向支撑力大于600 kN, 吊运作业时，吊架距沉箱顶部2.0m, 距吊钩14.5 m。连接吊钩与吊架的吊索使用φ80mm 钢丝绳， 共4根，单根长度68 m, 每根钢丝绳双头及中间 挂大钩，下方穿过2个φ300mm 的吊钩与吊架连 接，每股吊索的允许破断拉力为2700kN, 实际受 力不大于450kN,安全系数为6.0;吊架与吊孔连 接的吊索使用φ60mm 无接头钢丝绳共16根，单 根周长8m,每2根为一组。在沉箱壁内外两侧套 住起重销柱，以起吊沉箱，其中沉箱壁外侧的吊索 与起重销柱固定连接，该吊索安全系数为7.0。同时，为满足主吊索φ80 mm 钢丝绳的最小弯 折弧度，在钢吊架每个销栓外圈增设φ40的钢套 管(壁厚50mm,长350mm), 并在钢吊架的每 个销栓开孔两侧使用20mm 厚钢板进行加固，起 重销柱采用A3 钢制作，外形尺寸见图2。 (a) 下吊销尺寸 (b) 上吊销尺寸图 2 吊销尺寸图2.5 沉箱顶升牵引系统和气囊充气系统设计沉箱顶升系统采用4台600t 油压千斤顶，每 2 台一个供油系统，可同步顶升沉箱。沉箱牵引系 统由地垅、卷扬机、导向轮组成，地垅设计锚固力60kN,卷扬机最大牵引力为50kN。气囊采用9m³ 空压机供气，设置与管路接头 的空气分配器，5条输气管可同时供气。
3 施工流程及方法3.1 施工流程 3.2施工方法1)施工准备将沉箱内养护积水及砼等清理干净，沉箱上 部盖上盖板平台；在沉箱后方两侧安设2台50kN卷扬机和导向环，并进行操作试验；承重气囊进 行空载充气检验，压力达到0.175MPa;平整、清 理前移道路，注意清理预埋铁件和石子等，防止 刺破气囊；在沉箱上标识出气囊摆放位置；检查 空压机设备状况。2)顶升沉箱将千斤顶坑盖板移走后，将4个600t 的电动油压千斤顶分别置于4个千斤顶坑内(千斤顶上下各放一块0.6m>06m 厚10mm 钢板),并对正沉箱顶 升中心；千斤顶冲油打压，将沉箱均匀顶升220mm。3)气囊就位并打压充气将5个气囊用塔吊吊起，人工用绳索穿入沉箱 底部，气囊位置应与标识位置一致，(注意气囊排 列整齐，平行于沉箱前后趾，并垂直于前移方向), 沉箱底部共5个气囊，前趾外摆放2个备用气囊。启动空压机同时向5个气囊充气，当充气压 力达到顶升压强0.08MPa 时，停止充气，检查所 有气囊的压力表压强指标是否一致，不一致时可 向单个气囊充气，使5个气囊压强基本一致，然 后再第二次同时充气打压至预定压强0.122 MPa。气囊达到预定压强0.122 MPa后，沉箱的重力 已由气囊均匀承受，千斤顶已不受力，此时，放 松千斤顶油压，并将其搬出千斤顶坑。4)沉箱平移在沉箱开始移动前，用钢丝绳捆绑好沉箱， 启动2台卷扬机使牵引钢丝绳带劲，并使牵引钢 丝绳尽量与地面保持平行。准备就绪后，在指挥人员的统一指挥下，同时开动2台卷扬机(保证同步移动，保持沉箱前 移横向稳定),拉动沉箱缓慢平移，平移速度保持 在 2 ~ m/min 范围内，当沉箱前移1.5 m 左右时， 暂停沉箱平移，塞入第6个气囊，充气打压至0.122 MPa, 再开动卷扬机牵引沉箱平移1.5m左 右，塞入第7个气囊，并充气打压至0.122 MPa,重复以上操作，直至沉箱前移至1000t 起重船作 业半径内(注意：在沉箱平移的过程中，始终保 持5个气囊承受沉箱重力)。在气囊使用过程中，应注意以下问题： ①严格控制使用压力，不得超压使用；②尽量避免气囊长度方向产生扭曲，不在地 面上拖拉气囊；③在沉箱平移过程，在最后的气囊推出沉箱 底部的过程中应逐步放气减压， 一是利于气囊平 移退出，防止突然蹦出，二是保持沉箱前高后低， 利于控制沉箱发生溜滑现象。当沉箱移动到预定位置后，停止牵引，在沉 箱底部四周指定位置上垫上支撑枕木，然后气囊 排气，并使沉箱平稳地落在支撑枕木上，气囊取 出后准备进行下一个沉箱出运。5)浮吊吊运沉箱下水在浮吊吊运沉箱之前，1000t 浮吊在拖轮的 辅助下，下两口后锚，前缆由锚艇协助带至施工 码头系缆桩上，浮吊通过绞动锚缆靠码头前站并 垂直于前沿定位。浮吊大致定位后，下落起重大钩，起重工挂 上吊装架和索具，然后浮吊起开大钩，在指挥人 员的统一指挥下，准确对位，通过起重船起、伏 扒杆及起降大钩，起重工将吊装插销穿入沉箱吊 孔内，同时把起重船另一端的起重吊索套住插销， 并将吊索防脱锚栓插入到位，浮吊起开大钩，平 稳起吊沉箱，沉箱吊起距地面约1m 后，浮吊绞动 锚缆后墩，并下降大钩使沉箱落于水中约4m,随 后，浮吊在拖轮的辅助下起锚，自航至施工现场， 下锚后进行沉箱安装。
4 经济效益比较根据本工程实际情况，沉箱出运有3种方案 可以选择，施工成本分析如下： 1)气囊平移、浮吊吊运沉箱下水方案。修建 临时施工码头成本160万元(每延米造价4万 元),后方简易沉箱预制场成本30万元，浮吊租 费255万元，气囊、吊索、吊具及其他辅助设备 35万元，共计投入施工费用480万元。2)沉箱直接在半潜驳上预制并出运下水方 案。水上爆破清渣形成沉坞坑，施工成本450万 元，半潜驳坞租费270万元，以上合计投入施工 费用720万元。3)修建130m 临时施工码头岸线，1000 t 浮吊直接吊运沉箱下水方案。18个沉箱预制、 出运需2次进行，临时施工码头建设费520万元， 1000t 浮吊租费335万元，吊索吊具费用28万元，以上合计投入费用883万元。通过上述分析比较，采用气囊平移、浮吊整 体吊运沉箱下水工艺方案在经济效益上较其他方 案有很大的优越性。5结语采用该施工工艺，仅用10d 时间，安全顺利 地完成了18个沉箱的的下水出运。采用气囊平移、浮吊吊运沉箱下水工艺与常用的台车搬运、 浮坞出运沉箱下水工艺比较，无需建造、铺设台车轨道等辅助设施，无需降低沉箱台座地面高程及场地基础的特别处理加强，从而加大了预制场的使用功能；且气囊费用低，重量轻，易于搬运周转。同时，浮吊与专用浮船坞相比，船机租赁市场较大，利于施工工期的保证。由此可见，采用气囊平移、浮吊吊运沉箱下 水施工工艺，不但工艺简单，施工速度快，能缩 短工期(简易沉箱预制场1个月时间即可建设完 成),而且可以大幅度地降低沉箱预制场建设成 本，具有较高的经济效益和社会效益，特别对于 建设规模不大的沉箱重力式中小型水运工程和船 机设备有限的中小型水运施工企业，本文所介绍 的施工工艺有着广阔的发展前景。
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