气囊在港口工程施工中的应用
介绍顶升气囊、行走气囊、助浮气囊在工程中应用的优点，重点介绍沉箱顶升的几种主要工艺。关键词； 气囊；顶升气囊；行走气囊；助浮气意
Abstract :Theadvantagesof hoisting gasbag,moving gasbag and floating gasbag in engineering,esp.themain technology of caisson hoisting,are introduced.Key words: gasbhag;hoisting gasbag,moving gasbag;floating gasbag
气囊在近几年的工程施工中逐渐开始推广应 用，特别是在沉箱出运、下水工艺中，经过近几 年的使用摸索，不断改进施工工艺，施工经验逐 渐成熟I-4。它以使用灵活方便，造价低，能够解 决传统工艺中难以解决的技术难题而被许多施工 单位所认可，1 顶升气囊顶升气囊采用先进的硫化、全缠绕等技术， 是可以承受巨大压力的起重气囊，现在最大的工 作压力已达到1.2 MPa 以上，利用这种超高压气囊 进行沉箱的顶升，再使用地沟盖板顶升工艺，与 传统的千斤顶顶升及冲砂顶升相比，有许多优点。1.1 传统的沉箱顶升工艺千斤顶顶升沉箱，即预先在沉箱预制台座上布置千斤顶基础，然后设置地沟，沉箱预制完成后从地沟放置千斤顶，利用千斤顶将沉箱顶升。 以2500t 沉箱为例，需要使用500t 以上的千斤顶6~8个。地基处理需要采用打桩、强夯、加大 基础等工艺，造价高，地基处理时间长。在沉箱 顶升过程中，有诸如需要人员钻入地沟、放置千 斤顶时位置必须准确、顶升时各千斤顶操作必须 同步、顶升时间长等缺点，操作起来非常繁琐。1.2气囊顶升冲砂工艺此工艺预先在沉箱预制台座上按照气囊顶升数量放置25 cm 以上的工字钢或槽钢，然后铺砂填充，再铺三合板或木工板作为沉箱台座。沉箱预制完成后用水将砂全部冲掉，然后塞入气囊顶升沉箱。此工艺虽然也利用气囊进行顶升，但每个沉箱台座都需要设置骨架，钢材用量多，而且在冲砂过程中需要用高压水枪冲砂， 一般每个沉箱需要3天时间，在冲砂过程中预制场污染严重。 1.3 利用地沟盖板进行气囊顶升工艺此工艺是考虑了以前沉箱顶升工艺的缺点， 对顶升工艺进行了创新。在施工沉箱预制台座时， 设置2~3道地沟作为气囊塞入通道，并在地沟上设置盖板作为沉箱平面台座，无需利用钢材骨 架，无需冲砂，既节省了造价，又解决了预制场 的污染难题。此工艺与以上两种工艺比较，优点 如下：1)对地基承载力要求低。利用混凝土顶升沟 及盖板，可以解决因为地基承载能力低而对千斤 顶顶升坑进行的特殊处理。以2500t沉箱为例， 使用3条1.0m直径的顶升气囊，每条气囊底部承 载力为350kN/m左右，而通过顶升沟混凝土将荷 载分散传递给地基，要求的地基承载力一般在100kPa左右，满足了一般地基的承载力的要求，甚至不 需要进行地基处理而直接在地面上浇注混凝土。2)受力均匀。气囊顶升时因为荷载分布均 匀，避免了因为局部荷载过大而使地基产生的不 均匀沉降，避免了在顶升过程中因局部沉降过大 造成对混凝土面层的损坏。3)操作简易安全。利用卷扬机将气囊拉入顶 升沟，无需人员进入顶升沟，用空压机将3条气 囊同时充气，只需30min左右就可以将沉箱平稳 起升，在支垫好垫木后，气囊缓缓放气，可以有 充分时间观察混凝土面层及沉箱的情况，放气完 成后，将气囊抽出即可。4)造价低廉。采用顶升沟及盖板，造价与单 独施工混凝土地面差不多，节省了处理专用顶升 基础的费用，只需施工预制场混凝土面层的费用。
以上三种顶升工艺可适用20m×14m 平面尺 度及8个沉箱预制台座的预制场，其综合情况比 较如表1:表1 三种顶升工艺的比较
顶升工艺顶升基础 费用/万元工期/月顶升 时间台座适应沉箱变化能力维修情况
千斤顶顶升1203-52 h固定经常维修
冲砂气囊顶升6023 d适应性强每个沉箱预 制前都需要 重新布设
地沟盖板气 囊顶升150.540 min适应性强无需维修
2 行走气囊行走气囊是利用气囊可以滚动的原理，采用 气囊接力的方式将沉箱平移，解决了传统工艺中设置轨道梁、钢轨、平移滑车等沉箱出运的复杂 工艺。更重要的是解决了对搭岸结构及乘潮上岸 要求高的缺点，提高了上岸效率。2.1 对地基承载力要求低，受力均匀以2500t 沉箱为例，使用8条气囊进行平移 出运，气囊底部的荷载约200kN/m, 采用20cm 厚混凝土地面即能够满足承载力要求。2.2 气囊行走灵活方便可进行横移、纵移、曲线移动，无须固定的 行走轨道，可以利用这种灵活性将沉箱移动进行 存放，能够实现利用最小的空间预制更多的沉箱。 2.3对行走地面适应性强因为是柔性结构气囊在滚动行走过程中，对地面平整度要求低，甚至可以穿越轨道、坡道， 减少了为布置沉箱行走轨道而对地面进行的特殊处理费用。2.4气囊出运沉箱对浮船坞搭岸结构适应性强一般轨道上岸结构要求浮船坞座底，对搭岸 结构要求严格，而气囊上岸就完全解决了这一难 题。利用气囊上岸浮船坞可以搭岸，也可以不搭 岸，可以座底，也可以不座底，可以完全利用浮 船坞自身的压舱水调节甲板高度，使沉箱利用气 囊的移动行走到浮船坞上。
3 助浮气囊利用气囊充气固定在沉箱上可以起到钢浮箱 等其他助浮工具相同的助浮效果，而它以轻便、 易于拆卸、造价低而逐渐被施工单位使用。因为气囊重量较轻，可以人工搬运，将气囊 用捆扎带绑好后可以直接将捆扎带固定在专用吊 鼻上，沉箱助浮完成后潜水员直接将销子拉出即 可完成气囊的拆卸，安装、拆卸方便。助浮气囊造价低，制作工期短，使用寿命长。4 气囊技术在威海港新港区三、四期工程中的应用山东港湾建设有限公司在威海港三、四期工 程中建了两个沉箱预制场，预制场基础都为码头 后方陆域回填土，没有经过地基处理。第1个沉 箱预制场为临时预制场，面积80m×35m, 布置 20mx14m 平面尺度8个沉箱。第2个沉箱预制场为永久预制场，面积140m×45m,布置20mx14m 平面尺度16个沉箱。这两个预制场都使用气囊顶升、平移工艺。 第1个沉箱预制场按照2000t 沉箱进行设计，第2个沉箱预制场按照2500t 沉箱进行设计，经过检测，原地基承载力都为120kPa,所以无需对地基进行处理，直接在原地基上施工地沟及面层。 第1个沉箱预制场施工800m²砼，盖板280 m³ 砼，总成本45万元，施工工期20d;第2个沉箱预制场施工1800m³砼，盖板480m³砼，总成本90万元，施工工期30d。在选择施工工艺时，曾考虑用千斤顶顶升及 冲砂气囊顶升工艺。使用千斤顶工艺需要对地基 进行强夯及扩大基础，以第1个预制场为例，整 个预制场强夯2800m², 千斤顶基础及轨道基础需 要砼2600m³, 面层600m²砼，轨道长320m,总 成本155万元。从以上两种工艺比较，第1个沉箱预制场费 用即可节省110万元，再加上气囊出运和千斤顶、 轨道滑车费用比较，沉箱出运节省费用为150万元左右。第2个沉箱预制场采用气囊横移纵移技术，最多可预制存放16个沉箱，如使用轨道滑车 也需要横移纵移，工艺更加复杂，而且只能预制 10个沉箱。考虑综合费用，第2个沉箱预制场可 节约费用300万元以上。
5 结语采用气囊出运大型沉箱工艺的显著优点是， 不需要陆上大型起重机械设备配合沉箱出运，同时，由于气囊运输对夯地适应性相对较强，预制场地的处理费用较低，从而可以缩短工期和降低施工成本。随着气囊技术的发展，气囊的应用范围也越来越广，如用于码头的护舷和气囊辅助打捞工作中。 希望气囊的应用范围为更多施工单位所接受，为工程施工提供新技术、新工艺，创造更高的经济效益。参考文献： 张冰鹤.气囊搬运沉箱新工艺在码头港广澳一期工程 中的应用.水运工程，2004(1):60-62. 彰剑.气囊出运技术在沉箱码头的应用.水运工程， 2005(1):72-75.
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