气囊在移运5000t沉箱中的运用
摘要：结合实例，详述利用气囊移运5000t沉箱的过程，证明其灵活、简便、安全、可靠。
关键词：气囊；移运；沉箱；上驳
Application of Gasbags in Transporting 5000 t Caissons
CHEN Shao-wen
(Guangdong Gold East Sea Group Ltd.,Shantou 515041,China)
Abstract:Theprocessoftransporting5000tcaissonbygasbag,whichisprovedflexibleandconvenient,is
described.
Key words:transpartation by gasbag 5000 t caisson,application
大型沉箱陆上预制、通过气囊出运上半潜驳、 由拖轮拖至现场、吊船吊扶安装的施工方法已经运用于很多工程的施工。此前，国内对3500t以下沉箱的出运安装已经有较成熟的施工经验I1-4,但用此法进行5000t 沉箱的施工尚无先例。
深圳某电厂工程进水口共有泵房沉箱3个， 每个质量约5000t 。沉箱在离现场不远的码头后方预制，通过气囊出运上半潜驳，然后由拖轮拖带到现场安装。沉箱水上运输距离约18 nmile。
沉箱平面尺寸如图1示。
图1 沉箱平面图
1沉箱陆上气囊移运
1.1沉箱预制时的基础处理
用气囊出运沉箱的顶升方案在沉箱预制的基 础施工中必须同时考虑。
沉箱顶升法一般采用以下2种方法：
D 气囊支墩
该方法为在沉箱的底胎模中先预留若干顶升 槽，沉箱预制时槽中用砂填充密实，沉箱预制完 成出运时，掏空槽里的砂后用大直径气囊顶起沉 箱，然后再穿入出运气囊进行出运，如图2示。
图 2 气囊支墩示意图
2支撑材料支墩
该方法为用支撑材料作为支墩先预埋于沉箱 底胎模中，要求高度30~50 cm 。本工程采用32b工字钢做支墩，2条工字钢的间隔为出运气囊的摆 放位置，沉箱预制时工字钢间用砂填充密实，沉 箱预制完成出运时，用高压水枪冲出工字钢间的 砂，然后穿入出运气囊进行出运，如图3示。
采用方法3(工字钢支墩顶升沉箱。
图3 工字钢支墩示意图
1.2气囊的选择
根据以往的施工经验，决定选用高强度尼龙缠绕橡胶气囊，其独特的整体缠绕成型工艺使气囊壁无接缝，各向强度均衡，再加上高强度的尼龙纤维增强材料和优质的进口橡胶，使同等囊壁厚度的气囊比一般橡胶具有更高的强度，具有吸收冲击能量、作用于搬运物单位面积的压力低、 耐冲击疲劳等优点。
气囊产品基本参数见表1。
表1气襄产品基本参数(超高压气霸
气囊公称直径D气囊工作压力Pe
气囊试验压力Ps
MPa
工作高度为直径的50%时
短米气囊承载力(kN·mr 工作高度为直径的40%时
工作高度为直径的30%时
m
MPa
0.8
≤0.4
0.52
251
302
352
1.0
≤0.3
0.45
236
283
330
1.2
≤0.25
0.325
236
283
330
1.5
≤0.21
0.273
247
297
346
1.8
≤0.17
0.221
240
288
336
沉箱纵移(向19.2m一侧移动)
气囊规格：直径1m;有效工作长度18.5 m; 总长度：20.232m。
工作压力：0.3 MPa, 实验压力：0.375 MPa;
气囊起重高度为0.5m 条件下，气囊承载宽度
的砂的掏空，以降低地基的局部受力，防止地基 局部沉降。全部气囊穿铺完成后，均衡充气至出 运气压，抽出支墩工字钢，开始移运。
1.6 沉箱移动稳定性
沉箱高度远小于沉箱长度与宽度，出运过程
为0.79m,总宽度1.29 m。
每米气囊承载能力为237kN, 每根气囊承受能力为4384.5kN,实际荷载为49000kN。采用15根气囊，则：每米气囊实际工作气压为0223MPa, 实 际气囊间隔为77cm, 接应气囊为8条，共计23条。
中沉箱起重高度不超过50 cm, 稳定性极好，不存 在倾覆的可能。
1.7 沉箱移动过程中的启动与制动。
D 沉箱移动过程中的启动
沉箱移动时前拉力
1.3地面承载力
按集中荷载计算，为18.02 tm², 地面承载能 力必须大于18.5tm², 换算成均布荷载约为8.65tm²,以 9t/m² 来进行地面处理。
1.4气囊排列
根据沉箱的线型和重心位置，采用单排气囊 排列，有利于沉箱的左右稳定，防止侧倾；接应 气囊做相应排列。
1.5沉箱起墩
沉箱建造时底面墩高不超过40 cm, 也不得低 于30cm,本工程采用32b 工字钢做传力支墩，墩 高为32cm 。通过地基承载力计算，每掏空3个工 字钢间隔的砂时，必须穿气囊并让气囊充气达到 出运气压的0.11 MPa,再进行下3个工字钢间隔
F=QgsinattQgcosa)·u
式中： F₂ 为绞车前拉力(kN;Q 为重物质量
(9;g 为重力加速度 (m/s);a 为坡度倾角(); u
为坡道摩擦系数。
沉箱出运通道基本平坦，可以不考虑坡道问 题。 一般摩擦系数取0.03,则：
F=QgsinattQgcosa)·u=1470kN
1台卷扬机拉力：卷扬机100 kN×8根钢丝绳= 800 kN; 沉箱移动前方用两部卷扬机牵引(800 kNX=1600kN。
2沉箱移动过程中的制动
沉箱后方用2部卷扬机牵引(800kN×=1600 kN, 控制沉箱出运的方向。
沉箱出运时可通过调整气囊气压来达到沉箱启动时牵引力减小和制动的要求。前段气囊气压减小，沉箱前部前倾，牵引力就小，反之亦然； 移动中减小气压，即可增加滚动阻力，实现减速； 在沉箱前摆放充气的气囊达到制动的目的。
1.8沉箱移动中偏移的纠正措施
纠正物体移运过程中的偏移有多种方法，通 常采用的方法有：1)调整两侧卷扬机的速度和先 后启动顺序；2 调整气囊摆放角度。
2 沉箱上船
沉箱出运选择载质量为15000t 的半潜驳。
半潜驳的基本资料为：总长122.45m;型宽 30.5 m;型深7.6m;满载吃水5.96 m;空载吃水 1.5m; 空船排水量3636t;满载排水量18420t;载 重量14679t; 甲板荷载93tm², 甲板面积2974m²。
沉箱上驳过程中对气囊的使用与陆上纵移一 样，但应注意沉箱上驳全过程尽量在涨潮过程中 操作，最重要的是做好沉箱上驳前的准备工作。
2.1 准备工作
沉箱上驳的准备工作要在半潜驳能搭上码头前 3h 开始，到驳船可以搭上码头时提前0.5 h 结束准备工作。准备工作包括： D整平驳船上装载沉箱的场地；2 准备好驳船上支垫的枕木；3 把驳船上的卷扬机拉到船头上，驳船一搭上码头，立即把驳船上卷扬机钢丝绳系在沉箱的牵引绳上；4准备好把码头前沿的搭接钢板(厚2cm 的钢板， 1.5m×2 .0m/ 块，共10块；9在码头前沿堆放几辆手推车砂，用于铺搭接钢板面用；0 检查沉箱底是否有块石等物体，若有，就清理干净。
2.2顶升沉箱
准备工作完成后顶升沉箱，调整气囊气压， 至把沉箱钢丝绳解除沉箱也不会移动为止，然后在沉箱前后底放枕木做保护。解除沉箱钢丝绳， 等驳船靠码头。
驳船靠码头后，立即搭接牵引钢丝绳，铺搭接钢板，在搭接钢板上铺细砂，调整沉箱高度， 抽开沉箱纵移前后保护性枕木。
2.3 沉箱上驳
当所有准备工作完成后，立即纵移沉箱上驳， 其方法与纵移沉箱一样。沉箱每有一条气囊压上
驳船(或沉箱移上驳船上1.5 m 时，总指挥都要及时通知驳船，让驳船反抽压仓水，以调整驳船， 由于受到潮水的影响，这一点非常重要，否则可能造成灾难性的安全事故，沉箱越快压上驳船， 驳船越早反抽压仓水，就越安全。
当沉箱移至停放位置时，调整沉箱高度，便支 垫枕木；支垫枕木完后，气囊放气，抽出气囊抬回 堆放场地，解除钢丝绳，把其他设备、材料搬上规 定的场地堆放好，至此，沉箱出运完毕(图4。
图 4 沉箱装船示意图
3风险分析与安全保障
3.1 气囊损坏
在沉箱移运时，气囊有被尖锐物扎破、划伤 的可能，会因气囊漏气使沉箱失去平衡。
气囊的设计制造保证具有4倍的安全系数， 一旦发生气囊受损漏气，其他气囊有足够的能力 分担陡然增加的载荷，通过调整气囊位置和气压， 可使沉箱恢复平衡。
3.2 风力的影响
若在沉箱移动时遇到较强的风力，沉箱会发 生摇摆。
气囊具有自稳性，沉箱倾斜时，倾斜边的气 囊与沉箱底部的接触面积增大，气囊给底部的作 用力随之增加，使沉箱恢复平衡。
为了安全起见，要求风力小于5级。
4结论
工程实践证明，采用本文的方法用气囊移运 5000t 沉箱安全、可靠，且灵活、简便。
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