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高压气囊工艺在沉箱码头施工中的应用
[内容提要]高压气囊顶升、拖运巨型沉箱工艺与传统的千斤顶、 台车工艺相比，在工艺设备、经济成本、施工技术等方面具有较大的 优越性；在自身浮游不稳定吃水深度较大的巨型沉箱中的应用，更是 扩大了气囊的应用范围，减小了沉箱吃水深度，解决了浮船坞下潜深 度不足的难题。 [主题词]高压气囊；顶升；拖运；助浮
随着我国港口建设事业的发展，深水泊位码头的建设越来越受重 视，也是地方港口增加吞吐量，扩大竞争能力的有力武器。而在深水 泊位码头的施工中，巨型沉箱工艺，因其减少水下工程量， 一次性出 水，施工速度快，码头的整体稳定性好等优点，是建设方和设计单位 优先考虑采用的结构形式。目前国内预制沉箱的重量从几百吨逐渐向 大型化发展至数千吨。但沉箱重量的提高对其顶升、出运及安装造成 了一定的困难，原来的千斤顶顶升和滑车拖运工艺已不是最经济适用 的方法。 结合类似工程的成功经验和本工程的实际情况，我单位采用气囊 顶升、拖运、助浮巨型沉箱的施工工艺，值得推广和应用。 一、 高压气囊顶升、拖运巨型沉箱工艺 1． 工程概况：由我单位承建的龙口港某工程，共有沉箱 23 个， 23 段 （19 个沉箱标准段， 2 个沉箱过渡段， 2 个沉箱翼墙段）。每个标准段 长为 14.5m，需要安装 1# 沉箱 21 个， 2# 、3#沉箱各一个，其中 1#沉箱
最重，尺寸为 14.44*15.7*16.4m，单个沉箱重量为 1777 吨。 2.工艺结构要求： 2.1 高压气囊自身的结构特点：多功能高强度橡胶气囊因其良好 的承重、承压性能，已越来越广泛地被应用于工程建设和船舶制造、 打捞等领域。起重气囊具有巨大的举升能力，目前国内某公司生产的 单条气囊的举升力可达 30， 000kn，其工作压力达到 1.2mpa。搬运气 囊具有相当的承载力和较小的滚动阻力，多条气囊组合可以搬运数万 吨的重物。其中在工程建设中可广泛应用于大型混凝土预制件（如沉 箱、箱涵、桥梁等） 。助浮气囊在不充气时体积小、重量轻， 比浮力（浮 力/自重）大，便于水上、水下操作，尤其在深水作业时不必像浮筒一 样考虑水下抗压强度。 目前能生产此类规格的气囊厂家仅山东地区就有 3、4 家之多， 比 价、采购方便，可针对不同的工程具体情况专门定做加工不同规格的 气囊。气囊柔软韧性高，抗压、抗磨、耐腐蚀。 2.2 对沉箱和地坪的要求：采用高压气囊顶升和拖运沉箱时，应首先 根据沉箱的重量（顶升时应考虑地坪对沉箱的吸附力）、囊径和气囊的 工作压力，计算出所需的气囊数量，本工程所采用的顶升、拖运气囊 的囊径为 1000mm，顶升气囊的总长度为 15.5m；拖运气囊的总长度为 16.7m。气囊的正常工作压力为 0.2-0.4mpa （顶升气囊的正常工作压 力为 0.3-0.7mpa），沉箱的重量为 1777t。顶升时，根据施工经验，沉 箱对预制场地地坪的粘结力约为沉箱自重的 17%，则顶起沉箱的顶升 力 G=1777*（1+17%） =2079 吨，根据以下公式： ①承载面宽： B=3.14(D-H)/2;
②承载面积： S=BL0=3.14(D-H) L0 /2; ③单根气囊的承载力： F=SP=3.14(D-H) L0P/2; ④所需气囊的总长度： L 总=G L0/F=2G/[3.14(D-H)P]; ⑤所需气囊的根数： N= L 总/L0 ; 式中 L0 ——气囊的承载面长度； P——气囊内工作压力； G——沉箱重量； H——气囊的工作高度； D——气囊直径； 并结合实际场地情况和可操作性， 可推算出所需顶升气囊为 3 根， 拖运气囊为 6 根。因气囊与沉箱和地面的接触面积大，最大工作压力 仅为 0.7mpa，且为柔性接触，因此对地坪的平整度和强度要求不高， 地坪结构设计为 30cm 厚的二片石垫层和 15cm 厚的 c20 砼，要求地坪 的承载能力不小于 20t/㎡。但考虑到对气囊的保护作用，在沉箱预制 时最好将沉箱底面四周设倒角，以延长气囊的使用寿命。 与台车拖运沉箱工艺所不同，气囊顶升工艺需要在预制场地坪上 预先布设三条纵向的管沟， 管沟深度主要由盖板厚度和垫木厚度决定， 管沟宽度主要由气囊囊径决定，因本工程中 :盖板厚度 h1=25cm；垫木 厚度 h2=20cm;考虑气囊穿越及顶起后放置垫木，管沟深度必须留出一 定的富裕量，故管沟深度设计为 h 沟=45cm。因气囊囊径 d=1000mm;气 囊宽度为 b=πd/2=1.57m;考虑气囊穿越宽度富裕量， 管沟宽度设计为 b 沟=1.6m。管沟基础较地坪稍做加固处理， 要求承载力不小于 30t/㎡。 管沟盖板 1.8×1.5×0.25m3,采用 C25 的钢筋混凝土结构， 也可采用钢
结构，要求承载力不小于 30t/㎡。同时注意在顶升前要对气囊管沟进 行彻底的清理，以防废钢筋头等尖锐物对气囊造成损害，在顶升后、 拖运前亦要检查沉箱底面是否平整； 是否存在因漏浆造成的尖锐突起； 以及管沟盖板顶面的平整情况，若存在对气囊有损害的物体，必须进 行彻底清除，以免损害气囊和造成安全事故。 3.工艺设备要求： 3.1 采用高压气囊施工工艺在短距离运输操作时，因其重量轻，不需 要配备专门的吊运和搬运设备，仅靠现场的塔吊和小型机械及操作人 员就可完成。 3.2 与台车拖运沉箱工艺不同的是需在施工现场配备充气设备:6m3 空 压机一台;1m3 储气罐一个 ;Ф90mm 充气管 200m; Ф90mm 的三通 5 个； 截止阀 5 个；快速接头及压力表等。气囊设备：顶升气囊 3 条；滚动 气囊 13 条。 3.3 其他与台车拖运沉箱工艺相同的设备有： 8 吨卷扬机 6 台； 200kw 发电机一组；五五滑轮组 6 组；对讲机和测量仪器等。 4.劳动力组织方面： 因气囊体积相对较大，在搬运时需多人配合操作才能完成，特别是沉 箱拖运时，需要频繁的移动气囊，另外加上充气人员、卷扬机操作人 员、指挥人员等共需约 30 人才能完成。因此与台车工艺相比操作人员 相对较多，施工组织管理强度较大。
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