气囊工艺的应用

1、气囊工艺的应用摘要：以唐山港曹妃甸港区通用码头北段工程沉箱预制为例，介绍2 000 t以上大型沉箱利用高压气囊的滚动方式在预制场内进行拖运的工艺。关键字：沉葙 气囊 出运1.工程概况 唐山港曹妃甸港区通用码头北段工程位于河北省唐山市滦南县境内曹妃甸，采用沉箱重力式结构。本工程沉箱共计36个。A型沉箱16个，B型16个，C型2个，异型沉箱2个。A、B、C沉箱外型尺寸为：长18.95m、宽14.13m、高21.3m，内有12个隔舱，分别：前后仓为4×4.5m8个，中仓4×3.93m4个；箱底为65cm厚，前趾均为1.3m。沉箱前墙顶口4.2m以下部分厚为40cm，以上为60cm

2、；侧墙、后墙为35cm，横隔墙为30cm、纵隔墙为25cm。沉箱预制分段浇注，A、B、C型沉箱各分6段，前五段采用C30混凝土，第六段采用C35F350混凝土浇注。空箱重2675t。沉箱陆上出运采用气囊工艺。2. 预制厂设置预制厂为秦皇岛港航预制厂，拥有东西两条预制平台，每线各有6个台座，共有12个台座。平台的承载能力为3000t，平台的顶面标高为+2.60m。码头前沿水深-3.0m, 码头总宽80m，为重力式方块码头,其中半潜驳坐底基础长56m，宽57.2m；东西两侧距坐底设施4.5m处各布置25t系船柱1个。 台座平面布置图3.气囊拖运原理及主要设备的配备3.1气囊拖运原理 气囊“滚筒”拖

3、运沉箱的工作原理与滚筒拖运重物的工作原理基本相同。在沉箱底部与地面之间垫若干个气囊并充气顶起沉箱，再通过外力牵引沉箱使气囊滚动，从而带动沉箱移动。与传统滚筒比较，气囊在沉箱重量作用下可以产生较大变形。增加气囊与地面的接触面积，使单位面积的压力减少，且受力均匀，对场地的适应性强。3.2气囊的结构及特点3.2.1结构形式气囊为长圆柱形，由橡胶和锦纶帘子布分3层构成。内外层均为橡胶层，中间是锦纶帘子布层。3.2.2特点 (1)气囊是以独特的整体缠绕工艺成型，其囊壁无接缝。各向强度均衡，因此增加了抗爆裂强度和抗冲击疲劳次数； (2)因其利用压缩空气作为缓冲介质，具有柔软的避压效果，吸收冲击能量大，作用

4、于搬运物应力低，且耐冲击性能优异。3.3气囊的选定3.3.1气压按下列公式计算确定：P=2QNL(D-H) (1) 式中D-气囊直径（m）；H-气囊高度（m）；L-气囊有效承压长度（m）；N-气囊个数；Q-拖运沉箱重量（kN）。3.3.2气囊选型顶升气囊规格：1.2×19M 额定工作压力：0.7Mpa滚动气囊规格：1.0×14M 额定工作压力：0.4Mpa3.3.3气囊校核名称规 格（m）气囊高度（m）沉箱重量（T）数量（条）实际计算工作压强（Mpa）额定工作压强（Mpa）安全系数顶升气囊1.2×190.55267530.460.71.5滚动气囊1.0×

5、140.402675100.200.42.04、施工工艺4.1主要施工工艺流程出运准备，清理现场顶升沟塞入气囊 充气 沉箱起升30放置垫墩顶升气囊放气 沉箱平稳落至垫墩上调整钢盖板塞入平移气囊充气撤出垫墩滚动平移气囊接力继续行走至转换平台就位 布设垫墩滚动气囊放气 沉箱座稳垫墩撤出滚动气囊布设千斤顶千斤顶顶升撤出垫木台车就位沉箱座稳台车 纵移上驳 （1）拖运前准备。当沉箱预制完毕且混凝土强度达到要求后即可进行拖运准备工作，此阶段主要工作是：对施工人员进行拖运技术和安全交底。设置沉箱标识及水尺、安装进水孔法兰及安放封仓板。对沉箱的外形尺寸、表面缺陷、顶口平整度、吊环、内外墙体、大头螺母孔封堵和过

6、水孔、穿墙孔、前墙进水孔的情况进行严格检查验收，进水截门在安装前必须经过打压试验检验合格，并做好记录。沉箱漏水、渗水及串水检查：为避免沉箱在起浮过程中漏水、渗水和串水等现象，对沉箱内外墙体进行全面观察检查，重点检查混凝土接茬缝、裂缝（如果有）和明显不密实等处，发现问题，应在沉箱上驳前处理完毕，以确保沉箱出运安全。勘绘沉箱重心平面位置：顶升平移前，需勘绘沉箱重心的平面位置，标示于沉箱底板的边缘，以确保控制沉箱重心和坐底潜驳重心重合。进行场地清理：清理拖运通道面的杂物。尤其要彻底清除尖锐硬杂物。沉箱出运前的设备检查 ：顶升平移前，应对气囊、塔吊、索具等进行全面检查，确保完好且无障碍物，以保证安全。

7、要注意控制行进速度，设专人跟踪检查气囊及卷扬设备运行情况。（2）顶升气囊就位。此阶段主要工作是： 拆除地胎膜。 清理沉箱底部杂物，尤其要彻底清除尖锐硬杂物。复检拖运通道的清理情况。 气囊的布置：根据沉箱形状及重心位置，采用单排气囊排列，这样有利于沉箱的稳定，防止侧倾；接应气囊亦作相应排列。在顶升气囊顶升沉箱过程中，由于气囊在沉箱底分布不均匀，故增加辅助顶升气囊来调节气囊自身压力，使沉箱达到平衡，保证沉箱平稳、安全的起升。（3）充气顶升，要求如下： 检查充气连接系统，确保工作正常。空压机应安装调压阀，以便控制使用压力，不得超过额定压力。启动空压机，依次向各个气囊充气，当气囊压力达到0.25Mpa

8、时，气囊顶力达到临界平衡状态，停止充气。检查所有的气囊压力是否一致，不一致时可单个气囊充气，使压力基本一致，然后继续充气，直到沉箱平稳离开平台3040 时将各气囊的气阀关闭，停止供气。充气时仔细观察气压表，尽量使气囊中气压相等，尽量避免气囊长度方向产生扭曲，保证沉箱平稳起升。 顶升气囊充气顶升 当气囊起升30时，放置垫墩并将气囊放气，气囊放气时要均匀操作，使沉箱平稳落在垫墩上。（4）气囊平移沉箱，要求如下： 气囊充气前注意安装沉箱护角并将两端钢丝绳处于紧张状态，设专人严格检查在沉箱行走范围内无尖锐物，防止气囊被扎破引起沉箱倾斜。沉箱行走前测量四角高度，使后沿高度低于前沿5 cm10cm，即前沿

9、高度为40cm,后沿高度为35 cm40cm。 垫墩数量及分布：钢垫墩尺寸为600mm×320mm×300mm，每两条行走气囊之间可塞入一个垫墩，确保塞入沉箱下的垫墩数量在50块，预留出穿行走气囊的足够空间。 沉箱行走过程中，必须根据沉箱行走快慢，钢丝绳紧张程度适当调节气囊气压，保持（调整）沉箱前后端高差5cm10cm 。沉箱移运方向前设两部卷扬机牵引，左右各一部，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。前端气囊气压减小，沉箱前倾，牵引力就小，反之亦然；移运中减小气压，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。启动前方卷扬机牵引拉动

10、沉箱，使气囊平稳滚动。循环以上步骤。直至沉箱移到转换平台位置，停止牵引。在沉箱底垫上垫墩，打开气阀让沉箱平稳降落在支垫上，抽出气囊。气囊拖运即告结束。需要注意的是：拖运时气囊排列要整齐，互相平行，当发现走偏时要及时纠偏，方法是调整两侧卷扬机的牵引速度和先后启动顺序；调整气囊摆放角度；围缆圈数必须在三圈以上以保证沉箱护角不下滑。 滚动气囊牵引沉箱（5）沉箱上驳前准备工作。此阶段工作如下： 千斤顶高压油泵及台车就位，并进行全面检查，确保完好，以保证安全。半潜驳坐底驻位区域，测量坐底潜驳四角高程，确保半潜驳轨道与纵移轨道在一直线上。用钢轨连接转换平台和半潜驳间的轨道，并固定牢固。 钢轨连接转换平台和

11、半潜驳（6）沉箱上驳。此阶段工作如下：当沉箱行走至转换平台时，上驳工艺由气囊转换为台车。在地沟放置千斤顶, 利用千斤顶将沉箱顶起。撤出垫墩，装载机牵引台车至沉箱底部就位，就位完毕后千斤顶回落使沉箱平稳的坐落在台车上。启动步行式液压顶推装置顶推台车，沉箱上坐底半潜驳。各施工负责人配合，服从现场总指挥指令。沉箱上驳过程中，应根据船舶的实际情况调节沉箱上船速度。沉箱到达指定位置后，在船用台车轨道上设置限位器，固定台车，防止沉箱及台车在潜驳下潜出运过程中移动。 顶推装置顶推台车5、经验及工作总结 5.1沉箱预制台座工艺大致有以下两种工艺：一为传统的千斤顶顶升，轨道台车移动沉箱出运下水工艺；二为利用气囊

12、顶升、平移工艺。两者之间的差异如下：5.1.1传统工艺在我国北方比较多，而且工艺比较成熟。沉箱预制台座、顶升、轨道、台车这一整套工艺造价较大。在市场竞争比较激烈的情况下，单为一项工程投资这么大的预制场，竞争力将大为下降，而且这种形式预制场一般占地面积比较大。由于一般沉箱重量都在1500以上，对地基承载能力要求高，为满足较高的集中承载力，预制场的建设成本主要集中在了地基处理方面，造成了极不合理的投资，投资利用率低。5.1.2利用气囊拖运沉箱为近几年兴起的施工工艺，在南方港口使用较多，一方面可以省去陆上大型起重机械设备，解决了传统工艺中设置轨道梁、钢轨、平移台车等沉箱出运的复杂工艺；另一方面气囊拖运对地基承载力要求低，场地适应性强，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,降低了施工成本，有利于市场竞争。但此种工艺为新型施工工艺，气囊价格相对较高，安全性亦较差。5.1.3总之，沉箱的预制及下水工艺取决于水深条件、预制场地质条件及现有设备条件等诸多因素