气囊搬运大型沉箱工艺的实践与总结

[摘要]结合泉州港石湖码头扩建技改二期工程施工实践,总结气囊搬运大型沉箱施工工艺,并研究提出沉箱搬运过程防倾倒的安全措施。

[关键词]气囊搬运沉箱工艺

1引言

沉箱结构由于其整体稳定性好,水下作业量小,施工速度快等优点而广泛应用于码头、栈桥、防坡堤等海上建筑。近年来,随着集装箱船舶加速大型化,大型深水泊位不断发展,沉箱设计的外型尺寸越来越大,重量也越来越重,为安全、经济合理地出运沉箱,在我省厦门港、漳州港、泉州港、福州港等港口已广泛应用气囊搬运大型沉箱工艺。本文结合泉州港石湖码头扩建技改二期工程实例,介绍运用气囊搬运大型沉箱工艺,并提出防范沉箱失稳倾倒的技术措施。

2工程概况

泉州石湖扩建二期工程施工区域位于泉州湾内,建设规模为新建1个5万吨级集装箱泊位及相应的东护岸工程。码头结构形式为重力式沉箱结构,单个沉箱重964吨,共有32个沉箱,外型尺寸为11.8×11.5×17.1m,前趾长1.5m,箱内6个仓。

3气囊搬运沉箱的原理及工艺介绍

3.1 原理

气囊搬运沉箱的工作原理与滚筒搬运重物的工作原理基本相同,在沉箱底部放置若干个圆柱形气囊,气囊充气后将沉箱顶起,卷扬机牵引沉箱,气囊滚动,从而带动沉箱缓慢移动,将沉箱搬运到目的地。由于气囊在沉箱的压力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,故对场地的适应性强。

3.2 工艺

气囊搬运沉箱的工艺及流程如下:

3.2.1预制场地平面布置及场地处理

预制场内布置6个沉箱预制底模、18个存放位置。预制、堆放、出运通道场地为回填一年的开山石,厚度5.20m~9.0m,其下淤泥0.9m~1.5m,由于沉箱荷载较大,经计算,以强夯法进行地基加固处理。强夯处理后,采用20cm厚的泥结碎石整平,25t压路机压实处理,压路机压实后表面平整密实,无明显轮迹,再用8cm厚粗砂作为找平层,平整度±2cm,表面平整,无露石或尖状物。

3.2.2底模布置

沉箱预制底胎模采用活动式结构,以便于安装气囊及沉箱搬运时底模的拆除。底胎模地基在强夯、整平、压实处理后,浇筑厚25cm的C30钢筋混凝土底座,底座座顶水平、平整且高程与地面一致。在钢筋混凝土底座上采用Ι25工字钢对锁成活动式底胎模框架,内设6个平行于出运沉箱方向通长的格仓,格仓内填砂,灌水振捣密实,工字钢上铺光面胶合板,胶合板上铺马粪纸。当沉箱混凝土强度达到设计要求后,拆除底模外框架,用高压水清除格仓内的填砂,沉箱落座在底模内框架Ι25工字钢上,底模离地25cm。然后在底胎模格仓内安放气囊,气囊充气后顶升沉箱离地40cm左右,拆除底模型钢,做好出运前的准备工作。

3.2.3牵引系统平面布置

牵引系统由地垅、卷扬机、滑轮组、固定架及钢丝绳等组成,牵引设备布置见图1。牵引钢丝绳通过捆绑在地垅固定架上的滑轮与捆绑在沉箱上的滑轮作沉箱牵引用。地垅设计锚固力为32t,卷扬机通过两片滑轮组变最大牵引力8t为32t。

图1卷扬机牵引沉箱示意图

3.2.4气囊的选择

气囊采用由山东济南出产、高强度尼龙缠绕橡胶气囊。其独特的整体缠绕成型工艺,使气囊囊壁无接缝,各向强度均衡的复合结构,再加上高强度的尼龙纤维增强料和优质的进口橡胶,使同等囊壁厚度的气囊能承受比一般橡胶更高的强度,具有吸收冲击能量大,作用于搬运物单位面积上的压力低,冲击耐疲劳性能优异等优点。气囊骨架材料是锦纶帘子布,锦纶帘子布密度≥95根/10cm宽,锦纶帘子线的断裂拉力≥205.8N/根。囊嘴为铝合金铸件。气囊最大工作压强0.2Mpa,直径1.0m,长13.8m,充气达到最大工作压强0.2Mpa时,工作高度0.4m。以下计算搬运沉箱所需的气囊数量:

F=P•S (1)

(1)式中,F―单根气囊承载力;

P―气囊工作压力;考虑其使用的安全性,工作压力为最大工作压强的80%。

S―承载面积之正投影面积(m2)。

S=BL0 (2)

(2)式中,B―承载面宽度, B=π(D-H)/2。L0―气囊承载面长度。

把相关数据代入式(2)得:S=π(D-H)L0/2=10.833 m2

代入式(1)得:F=173.3t,则气囊数量n=Q/F≈5.6,综合考虑,取n=6,即采用6根气囊共同搬运1个沉箱。

3.2.5沉箱出运程序

① 检查供气系统(包括空压机运转、供气管道、接头、阀门、压力表等)、牵引系统(包括卷扬机、钢丝绳、卸扣、卡环、地垅等),清扫出运通道及沉箱底部的尖锐物。

② 捆绑钢丝绳。钢丝绳捆绑位置离底模约1.3m处,钢丝绳与沉箱棱角接触处用枕木隔开,调整钢丝绳两侧长度相等,再连接牵引及溜尾钢丝绳。

③ 高压水枪冲出隔仓填砂。先拆卸底胎模两侧Ι25型钢,用高压水枪将隔仓填砂冲出,注意均匀冲砂,以免沉箱底模基础受力不均。清砂顺序为先中间后两边按顺序冲出,冲出一个槽位即摆入一个气囊,注意气囊排列整齐、平行。

④ 充气顶升。充气时,6根气囊逐一充气,气压从0.05MPa0.1MPa0.16Mpa分三次充完,停止供气,关掉阀门,检查所有气囊的压力表压强指示值是否一致,不一致时可向单个气囊供气,使各气囊压力基本一致。然后拖出支垫工字钢,再次检查沉箱底部有无杂物,最后拆除所有的联接管。

⑤ 沉箱搬运。现场指挥检查各项准备工作无误后,下令启动牵引卷扬机组,拉紧牵引钢丝绳。沉箱处于位移临界状态时,暂停牵引,检查钢丝绳张紧程度,各滑轮组,导向轮的转动灵活性,气囊及沉箱平整情况,气囊工作压强等。同时启动溜尾卷扬机组,使溜尾钢丝绳稍微处于松弛状态,然后在指挥人员的统一指挥下拉动沉箱缓慢向前移动。移动时,注意观察沉箱平稳和位移情况,同时观察气囊滚动和压力情况。斜坡段移动时,注意调整各气囊的顶升高度(前高后低),保持沉箱的垂直度和平稳性。运行中,溜尾钢绳跟进,既不与牵引钢绳抗衡,又能限制沉箱前倾。当沉箱前面空出一个气囊的间距时,停止牵引,再放入1个空气囊,充气至预定压强值再重新牵引。当后面的气囊即将离开沉箱时,打开排气阀排气。重复以上步骤,直至沉箱移至预定位置。

⑥ 摆放枕木、放气。当沉箱移到制定位置后停止牵引,将各气囊充气,顶升沉箱到离地面高度35cm,在沉箱底顺气囊间隙处垫上枕木,每个间隙共两层两排。枕木120cm× 15cm×20cm。 同时必须迅速调整气囊气压,让气囊顶升高度一致,且达35cm。支垫放妥后,气囊缓慢排气至沉箱平稳降落在临时支垫上,停止排气,观察地面无明显沉降后才快速放气,抽出气囊。

4防范沉箱搬运过程中失稳倾倒的技术措施

因为沉箱为大型预制构件,搬运过程的失稳、倾倒将引起重大事故,故搬运中需重点防范沉箱搬运过程中的失稳倾倒。以下提出防范沉箱失稳倾倒的技术措施。

4.1 沉箱偏心的处理

沉箱的移动过程中由于沉箱的偏心(偏心距0.33cm,偏心矩617t•m,方向前壁),相同气压下气囊靠前趾部分顶升的高度比后墙低,由此横移时会产生移动方向的偏斜,纵移时沉箱会有前倾现象。可用两种方法解决:(1)往后三个格仓灌注平衡水或砂石水混合物;(2)横移时调节气囊的摆放角度和牵引机的两侧牵引力,纵移时增加靠前趾部分气囊的压力,使沉箱底部离地高度大致相等。

4.2 确保地基均匀受力

沉箱堆放时,在沉箱底部四周支承枕木下铺垫板厚14mm的回形钢板,确保地基均匀受力。

4.3 确保沉箱同步搬运

沉箱搬运时,由两台8t卷扬机通过滑轮组分别在两侧牵引,为此需控制卷扬机的同步。同时沉箱移动速度控制在1.8m/min。

4.4 加强沉降观测

大型沉箱高、重、底面积小,搬运过程中使用气囊数量少,气囊气压高,应要求对底模、通道进行沉降观测,以便及时发现异常现象,采取应急措施。

4.4.1底模沉降观察。在底模的四个角设置沉降观察点,在冲砂前及沉箱横移离开底模后各观察一次,并在此过程中,肉眼观察底模有否裂缝出现等情况,并做好记录。

4.4.2通道(横向、纵向)沉降观测。沿沉箱运行线,按沉箱宽(长)布置边、中、边三条线,每2m一个断面,每个断面3个测点,横(纵)移前后各测一次。

4.4.3横(纵)移运行中。在横纵移运行中,对在水平、斜坡面以及水平转换斜坡面,进行沉箱四面的垂直度情况的观测,并做好记录。

4.5 确保安全生产

对施工人员进行详细的施工技术和安全交底, 机械、电气设备严格按安全操作规章使用,统一服从指挥口令。

5结语

由于气囊的柔韧性,利用其运输对场地适应性强,预制场地的处理费用较低,同时气囊排气后可折叠,可短时间内进场、退场、转入新工地,从而降低了施工成本和工期,因此气囊搬运沉箱得到了较为广泛的应用。

建议在采用该工艺时应进行典型施工,以及时调整有关重要参数,搬运过程应加强底模、通道沉降观测及沉箱的垂直度情况观测,保证沉箱搬运的安全。