龙口港东港区通用泊位工程

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1、龙口港东港区通用泊位工程： 气囊拖运沉箱上浮船坞施工工艺应用研究技术报告1龙口港东港区通用泊位工程龙口港东港区通用泊位工程气囊拖运沉箱上浮船坞施工工艺应用研究技术报告气囊拖运沉箱上浮船坞施工工艺应用研究技术报告一、工程概况龙口港东港区通用泊位工程是重力式沉箱结构的码头，该工程的码头主体总长 275.44m，由 21 个单长为 14.44m 的沉箱组成，其中码头北端的两个沉箱为预留过渡段，码头南端翼墙总长为 42.85m，由两个沉箱组成。本工程施工现场沉箱预制厂的水上距离约为 2km。沉箱预制厂位于龙口港 2 号客运码头后方堆场上，该码头为重力式方块结构，后方堆场下部为吹填砂，上部为二片石垫层和

2、砼面层，虽经过多年的沉降、稳定期，其地基承载力仍显不足。由于与此右侧紧临 1 号客运码头来往停靠船舶的频率相对较为频繁，业主单位在进行沉箱预制厂改造时不允许使用浮船坞座底式，以免影响 1 号客运码头船舶的停靠。同时由于 2 号客运码头前沿到进出龙口港的航道之间的水域最深仅为 8m 左右。直接导致沉箱上坞后不能在预制厂附近下水。二、气囊出运沉箱方式的提出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

3、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。原有的滑车工艺对地基龙口港东港区通用泊位工程： 气囊拖运沉箱上浮船坞施工工艺应用研究技术报告2承载力要求较高,需对基础进行加固处理,易造成施工成本增加,施工准备期较长。为了适应市场发展的需要,不同的新的施工工艺也相继推出.在此背景下,随着橡胶及其他高分子材料新技术的发展，高强度气囊也相继问世。目前的高强度气囊技术参数如下：每米囊体承载力(KN/m) 类 别囊体 公称 直径 D(m)气囊工作 压力 pe(Mpa)气囊 试

4、验 压力 ps(Mpa)工作高度 为直径的 50%时工作高度 为直径的 40%时工作高度 为直径的 30%时工作高度 为直径的 20%时 0.80.250.30157188218250 1.00.200.24157188220250 1.20.1660.20156188220250 1.50.1340.16158189220252 1.80.110.132156190222253 2.00.100.12157188219250高 压 气 囊2.40.0840.10158203221253 0.80.400.52251302352- 1.00.300.39236283330- 0.20.250.

5、325236283330- 1.50.210.273247297346-超 高 压 气 囊1.80.170.221240288336-通过对以上技术参数进行分析, 采用高强度气囊出运大型构件具备了技术上的可行性。在广东及辽宁等其它省份的施工单位已经有了成功的先例，为了验证其可行性，经研究决定在该工程中实施高压气囊拖运沉箱上浮船坞的方式来弥补预制场地的承载力不足问题。下面仅就气囊工艺与拖车工艺进行有关比较来说明气囊工艺的可行性。1.工艺结构要求1.1 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

6、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龙口港东港区通用泊位工程： 气囊拖运沉箱上浮船坞施工工艺应用研究技术报告3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。此三种气囊类型简介：类别直径（m）长度（m）工作压力 （mpa）应用实例顶升气囊0.631400.21.2沉箱顶升、船舶落墩 滚动、搬运气 囊0.61.81

7、400.050.5沉箱出运、轮船上排 下水 助浮气囊0.64任意0.050.3沉箱助浮、沉船打捞目前能生产此类规格的气囊厂家仅山东省内就有 3、4 家之多，比价采购方便，可针对不同工程的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。1.2 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） 、直径和气囊的工作压力，计算出所需的气囊数量，本工程所预制的沉箱重量为 1768t，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，结合实际场地情况

8、和可操作性，运移时采用 6 条超高压滚动气囊，其规格为 1*15.7-0.3，有效工作长度为 15.7m，承载宽度为 0.94m，设计工作压力为 0.3Mpa，理论工作压力为0.21Mpa；顶升时采用气囊 3 条超高压顶升气囊，其规格为 1*14.4-0.6，有效工作长度为 14.44m，设计工作压力为 0.60Mpa，沉箱刚脱离地面时承载宽度为 1.18m，理论工作压力为 0.42Mpa，沉箱达到设计高度时承载宽度为 0.82m，理论工作压力为 0.57Mpa。其计算公式如下：承载龙口港东港区通用泊位工程： 气囊拖运沉箱上浮船坞施工工艺应用研究技术报告4面宽：B=3.14*(D-H)/2；承

9、载面积：S=B*L0=3.14*(D-H)*L0 /2；单根气囊的承载力：F=S*P=3.14(D-H)*L0*P/2；所需气囊的总长度：L总=G*L0/F=2G/3.14*(D-H)*P；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；）因气囊与沉箱和地面的接触面积大，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

10、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=d/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1.81.50.25m3,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

11、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。龙口港东港区通用泊位工程： 气囊拖运沉箱上浮船坞施工工艺应用研究技术报告53.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；90mm 充气管 200m； 90mm 的三通 5

12、 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 其它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。在沉箱出运、安装前需要有明确的分工。5.工艺技术经济分析、比较5.1 采用千斤顶、拖车工艺的费用分析千斤顶及拖车费用。根据施工经验，沉箱对预制场地

13、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，考虑安全储备后需要 500 吨千斤顶至少 6 台，加上长 L=14.44m 的 2 架台车，其费用合计 F1=2.0*6+8.0*2=28 万元；地基加固费用。预制场地使用千斤顶、台车工艺时，预制场的地基需进龙口港东港区通用泊位工程： 气囊拖运沉箱上浮船坞施工工艺应用研究技术报告6行加固处理，千斤顶下地坪所承受的压强P=2079*103*9.82*（0.5/2）2*440.75*106N/40.75Mpa。处理、加固地基需铺筑块石垫层 50cm 厚并进行碾压密实，V=120*18*0.5*2=2

14、160m3，合计费用 F22160*48.6=104976 元10.50 万元。地坪浇筑费用。按照 30cm 厚 C25 砼地坪计算，两个沉箱预制台座需要浇筑砼 VL*B*H*N=120*18*0.3*2=1296m3 ，其费用 F31296*350=453600元45.36 万元。现浇轨道梁费用。按照轨道梁为 C25 钢筋砼，需要现浇砼V=120*0.6*0.5*4=144m3,轨道梁内需要配置钢筋 G=4*1.84=7.36t，则现浇钢筋砼轨道梁的费用合计为 F4=144*350+7.36*3000=50400+22080 元=7.25万元。轨道购置、安装费用。采用两个台座预制沉箱，要考虑

15、沉箱纵向移动和横向移动，则需要安装 P50 钢轨 552m；合计 F5=16.41 万元。以上五项费用合计为：107.52 万元。5.2 采用高压气囊顶升、拖运工艺技术指标根据本工程沉箱结构的重量及尺寸，采用气囊直径 1000mm，顶升气囊长度 15.5m（有效长度 14.44m） ，拖运气囊长度 16.7m（有效长度15.7m） 。采用气囊顶升时，需预先在地坪内做好穿顶升气囊的砼管沟，此管沟必须满足抗压要求。根据本工程的沉箱重量（1777t） ，采用 3 条顶升气囊，龙口港东港区通用泊位工程： 气囊拖运沉箱上浮船坞施工工艺应用研究技术报告7气囊的设计工作压力为 0.7MPa，当顶升沉箱 45

16、cm 高时（包括气囊管沟高度 20cm） ，气囊受压面宽度 3.14*（1-0.45）/2=0.86m，理论计算压力为(1955+0.25*1.8*15*3*2.45)*103*10/（3*0.86*14.08）=0.55MPa，实际顶升时气压在 0.560.57Mpa 之间，与理论基本吻合。拖运时采用 6 条气囊，沉箱离地坪高度 40cm，气囊受压面宽3.14*（1-0.4）/2=0.942m，理论计算拖运沉箱时气囊压力为：1777*103*10/（6*0.942*15.7）=0.2MPa。费用分析根据理论计算得知，地坪地基只需稍加处理即可，铺筑碾压块石垫层（30cm）的费用 F1=120*18*0.3*2*48.6=6.3 万元，C20 砼地坪（15cm 厚