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1、气囊搬运重件工法中交第四航务工程局有限公司中交第三航务工程局有限公司（执笔人：陈华盛、伊左林、冯国耀、吕黄、郑韶真）1前言随着现代港口建设向深水型大吨位码头发展，重力式码头结构的构件越来越大，小的数百吨重至几千吨。因起重设备的能力有限，解决大吨位构件的出运及吊装问题，是现代大型深水港口建设必须解决的技术问题。1996年在深沪港采用气囊搬运500t沉箱取得初步成功，随后在多个工地施工中，采用该工艺出运了大批从500t至3000多t的构件，使该工艺更趋成熟。目前，已发展到采用气囊搬运工艺，直接将数千吨的大型构件搬运上半潜驳或浮船坞，以便构件进行浮游安装。大型构件的出运、安装不再依赖于大型起重设备。
2、并且该工艺投资少，操作简便、安全可靠，具有很好的发展前景。该工艺获交通部1998年科学技术进步三等奖，并在其后的推广应用中多次获中港集团、中港第四航务工程局的科技进步奖。2工法特点2.1不需要大型专业预制厂和大型起重设备，就可以对数百吨至数千吨的构件进行出运或转堆，也可以直接出运上驳，设备投入简单，只需几台常用的设备，如卷扬机、空气压缩机等及若干条气囊，工程成本低，工期得以保证。2.2无需占用较长的码头岸线。与采用在已有的码头或护岸前沿预制、大型起重设备出运或滑道下水的工艺比较，采用气囊搬运工艺可将施工所占用的水域、岸线减小至最低限度。2.3气囊可到专业生产厂订购，而且可制成不同长度及不同工作
3、压力，以适应各种规格构件的需要, 气囊可以修补,使用寿命长。2.4气囊作用于构件底板及地面的面积大，对构件的支撑力小，不易损伤构件，对场地要求不高。2.5操作简便、安全可靠, 只需对气囊充气，顶升重件，开启牵引系统，即可实现沉箱的水平移动。气囊是柔软弹性体，其受力变形的缓冲作用保证了构件搬运过程的安全。2.6可以作小角度转向及90转向，适合各种不规则的施工场地。3适用范围3.1适用于没有大型起重设备，远离基地的临时预制场进行出运或转堆大型混凝土构件。3.2在没有大型起重船的情况下,可将大型构件直接运上半潜驳或浮船坞，以便构件进行浮游安装。3.3对于底板面积偏小，如无底大圆筒,需在构件底部安放托
4、板或设置临时底板，增大与气囊的接触面积，以适用本工法。3.4气囊搬运重物对场地要求不高，不需设置混凝土地面，一般的码头面，简易二灰稳定路面或经压实处理的砂滩，只要平整无尖锐物均适合。3.5气囊搬运场地布置成长条型，具体长度和宽度以构件预制数量和施工工期而定，场地前面是出运码头、滑道、沙滩。水深视工程船舶（起重船、半潜驳或浮船坞）或构件吃水深度而定，当场地的坡度在0.5%以上时，必须设置溜尾系统，在后面平衡设置卷扬机拉住重物，以防重物自动下滑造成倾翻事故。3.6预制混凝土构件采用活动底模板，底模可用工字钢并排设置，工字钢之间距离必须保证能放入气囊，工字钢之间填满砂并密实，底模板离地最小高度不应小
5、于0.3m。最大高度不应大于0.5m（视构件重量与气囊举升力而定）。4工艺原理气囊搬运重物原理类似于滚筒搬运重物的原理，不同的是滚筒是刚性的，工作时作圆周运动，而气囊是柔性的，工作时呈扁圆形，如坦克的履带一样运动。施工时，在需要搬动的构件下面，放置若干个无气的圆柱型胶囊，胶囊充气后将构件顶升，通过卷扬设备平衡牵引构件或托板,气囊滚动使构件水平移动。5施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程气囊出运工艺流程图如图5.1所示。 准备工作 放入气囊 充气 停止充气 取出支撑木 开动卷扬机 牵引构件 存放点就位 支垫支撑木 放气 取出气囊 图5.1 气囊出运施工工艺流程图5.2 操作要点 5.2.1
6、准备工作检查供气系统和牵引系统，清扫出运通道并对场地进行整平，检查清理构件内腔积水、底部的尖锐物及边角有无棱角突出。 5.2.2 放入气囊在构件底部放入气囊，注意排列整齐，相互平行，每条气囊的轴线与移动方向垂直，并在重件底部用红漆标上支垫线及气囊行走控制刻度标识。连接供气管路，连接牵引系统。5.2.3 充气启动空压机同时向各个气囊充气，充气速度应均匀、缓慢，以免气囊压力突然升高。当充气压力达到预定顶升压力的80%时停止供气，检查所有气囊的压力是否一致，不一致时可向单个气囊充气，使压力基本一致，然后继续充气，直至构件离开支承木。将气囊的进气阀关闭，停止供气。5.2.4 拆除支撑物先在构件周边安放
7、临时支座，以确保安全，然后由操作人员先拆除支承枕木或其他支撑物，再将临时支座拆除。5.2.5 调整高度 拆除所有的联接胶管，打开各个气囊的排气阀，进行缓慢放气。当气囊高度降至出运高度时，关闭排气阀。5.2.6 牵引出运在指挥人员的统一指挥下，启动牵引卷扬机，拉动构件缓慢向前移动。当构件前面空出1个气囊的间距时，停止牵引，塞入气囊，并充气到预定压力后，再重新牵引。当后面移出的气囊快要离开构件时，打开气阀排气、并运送到构件前面预定位置备用。重复以上步骤，直至将构件移到预定位置。应特别注意，前后牵引不能同时受力，当下滑力大于前牵引力时，即构件会自动下滑时，前牵引钢丝绳必须处于松驰状态，靠后牵引钢丝绳
8、使构件前移。反之，则前牵引受力，后牵引松驰。5.2.7 就位存放当构件到预定位置后，停止牵引。在构件底部垫上同样高度的支承枕木，然后所有气囊同时缓慢排气，构件平稳地落在支承枕木上。5.2.8 取出气囊待排气完毕，拖出气囊。即可进行下一个构件的出运。5.2.9 转向1、小角度转向出运过程中需小角度转向时，通过将前面所塞入的气囊斜摆一定的角度，适当调整两边的牵引速度及牵引力，即可调整构件的出运方向，注意调整角度不应过大，以防损伤气囊。2、90转向需90转向时，可停止出运，在构件底部塞上支承枕木，放气后取出气囊，从构件另一侧重新穿入气囊，改变牵引方向重新出运即可。5.2.10 构件上驳构件上驳工艺与
9、一般出运工艺一样，所不同的是前牵引系统设置在半潜驳或浮船坞上。通过调整压舱水量，使甲板与出运码头保持水平，构件就可以直接出运上驳，见图5.2.10。图5.2.10 气囊出运沉箱上驳示意图注：1 沉箱 2 浮船坞 3 出运码头6材料与设备6.1 气囊6.1.1 气囊的构造及规格气囊可到专业生产厂家选配，其结构如图6.1.1-1所示,气囊囊体骨架材料为锦纶帘子布, 敷以橡胶等材料经过整体缠绕成型,囊咀为铝合金铸体，内管丝牙型号为G12，用户根据需要选用型号，规格见表6.1.1，长度可根据构件的底宽任意选择，通常选用直径为1.0m的高压气囊。图6.1.1-1 气囊结构图注：1 囊头 2 囊体 3 囊
10、嘴 D 气囊直径直 Le 囊体长度 L 总长表6.1.1 气囊规格表公称直径D（m）1.0超高压气囊出厂检验压力 (MPa)0.39许用压力 (MPa)0.30高压气囊出厂检验压力 (MPa)0.24许用压力 (MPa)0.206.1.2 气囊的选择先根据构件的出运边宽选择单根气囊的长度，再确定出运（顶升）高度，由此而计算出承载面积，并按气囊的许用压力计算出所需气囊的最短总长度，工作总长度应按最短总长度的1.2倍以上系数确定，以防出运过程中，气囊破裂或气囊受力不均时气囊超负荷运行，最后确定气囊根数及摆放位置。气囊承载面宽度B与气囊直径D和气囊工作高度H有关，气囊受压变形后，其截面可看作由直径为
11、H的 2个半圆和长度为B的方形组成。受压气囊横截面示意图如图6.1.1-2所示。 承载面宽按下式计算： B = （D H） / 2 (6.1.2-1)式中 B气囊承载面宽度（m）； D气囊直径（m）； H气囊工作高度(m )。承载面积按下式计算： S = B L0 =（D H） L0 / 2 (6.1.2-2)式中 S承载面积(m2 )；L0 气囊的承载面长度（m）；单根气囊的承载力按下式计算： F = S P = （D H）L0 P / 2 (6.1.2-3)式中 F单根气囊的承载力(N)；P 气囊内工作压力（Pa）。所需气囊的总长度按下式计算： L总 = GL0 / F = 2G /（D
12、H）P (6.1.2-4)式中 L总气囊的总长度（m）； G 构件的重力（N）。图6.1.1-2 受压气囊横截面示意图注：1 构件 2 气囊应特别注意，应尽可能充分利用构件底面积尽可能多摆放气囊，以降低气压，确保安全。6.1.3 气囊的摆放根据构件的结构特点以及操作的方便，气囊摆放一般采用左右两列的排放法，构件较小时，可用单排摆放。当构件底部承载面积太小时（如无底圆筒），则必须在构件底部安放托板或设置临时底板，以增大与气囊的接触面积，两气囊之间的净空距离不应小于20cm, 气囊摆放见图6.1.3-1、图6.1.3-2。图6.1.3-1 沉箱气囊布置图 单位：m图6.1.3-2 圆筒托板气囊布置
13、图注：1 支承枕木 2 圆筒 3 托板 4 气囊6.1.4 气囊的工作高度工作高度分顶升高度与出运高度，顶升高度宜高于底模高度35cm，工作高度应根据实际地质情况及构件特性选定适宜的范围。高度过大，则气囊受力有效受力面积减小，气囊气压须增大；高度过小，摩擦力增大，牵引力也会相应增大，同时气囊极易扭曲和出现滑动摩擦，建议取值以3050cm为宜。6.2 牵引系统6.2.1当搬运工艺采用卷扬机牵引方式搬运构件时，需配置卷扬机、卷扬机固定架、滑轮组、导向滑轮、锚碇、倒缆、钢丝绳等。牵引系统分前牵引及后牵引，各设置慢速卷扬机12台。用两台卷扬机牵引时，型号必须一致，以保证工作同步。采用单台卷扬机时用“八
14、字缆”牵引，根据试验结果，气囊起步所需牵引力在高度为0.40m时，约为构件重量的3，并随着高度的变化而略有变化。总牵引力一般取构件重量的5%即可，溜尾力必须大于构件因高度差产生的下滑力和克服惯性力及前牵引力作业不均衡时产生的对拉力的总和。按牵引力及牵引速度确定卷扬机、地锚、钢丝绳的规格。 6.2.2牵引速度不宜大于3m/min。6.2.3 溜尾系统仍按牵引系统同等级配置，特别是斜坡道作业的情况下，更要根据实际情况精确计算溜尾系统的受力配置。6.3 供气系统 供气系统由空压机、供气管道、接头、阀门、压力表等组成。空压机的选用主要考虑气囊的总容量和充气的时间以及压力要求等。通常采用VY67型或VY97型空压机1台。为了使多个气囊同时充气，保持气压一致，应设置具有多管路接头的空气分配器12
