船用气囊顶升能力强,单只可顶升数百吨;行程大,可以超过1米;同时气囊作用于重物的压强小,有利于重物结构安全。船用气囊在负重情况下,在拉力作用下能够向前滚动,可以方便得对重物进行移位和转向。因此船用气囊在重物顶升、移位等领域得到了越来越多的应用。
适用范围
通常重物重量范围应该在8000吨以内。对于底面积较大的重物,气囊可以操作的重量可以达到10000 吨。
船用气囊对重物移位时,对地面平整度和坡度要求较低,通常压实的自然地面就可以满足使用要求。
气囊顶升压强在0.05 Mpa 到0.5 MPa之间,可以根据重物结构强度灵活调整。
气囊放置对空间的要求:最小高度为0.2米,宽度1.5 米。
典型应用
气囊出运沉箱
传统沉箱滑车出运工艺,要求地基混凝土处理,需要设置轨道梁、钢轨、平移滑车等,基础设施投资较大。而气囊沉箱搬运是利用气囊负重情况下可以滚动的原理, 采用气囊接力的方式将沉箱移动到目标位置。气囊行走灵活方便,可进行横移、纵移、曲线移动, 甚至可以穿越轨道、坡道等障碍。搬运气囊是柔性结构,在滚动行走过程中, 对地面平整度要求低,可以为客户最大限度节省基础设施投资和工程时间。
气囊出运沉箱技术因为其经济高效的特点,在中国港口建设中已经得到大规模的应用。气囊出运沉箱通常包括气囊沉箱顶升,沉箱出运,沉箱助浮等应用。对于小型沉箱,在有合适的下水条件下,可以利用气囊把沉箱从建造场地移动到下水坡道,然后利用气囊直接下水沉箱。对于大型沉箱,或者在下水条件不好的情况下,人们通常先利用气囊把沉箱运到岸边,然后将沉箱滚到浮船坞上,利用浮船坞来完成沉箱的水中运输和下水工作。
气囊出运沉箱流程
1.气囊沉箱顶升
气囊沉箱顶升需要在沉箱建造时,预留气囊顶升位置,通常有铺设支撑梁和预制地沟两种工艺。
铺设支撑梁,就是预先在沉箱预制台座上按照气囊顶升数量和位置放置支撑梁,支撑梁可以是水泥混凝土结构或者工字钢。支撑梁之间用细沙填充,细沙要加水夯实。然后在支撑梁和细沙的上表面铺上三合板或塑料布,来隔离水泥浆与支撑梁。沉箱预制完成后用高压水枪将支撑梁之间的细沙全部冲掉, 然后塞入气囊,顶升沉箱。这种工艺比较适合在临时场地建造沉箱,对地貌和环境没有影响。
预制地沟工艺,是在沉箱预制前,设置数条地沟作为气囊塞入通道, 地沟上设置盖板,在盖板和地面上浇筑沉箱。为了保证承压强度,地面和地沟需要水泥结构。沉箱预制完成后,在地沟内放入气囊,连同盖板一起顶起沉箱到合适高度。然后在地面台座上放置较小直径的气囊,继续顶升沉箱。最后把地沟内的气囊放气,让盖板落回地沟上。此时沉箱完全由地面上气囊支撑,满足出运要求。该工艺无需支撑梁,无需冲砂, 节省造价和时间, 一般适合永久沉箱预制场地。
传统的沉箱顶升工艺是在沉箱预制台座上布置千斤顶基础, 然后设置地沟。 沉箱预制完成后在地沟放置千斤顶, 利用千斤顶将沉箱顶升。采用千斤顶顶升工艺,地基需要采用打桩、强夯等处理工艺, 造价高, 费时长。另外千斤顶工艺在沉箱顶升过程中, 需要人员钻入地沟调整千斤顶位置、操作千斤顶,操作繁琐并且速度慢。
与千斤顶顶升工艺相比,气囊沉箱顶升工艺对地基承载力要求低,沉箱受力均匀。气囊顶升时因为荷载分布均匀, 避免了因为局部荷载过大而使地基产生的不均匀沉降,对于沉箱结构也有更高的安全保障。同时气囊顶升工艺操作简单,施工效率高。
2.气囊移位沉箱
沉箱移动需要有卷扬机提供拉力,卷扬机需要固定到地锚上。通常沉箱建造时会预留拉力锚孔,如果没有锚孔也不能焊接耳板,可以采用钢丝绳捆绑沉箱,然后拉钢丝绳的办法来移动沉箱。
把沉箱从建造场地移出,通常要先经过横向移动,然后再纵向移动到出运坡道。沉箱从横向变为纵向移动,气囊需要改变摆放方向。沉箱横向移动结束后,气囊先放气让沉箱落到支墩上,然后抽出气囊,重新摆放位置。随后气囊再次顶起沉箱,移除支墩,在卷扬机的拉动下移动到目标位置。
如果沉箱出运的地面是一个下坡,为了防止沉箱在自身重力作用下前移,可以在沉箱尾部用一台卷扬机拉住沉箱,然后慢慢释放钢丝绳,控制沉箱前行。
气囊移位沉箱过程中,需要把尾部滚出的气囊重新摆放到沉箱前面,用接力的方式把沉箱移动到指定位置。一般沉箱移动速度控制在1-5米/分钟。
3.气囊沉箱下水或移动沉箱至半潜驳
沉箱吃水较大,通常只有小型沉箱,在具备合适下水条件的情况下,可以利用气囊直接下水沉箱。与气囊船舶下水不同,沉箱气囊下水需要高度重视沉箱底部的挠度,因此我们不建议直接气囊滚动沉箱下水。一般是在沉箱上捆绑助浮气囊,然后在低潮位情况下把沉箱移动到一定水深位置;在高潮位时,水深达到沉箱起浮条件,沉箱就能够漂浮起来。最后用拖轮拖拽沉箱到达安装位置。
更多情况下,人们是利用气囊把沉箱滚上半潜驳/浮船坞来完成沉箱水上运输和下水工作。通过半潜驳上卷扬机的拉拽,沉箱移动到半潜驳上,放置好支墩,然后气囊放气,沉箱落到支墩上。从岸边到浮船坞甲板的间隙,可以采用厚钢板来搭接。浮船坞可以坐到海底,也可以仅利用压舱水来调整甲板高度,使沉箱利用气囊的滚动移动到浮船坞上。过去移动沉箱上船是利用滑轨和电车来完成,需要修建轨道平台和铺设轨道,同时浮船坞需要坐到海底,来保证轨道的平直。同气囊移沉箱上船相比,滑轨电车工艺投资大,耗时多,操作繁琐。
气囊罐体顶升
罐体顶升是气囊顶升技术的一个成功应用。气囊同罐体底部有巨大的接触面积,能够保证在较小的压强下产生较大的顶升力。通常罐体的结构强度较低,因此气囊顶升对于罐体结构安全性的优势是无可比拟的。同时气囊的顶升行程大,能够一次顶升到位,避免了多次顶升带来的安全隐患。
在拉力作用下气囊能够和顶升起的重物一起向前滚动,气囊滚动对于地面平整度要求低,也容许小的坡度。因此利用气囊,人们可以方便快捷地搬迁罐体以及对罐体原基座进行维修,这也是气囊顶升技术的另外一个优势。