移运大体积重型构件下水、水上浮运和构件安装的方法.pdf

本发明提供了一种利用气囊将大体积重型构件通过斜坡从陆上移运到水中，并在水上浮运和安装构件的方法，包括如下步骤：(1)斜坡建造；(2)在构件上安装助浮气囊；(3)斜坡上摆放、固定和滚动气囊；(4)将大体积重型构件通过斜坡由陆上移运到水中并起浮；(5)水上构件浮运；(6)水上构件安装。采用本发明的技术方案，具有简单方便、灵活、快速、投入机械设备少和大大降低施工成本等特点。

1、  一种移运大体积重型构件下水、水上浮运和构件安装的方法，其特征包括如下步骤：
(1)斜坡建造：斜坡由陆上段和水下段组成，斜坡陆上段采用夯实基础上铺填块石，块石上浇注混凝土的方法；斜坡水下段采用基槽挖泥、抛填块石、夯实块石、整平，最后在整平的块石面层铺一层钢板或钢筋混凝土垫块的流程方法建造出运斜坡；
(2)在构件上安装助浮气囊：根据构件在水中所需助浮力的大小，确定气囊的规格和数量；
(3)在斜坡上摆放和固定气囊：按一定的间距在斜坡上摆放和固定好接应气囊；
(4)构件在斜坡上由陆上向水中下移：构件进入斜坡前，由卷扬机向前牵引，构件进入斜坡后，靠构件的自重下滑，通过卷扬机向后拉住构件，使构件慢慢下水直至完全浮起；
(5)构件浮运：经安装助浮气囊后的构件总浮力大于自重，在水中不会下沉，因此只需一艘拖轮拖带即可，在有风浪或潮流的情况下，为安全起见，在构件后拖带一艘小拖轮，以便控制构件浮运的方向；构件在水下继续滚动向前并达到吃水深度后自动起浮或达到预定的位置后由吊船起吊；
(6)构件安装：构件拖运至预定地点后，即在构件上系缆连接到四周的卷扬机上，以便通过卷扬机的收放来调整构件在平面上的位置，当构件在平面上的位置达到准确性要求后，即通过气囊放气，构件总的浮力减少，当总浮力小于自重时，构件即下沉并安装到预定位置。

2、  根据权利要求1所述的移运大体积重型构件下水、水上浮运和构件安装的方法，其特征在于：在步骤(1)中，在斜坡水下段的钢板或钢筋混凝土垫块上预埋固定水下气囊的拉环；在步骤(3)中，采用预留拉环用麻绳固定水下气囊；在步骤(4)中，靠构件的自重下滑到水下气囊上部，先用后拉卷扬机的方法拉住构件，再对水下气囊充气使其涨破麻绳达到预定压强撑住构件后，松开卷扬机的钢丝绳使构件继续下滑。

3、  根据权利要求1所述的移运大体积重型构件下水、水上浮运和构件安装的方法，其特征在于：在步骤(2)中的大体积重型构件为前后或左右贯穿的空腔时，可把气囊安装在构件空腔里。

4、  根据权利要求1所述的利用气囊在水上运输、安装构件的方法，其特征在于：在步骤(2)中的构件为实心时，可把气囊安装在构件前后或左右两侧，且最好安装在构件的左右两侧。

移运大体积重型构件下水、水上浮运和构件安装的方法
技术领域
本发明涉及一种大体积重型构件运输和安装方法，具体是利用气囊通过斜坡移运大体积重型构件下水、水上浮运及构件安装的方法。
背景技术
在港口码头及其它水上(如江河、湖海等)土木工程中，因工程建设项目使用功能的要求，经常设计有大型构件，如沉箱、箱涵、大圆筒、盖板、方块、卸荷板等。对这些大型构件的施工包括运输及安装普遍采用预制安装的方法，在实现这个过程时，最常用的施工技术方法是用吊船把预制好的构件吊上驳船，用拖轮把驳船拖运至预定安装地点，再用吊船把构件吊起安装。这种方法存在两个缺点：
1、需要大型的吊船和驳船，而大型吊船和驳船的艘班费很高，形成较高的工程成本；
2、大型的吊船和驳船在施工作业时，需占用较大的满足吊船和驳船作业要求的水域，当现有的施工水域较小时，这个吊装方法将受到限制。
另外也有通过斜坡移运，水下采用做轨道梁，轨道梁上安放平车轨道，利用平车把构件移运到够吃水深的地方起浮。但水下做轨道梁及轨道，技术要求高，工程量大，出运的成本高。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的是为了解决在水下斜坡上摆放、固定和滚动气囊，并移运构件下水，然后在水上浮运和安装构件的问题，提供一种成本低、制作工艺简单且操作方便的利用气囊在出运、安装构件的方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案具体包括如下步骤：
(1)斜坡建造：斜坡由陆上段和水下段组成，斜坡陆上段采用夯实基础上铺填块石，块石上浇注混凝土的方法；斜坡水下段采用基槽挖泥、抛填块石、夯实块石、整平，最后将整平的块石面层铺一层钢板或钢筋混凝土垫块的流程方法建造出运斜坡；
(2)在构件上安装助浮气囊：根据构件在水中所需助浮力的大小，确定气囊的规格和数量；
(3)斜坡上摆放和固定气囊：按一定的间距在斜坡上摆好和固定接应气囊；
(4)构件在斜坡上由陆上向水中下移：构件进入斜坡前，由卷扬机向前牵引，构件进入斜坡后，靠构件的自重下滑，通过卷扬机向后拉住构件，使构件慢慢下水直至完全浮起；
(5)构件浮运：经安装助浮气囊后的构件总浮力大于自重，在水中不会下沉，因此只需一艘拖轮拖带即可，在有风浪或潮流的情况下，为安全起见，在构件后拖带一艘小拖轮，以便控制构件浮运的方向；
(6)构件安装：构件拖运至预定地点后，即在构件上系缆连接到四周的卷扬机上，以便通过卷扬机的收放来调整构件在平面上的位置，当构件在平面上的位置达到准确性要求后，即通过气囊放气，构件总的浮力减少，当总浮力小于自重时，构件即下沉并安装到预定位置。
本发明在具体的细节上，可以这样实现，在步骤(1)中，在斜坡水下段的钢板或钢筋混凝土垫块上预埋固定水下气囊的拉环；在步骤(3)中，采用预留拉环用麻绳固定水下气囊；在步骤(4)中，构件靠自重下滑到水下气囊上部，先用后拉卷扬机的方法拉住构件，再对水下气囊充气使其涨破麻绳达到预定压强撑住构件后，松开卷扬机的钢丝绳使构件继续下滑。
与现有技术相比，本发明具有下述的有益效果：
(1)与传统运输和安装方法比，利用气囊本身具有滚动、浮力且可以进行浮力调整的特点，因而操作非常方便，并大大降低施工成本。
(2)与采用吊船和驳船相比：投入大型设备少，大大降低成本。
(3)与采用吊船和驳船相比：对施工水域要求不高，适用范围广。
(4)与采用吊船和驳船相比：灵活性强，工期短。
(5)与采用轨道梁相比：气囊对斜坡建造要求低，工程量小，工期短，成本低。
附图说明
图1为本发明的操作流程图；
图2为构件有空腔时的气囊安装示意图；
图3为构件无空腔时的气囊安装示意图；
图4为构件移动到斜坡前的示意图；
图5为构件移动到斜坡陆上段的示意图；
图6为构件移动到斜坡水下段的示意图；
图7为构件移动到水中浮起的示意图；
图8为图6中A部放大示意图；
图9为图6中B部放大示意图；
图10为构件安装平面示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述但不构成对本发明的任何限制：
如图1到图10所示，本发明公开了一种利用气囊通过斜坡移运大体积重型构件下水，然后在水上浮运和安装构件的方法，包括如下步骤：
(1)斜坡建造，如图4所示，斜坡由陆上段和水下段组成，斜坡陆上段1采用夯实基础上铺填块石，块石上浇注混凝土的方法；斜坡水下段2一般采用基槽挖泥、抛填块石、夯实块石、整平，最后将整平的块石面层铺一层钢板或混凝土垫块的流程方法建造出运斜坡，并在钢板或钢筋混凝土垫块上预埋固定水下气囊的拉环3。
(2)在构件上安装助浮气囊：根据构件6在水中所需助浮力的大小，确定气囊9的规格和数量；物件下水前，预先安装好助浮气囊，并充好气，以便在构件下水时具有足够的浮力。
助浮气囊的规格大小和数量通过计算而定。设构件的自重为G，自身的浮力为F_构件，则助浮力F_气囊＝G-F_构件，因为水的比重为1.0，所以所需助浮气囊的总体积V＝F_气囊/g＝(G-F_构件)/g，根据每条气囊的体积，即可计算所需的气囊数量。气囊的大小根据构件的大小和形状而定。
如图2所示，当构件6有前后(或左右)贯穿的空腔时，可把气囊9安装在构件空腔里，比如箱涵；
如图3所示，当构件无前后(左右)贯穿的空腔或为实腔时，可把助浮气囊9用捆绑带10装在构件前后(或左右)两侧，比如：沉箱、方块、卸荷板、大圆筒等，为便于拖运，一般安装在构件的左右两侧。
(3)斜坡上摆放接应气囊：如图4所示，按设计位置陆上摆好接应气囊4。对于水下的接应气囊，为了防止气囊在水流、波浪及气囊自身浮力下的漂移，必须采用固定的方法。方法之一如图8、9，用麻绳5固定水下气囊4，当构件下滑到水下气囊上方时，水下气囊充气涨破麻绳5(如图9)，气囊即可以随构件一起向下滚动；
(4)构件在斜坡上由陆上向水中下移：如图5、6、7所示，构件6进入斜坡前，由卷扬机7向前牵引，构件6进入斜坡后，靠构件的自重下滑，通过卷扬机7向后拉住构件，使构件慢慢下水直至完全浮起；
(5)构件浮运：经安装助浮气囊9后的构件6总浮力大于自重，在水中不会下沉，因此只有需一艘拖轮拖带即可，而无需大型地吊船和驳船。在有风浪或潮流的情况下，为安全起见，在构件后拖带一艘小拖轮，以便控制构件浮运的方向。
拖轮通过计算拖带力确定，拖带力按以下计算：
F＝K·A·r_w·V²/2g
式中：A＝B(T+δ)
B——构件宽度(m)；
T——构件吃水(m)；
δ——浮运时涌水高度(m)；
r_w＝10.25KN/m³
k为挡水形状系数，对矩形取k＝1.0。
(6)构件安装：构件拖运至预定地点后，即在构件6上系缆连接到四周的卷扬机上，如图10所示，以便通过卷扬机11收放来调整构件6在平面上的位置，卷扬机的布局位置和规格数量视实际条件而定。卷扬机平面位置确定的原则是能够使构件在平面位置上前后左右移动，使其平面位置符合预定的要求。卷扬机规格和数量视构件的大小而定，规格一般为3~10吨，数量一般为5~8台，分布于构件四周各个方向。
如果安装现场有陆域(包括高于水面的可靠构造物)可利用，那么卷扬机尽量布置在陆域，以方便操作。如果无陆域可利用，则用驳船12停泊于预定位置，在船上安装卷扬机也能起到相同的作用，达到相同的目的。
这样的安装方法中所用驳船与吊船安装方法用所用驳船有着本质的区别。本安装方法所用驳船仅是供安装卷扬机用，所需吨位小。而吊船安装方法所用驳船是装载构件用，所需吨位大，所以，即使不把吊船计算在内，单独是装载构件的驳船，其艘班费用也相当高昂。这也是本施工方法的优势所在。
当构件在平面上的位置达到准确性要求后，即通过气囊放气，构件总的浮力减少，当总浮力小于自重时，构件即下沉，在下沉过程中，观测构件是否偏离预定位置。如果偏离，则通过卷扬机收放来调整。下沉完成后，再次观测位置是否准确，如果没达到设计要求，则气囊充气、构件上浮，调整位置后重新沉放。如此便能使构件安装到预定的位置上。构件沉放至预定位置后，把构件上的气囊全部放气，解除下来。同时各卷扬机解缆，即完成了构件的安装工作。
采用本发明的技术方案，建造基础处理比较简单的斜坡，斜坡上采用预留的拉环及麻绳固定水下气囊，再通过卷扬机后拉把水下斜坡移运构件变为与陆上平地平移构件相似的移运方法解决在水下斜坡上移运构件下水的问题，本发明可以大大降低建造出运斜坡道的成本及技术要求。
同时，本发明利用了气囊本身具有浮力的特点，将气囊安装在构件上后，在水上用拖轮拖运并在预定的位置上进行安装，安装时慢慢对气囊放气，使得构件缓慢下沉并用卷扬机来控制安装的进程，操作起来非常方便，相比于传统的水上运输及安装的方法，大大降低施工成本。