半圓體翻轉(zhuǎn)與安裝多功能吊具

張寶昌，許文杰，付大偉

（中交一航局第二工程有限公司，山東 青島266071）

1 工程簡介

威海市金線頂護岸改造工程的半圓型坡面親水護岸，長200m，由44個大型半圓體排列筑成，見圖1和圖2。

圖1 親水護岸半圓體排列圖

單個半圓體長4.6m，寬17.355m，高7.2m，底板厚0.7m，拱板厚0.6m，拱外墻半徑7.2m，單個重量260 t，如圖3所示。

此親水護岸采用半圓型結(jié)構(gòu)，以提高護岸的觀賞性——整齊、光潔、圓滑，增加游客在此觀賞人工景致與自然景觀完美融合的興致。

圖2 半圓體親水護岸斷面圖

圖3 半圓體結(jié)構(gòu)圖

2 半圓體預(yù)制方案選擇

半圓體通常采用“臥式”預(yù)制，即預(yù)制狀態(tài)與其使用狀態(tài)一致。為了模板、鋼筋支立架設(shè)方便，一般應(yīng)采取先澆筑底板，而后再支立和架設(shè)拱圈模板及鋼筋，最后澆筑成型。

采用“臥式”狀態(tài)預(yù)制，按一般習(xí)慣采用的施工方法分析，至少存在以下問題：

1）拱圈弧形鋼筋全部要在底板上方截斷，在底板澆筑完成后再二次焊接（或搭接綁扎處理），鋼筋損耗或焊接投入較大；

2）拱圈模板、鋼筋以及混凝土重量和其它施工荷載，要靠拱圈模板承擔(dān)，拱圈模板的加工和支拆將耗費大量的材料和工時，拱圈鋼筋綁扎困難；

3）拱圈混凝土的表面質(zhì)量難以控制，與親水結(jié)構(gòu)的要求相悖。

為了克服“臥式”狀態(tài)預(yù)制半圓體的各種問題，選擇了“立式”狀態(tài)一次性澆筑半圓體的方案，如圖4所示。

圖4 半圓體立式狀態(tài)預(yù)制示意

采取“立式”澆筑方案，模板和鋼筋全部一次支立架設(shè)，具有方便施工、省工省料、一次成型、確保質(zhì)量的明顯優(yōu)點。但需要解決如何把這大型的半圓體安全、便捷地翻轉(zhuǎn)90°，恢復(fù)到安裝使用狀態(tài)。為此，研發(fā)了一套結(jié)構(gòu)輕巧、操作簡便、安全可靠的多功能專用吊具，可以完成半圓體空中翻轉(zhuǎn)90°、裝船、水下安裝并自動脫鉤等一系列施工作業(yè)，取得了較好的經(jīng)濟效益和社會效益。

3 吊具設(shè)計

3.1 起重船基本參數(shù)

300 t起重船主要參數(shù)為：兩主鉤間距2.3m，每鉤額定負荷150 t（共300 t），副鉤（單）額定負荷60 t，與主鉤前后間距6m。使用時兩主鉤之間要有效連接（封鉤）。

3.2 對吊具的設(shè)計要求

1）吊起半圓體在空中翻轉(zhuǎn)90°的過程中，要保持半圓體和起重系統(tǒng)受力平穩(wěn)；

2）保證半圓體吊孔受力均勻，不因應(yīng)力集中而使吊孔混凝土破壞；

3）翻轉(zhuǎn)完成后半圓體不發(fā)生搖擺，能平穩(wěn)落地、裝船或安裝，能方便地自動脫鉤；

4）力爭吊具構(gòu)造精簡，各構(gòu)件受力簡單而明確，做到省料、易作，使用操作靈活可靠。

3.3 吊具設(shè)計要點

1）要做到平穩(wěn)翻轉(zhuǎn)，半圓體的吊點位置必須置于半圓體的重心位置上，半圓體繞著它的重心翻轉(zhuǎn)，任何轉(zhuǎn)角都是平衡的。

2）為了防止吊鉤對半圓體吊孔混凝土的破壞性擠壓，在吊鉤與吊孔接觸部位之間設(shè)置了一個可轉(zhuǎn)動的“蘑菇頭”弧面形墊板。墊板弧面始終與吊孔內(nèi)壁全面吻合接觸，而吊鉤與墊板則始終保持弧面線接觸。這樣吊鉤的起吊力便能均勻地分布在墊板的弧面上，很好地避免了吊鉤對吊孔內(nèi)壁的破壞性擠壓。該裝置如圖5所示。

圖5 弧面形墊板與吊鉤的聯(lián)接圖

3）半圓體被吊起時，吊鉤（通過弧面形墊板）始終吊在吊孔內(nèi)壁最上沿，而半圓體的垂心位置又始終不變，當(dāng)半圓體繞吊點弧面形墊板翻轉(zhuǎn)時，吊點與半圓體重心之間就產(chǎn)生偏心，偏心距的存在便產(chǎn)生了翻轉(zhuǎn)力矩，翻轉(zhuǎn)角度越大，偏心翻轉(zhuǎn)力矩越大，當(dāng)翻轉(zhuǎn)到90°時，翻轉(zhuǎn)力矩達到最大值。偏心矩的存在，使半圓體翻轉(zhuǎn)基本可以“自動”完成（只要在半圓體剛起吊并準(zhǔn)備翻轉(zhuǎn)時給一“助轉(zhuǎn)”外力，越過旋轉(zhuǎn)的“死點”位置，半圓體便能自行旋轉(zhuǎn)了）。這一現(xiàn)象使半圓體翻轉(zhuǎn)相當(dāng)容易，而在完成旋轉(zhuǎn)90°后，因此時偏心力矩最大，半圓體便處于最穩(wěn)定狀態(tài)，為半圓體扶正落地、裝船和安裝創(chuàng)造了平穩(wěn)、安全的條件。

4）吊鉤上部焊一拉桿板，用浮吊的副鉤控制吊索拉動拉桿板，使吊鉤繞吊鉤軸轉(zhuǎn)動脫離半圓體，完成“自動脫鉤”，見圖6所示。

圖6 吊具自動脫鉤裝置圖

3.4 吊具的組成

吊具主要由5部分組成，如圖7所示。

圖7 吊具總圖

4 吊具使用方法

4.1 半圓體在預(yù)制場空中翻轉(zhuǎn)、存放或裝船

半圓體在碼頭邊豎向預(yù)制，采用300 t起重船直接起吊翻轉(zhuǎn)半圓體，不需要平移。

1）掛鉤。300 t浮吊就位后，主鉤掛吊具索，副鉤掛翻轉(zhuǎn)索。將吊具主吊鉤掛入半圓體吊孔內(nèi)，翻轉(zhuǎn)索具鉤掛住半圓體底部翻轉(zhuǎn)吊孔。

2）吊起半圓體、翻轉(zhuǎn)。300 t浮吊主鉤緩慢起吊，副鉤放松，半圓體起吊離開地面高度1.3～1.5m后，移動至預(yù)定位置（存放場地或船上）。主鉤將半圓體提升至合適高度后保持穩(wěn)定不動，副鉤提升翻轉(zhuǎn)索，使半圓體翻轉(zhuǎn)90°，即翻轉(zhuǎn)到半圓體到“臥式”狀態(tài)。

3）存放或裝船。半圓體翻轉(zhuǎn)就位，移至存放場地或船上指定位置后，主鉤緩慢下降放下半圓體。

4）脫鉤。圓體就位后，人為解開副鉤翻轉(zhuǎn)索，掛好脫鉤索但要保持松弛狀態(tài)。主鉤下降至松弛狀態(tài)，副鉤再提拉脫鉤索，吊鉤繞吊鉤銷軸轉(zhuǎn)動，脫開半圓體主吊孔。至此，一個工作流程結(jié)束。

把半圓體從“立式”狀態(tài)扶正至“臥式”狀態(tài)的翻轉(zhuǎn)操作順序如圖8所示。

圖8 半圓體翻轉(zhuǎn)扶正過程示意圖

4.2 半圓體水上安裝

半圓體吊裝入水后，受到浮力影響，隨著入水漸深，半圓體重心會上移至吊點以上，這會使半圓體繞吊軸翻轉(zhuǎn)而使安裝不能進行，因此，吊裝入水以前須在吊具門架橫梁中部垂直方向上用倒鏈把半圓體對稱拉住，防止半圓體入水后翻轉(zhuǎn)，如圖9所示。

圖9 半圓體安裝前鎖固情形

1）從運輸船上吊起半圓體。將專用吊具主吊索系固于300 t浮吊主鉤，脫鉤索系固于副吊鉤但要保持松弛狀態(tài)。將半圓體平穩(wěn)、緩慢從運輸船上吊起送至安裝位置。

2）安裝半圓體。主鉤緩慢下降，副鉤隨之下降并使脫鉤索保持松弛狀態(tài)。半圓體下放至安裝位置，主鉤拉緊呈微受力狀態(tài)，檢查半圓體位置是否正確。如需調(diào)整，主鉤再次吊起半圓體調(diào)整位置，調(diào)整好后放正。

3）脫鉤。當(dāng)確認半圓體位置正確無誤后，將主鉤完全放松，副鉤提拉脫鉤索，使吊具吊鉤繞吊鉤銷軸轉(zhuǎn)動，脫開半圓體主吊孔。脫鉤完成，吊具提起。 至此，一個半圓體安裝完成。

半圓體水上安裝操作過程如圖10所示。

圖10 半圓體起吊過程示意圖

5 實施效果

“半圓體翻轉(zhuǎn)、安裝多功能吊具”是針對半圓體陸上“立式”一次整體預(yù)制空中翻轉(zhuǎn)90°、海上“臥式”狀態(tài)安裝所開發(fā)的專用吊具，為國內(nèi)外首創(chuàng)。2010年8月1日采用該吊具在威海施工現(xiàn)場進行了典型施工，半圓體空中翻轉(zhuǎn)平穩(wěn)，水上安裝就位準(zhǔn)確，自動脫鉤順利，安全可靠。截止到2010年8月23日，采用該吊具成功完成了44個半圓體的空中翻轉(zhuǎn)、裝船、安裝任務(wù)。實踐證明，研發(fā)的“半圓體翻轉(zhuǎn)、安裝多功能吊具”使“臥式”預(yù)制半圓體的諸多問題通過改為“立式”預(yù)制而順利解決，顯著提高了半圓體的預(yù)制質(zhì)量，大幅度縮短了預(yù)制和安裝工期（各壓縮約一半左右），大大減少材料和施工設(shè)備消耗，經(jīng)濟效益顯著，充分體現(xiàn)了該專用吊具的安全性和先進性。

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