大型吊裝系統(tǒng)在水利工程中的應(yīng)用分析

郭　杰

(廣州新珠工程監(jiān)理有限公司，廣州 510610)

?

大型吊裝系統(tǒng)在水利工程中的應(yīng)用分析

郭杰

(廣州新珠工程監(jiān)理有限公司，廣州 510610)

摘要：對(duì)黔中水利總干渠渡槽C3標(biāo)龍場(chǎng)渡槽的大型吊裝系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)用分析，可得出大型吊裝系統(tǒng)的設(shè)計(jì)滿(mǎn)足龍場(chǎng)渡槽的吊裝工程需要，其強(qiáng)度和穩(wěn)定性滿(mǎn)足要求。但水利工程中，由于起吊場(chǎng)地受到限制，可能需跨越峽谷，應(yīng)在施工中加強(qiáng)纜吊系統(tǒng)、錨索張拉及松索、拱圈和接頭混凝土澆筑等觀測(cè)工作，確保施工安全和質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：吊裝系統(tǒng);吊具結(jié)構(gòu)；渡槽； 安全系數(shù)；主索

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，中國(guó)各行各業(yè)方興未艾，尤其是石油化工、冶金和電力建設(shè)方面，為了追求更高效率和更高效益，整體吊裝工程越來(lái)越普遍，對(duì)吊裝技術(shù)和吊裝設(shè)備的要求也越來(lái)越高。目前吊裝技術(shù)普遍用于道路、橋梁、船舶等工程，但大型吊裝系統(tǒng)在水利水電工程中的運(yùn)用，并不多見(jiàn)。鑒于此，文章以實(shí)際水利工程為背景，對(duì)黔中水利總干渠渡槽C3標(biāo)龍場(chǎng)渡槽的大型吊裝系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)用分析。

1工程概況

黔中水利總干渠龍場(chǎng)渡槽起止樁號(hào)：總干23+207.198~總干23+547.198，總長(zhǎng)340 m。上游接大水井隧洞、下游接明渠。為拱式渡槽，拱圈軸為懸鏈線，凈矢高f0=40m，矢跨比1/5，主拱箱為單箱雙室鋼筋混凝土變截面拱箱，拱寬由12 m漸變?yōu)?.5 m，拱箱高3.5 m，主拱凈跨200 m，離地面最大高度120m，目前為國(guó)內(nèi)最大的單跨拱式渡槽。

龍場(chǎng)小河為不對(duì)稱(chēng)的“V”型斜向河谷，谷底寬15 m，谷底沖洪積砂卵礫石層厚2～3 m。進(jìn)口岸(左岸)1 210 m高程以上地形坡度為30°左右，基巖裸露，為硬質(zhì)巖構(gòu)成的逆向坡，巖層傾向左岸偏下游，傾角34°，自然邊坡穩(wěn)定；1 210 m高程以下為陡崖，為硬質(zhì)巖構(gòu)成的逆向坡，自然邊坡穩(wěn)定，陡崖腳為縣級(jí)公路。出口岸(右岸)地形坡度均勻，約40°左右，基巖裸露，為硬質(zhì)巖構(gòu)成的斜向坡，自然邊坡穩(wěn)定。地層巖性主要有：第四系(Q)：殘坡積、沖洪積物，成分黏土夾碎石以及砂卵礫石層，厚0～5.7 m。白堊系(K)：塊狀角礫巖夾紫紅色砂巖。三疊系(T)： 永寧鎮(zhèn)組第一段第一層(T1yn1-1)灰色中至厚層狀灰?guī)r夾少量泥灰?guī)r。夜郎組(T1y)中至厚層狀灰?guī)r夾少量泥灰?guī)r和泥頁(yè)巖。場(chǎng)地進(jìn)口岸(左岸)陡崖腳發(fā)育K1水平溶洞，溶洞位于渡槽軸線下游10 m以外，溶洞口徑約3 m，可見(jiàn)深約5 m，未見(jiàn)洞穴堆積物。區(qū)內(nèi)地層巖性主要為灰色中至厚層狀灰?guī)r夾少量泥灰?guī)r和泥頁(yè)巖，地下水類(lèi)型為巖溶管道水、巖溶裂隙水、基巖裂隙水等，含水量中等至強(qiáng)[1]。

2主纜索系統(tǒng)設(shè)計(jì)

主吊裝系統(tǒng)主跨徑550 m，出口岸平衡索錨碇位于主索錨碇前方120 m，平衡錨索及反置主索角度θ=28.3゜，單套系統(tǒng)主索采用12Φ62鋼芯鋼絲繩，在出口岸吊塔頂部，4根主索過(guò)索鞍輪后2根錨固于錨碇，2根轉(zhuǎn)向后反置于吊塔頂部。4臺(tái)15t慢速滾筒卷?yè)P(yáng)機(jī)(角速度恒定)用于起吊，4臺(tái)20 t慢速滾筒卷?yè)P(yáng)機(jī)(角速度恒定)用作牽引。通過(guò)計(jì)算主索的最大垂度、最大張力；起重索最大拉力、牽引索最大牽引力，可得單套纜索吊機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)及計(jì)算結(jié)果如表1所示，其安全系數(shù)滿(mǎn)足規(guī)范要求[2]。

表1　單套纜索吊機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)及計(jì)算結(jié)果

3吊具設(shè)計(jì)

拱肋吊裝系統(tǒng)吊具包括纜索跑車(chē)、起吊滑車(chē)組、吊點(diǎn)分配梁、吊點(diǎn)等結(jié)構(gòu)。全橋布設(shè)2組主索，每組上設(shè)置兩套吊具。吊具數(shù)量、規(guī)格匯總見(jiàn)表2。

表2　吊具數(shù)量、規(guī)格匯總表

3.1　纜索跑車(chē)設(shè)計(jì)

跑車(chē)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)示意圖如圖1所示：

圖1　行走天車(chē)及上吊具結(jié)構(gòu)示意圖

主要技術(shù)指標(biāo)：承重主索12Φ62 mm；起吊索Φ32 mm；牽引索Φ32 mm。跑車(chē)輪、牽引輪及起重輪直徑均為600 mm；軸承均采用柱式滾動(dòng)軸承。 單個(gè)跑車(chē)承受的豎向力T=750 kN，設(shè)計(jì)按1 000 kN取值。各部位應(yīng)力安全系數(shù)K≥2.0。

3.2　起吊滑車(chē)組設(shè)計(jì)

起吊滑車(chē)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)示意圖如圖2~3所示：

圖2　 下吊具結(jié)構(gòu)示意圖

技術(shù)指標(biāo)：起吊繩走線數(shù)10線。起吊繩直徑Φ32 mm。滑車(chē)組直徑為600 mm。滑車(chē)組滑輪內(nèi)均采用柱式滾動(dòng)軸承。滑車(chē)組承受的豎向力為750 kN，設(shè)計(jì)按1 000 kN取值。各部位應(yīng)力安全系數(shù)K≥2.0。

3.3　扁擔(dān)梁設(shè)計(jì)

扁擔(dān)梁采用鋼管桁架結(jié)構(gòu)，主管采用Φ325×20 mm，平聯(lián)及斜撐采用Φ219×10 mm鋼管。經(jīng)過(guò)計(jì)算扁擔(dān)梁應(yīng)力分布如圖4所示，可知桿件最大組合應(yīng)力為135 MPa，小于200 MPa，滿(mǎn)足要求。

4吊塔系統(tǒng)設(shè)計(jì)

吊塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖如圖5所示。出口岸吊塔立于山頂，吊塔與基礎(chǔ)的連接形式為固結(jié)。吊塔基礎(chǔ)采用樁基混凝土承臺(tái)，吊塔材料采用鋼管桁架焊接而成。吊塔高度只有4.5m，剛度很大，無(wú)需設(shè)置橫向抗風(fēng)索。吊塔平衡索用于平衡主索的水平拉力，在鋼管桁架上設(shè)置與主索相對(duì)應(yīng)的主索平衡錨索，上下游各設(shè)置12束8Φ15.24鋼絞線平衡索，空載工況下其初張力為：4 800 kN。通過(guò)計(jì)算吊塔強(qiáng)度和穩(wěn)定性滿(mǎn)足要求。

圖4　扁擔(dān)梁應(yīng)力分布圖

5扣塔系統(tǒng)設(shè)計(jì)

扣塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖如圖7所示。兩岸扣塔均立于交界墩頂部，與墩頂預(yù)埋鐵板固結(jié)。吊塔材料采用鋼管桁架焊接而成，高度27m，立柱鋼管采用Φ630×20 mm厚鋼管，墊梁采用I36型鋼組合箱型截面，張拉錨梁采用I50型鋼組合截面，其他連結(jié)桿件采用槽20箱型截面，所有型鋼均采用Q345b材質(zhì)。扣塔頂部橫向布置各布置2組3Φ15.24鋼絞線橫向纜風(fēng)，當(dāng)扣塔產(chǎn)生水平偏位時(shí)，張拉鋼絞線，控制扣塔水平偏位在10 mm之內(nèi)?？鬯v橋向不設(shè)置專(zhuān)門(mén)的纜風(fēng)，扣塔縱橋向的偏位通過(guò)張拉扣、錨索來(lái)實(shí)現(xiàn)。通過(guò)計(jì)算吊塔穩(wěn)定性強(qiáng)度和穩(wěn)定性滿(mǎn)足要求。

圖6　扣塔結(jié)構(gòu)示意圖

6主索錨固系統(tǒng)設(shè)計(jì)

6.1　地質(zhì)條件

進(jìn)口岸主索錨碇位于標(biāo)高為1444的山腰上，地質(zhì)情況好，巖石裸露，基本為弱風(fēng)化石灰?guī)r。出口岸吊塔基礎(chǔ)位于山頂，巖石裸露，基本為強(qiáng)風(fēng)化石灰?guī)r。出口岸主索平衡錨索錨碇位于山腳，巖石被淺層土體覆蓋，基本為弱風(fēng)化石灰?guī)r。

6.2　基礎(chǔ)類(lèi)型及錨固方式

1)主索地錨基礎(chǔ)型式

根據(jù)地錨所在地質(zhì)情況，進(jìn)口岸采用山體錨索錨碇，錨索孔深33米。出口岸吊塔基礎(chǔ)采用樁式承臺(tái)基礎(chǔ)，樁徑1.2 m，樁長(zhǎng)8 m，承臺(tái)尺寸6.5 m×5 m×1 m(厚)。出口岸平衡索錨碇采用樁式承臺(tái)錨碇，樁徑2 m，樁深6 m，承臺(tái)高度3 m，長(zhǎng)8 m，寬6 m。

2)主索索股錨固方式

進(jìn)口岸主索錨固于與山體錨索錨固的錨梁上。出口岸主索捆于吊塔橫梁上，平衡錨索亦錨固于橫梁上，與主索一一對(duì)應(yīng)。出口岸平衡錨索與錨碇的連接方式為預(yù)埋的形式，直接澆筑錨固在混凝土基礎(chǔ)中。

7主拱肋抗風(fēng)索的設(shè)計(jì)及布置

本橋拱箱為整箱安裝，其橫向穩(wěn)定性好，永久抗風(fēng)索半拱設(shè)置兩道，共4道，采用2Φ32鋼絲繩；節(jié)段安裝就位時(shí)，每節(jié)段設(shè)置1對(duì)臨時(shí)調(diào)位風(fēng)纜，采用2Φ21.5鋼絲繩，就位后，安裝下一節(jié)段時(shí)，將上一節(jié)段的臨時(shí)調(diào)位風(fēng)纜前移。

7.1　全橋拱肋抗風(fēng)索系統(tǒng)布置

永久抗風(fēng)索系統(tǒng)布置見(jiàn)圖7。

圖7　永久抗風(fēng)索系統(tǒng)布置圖

7.2　抗風(fēng)索的選用與設(shè)置

抗風(fēng)索用Φ32(6×37+1)的鋼絲繩。固定端鋼絲繩與拱肋捆綁連接，收放端鋼絲繩捆綁在抗風(fēng)地錨上，通過(guò)倒鏈?zhǔn)辗胚M(jìn)行調(diào)整。收放端先用卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引，使抗風(fēng)索產(chǎn)生一定的初張力，以克服鋼絲繩的部分延伸量。抗風(fēng)索初張力單根Φ32鋼絲繩為10 t，抗風(fēng)索破斷拉力安全系數(shù)>3。進(jìn)口岸、出口岸左右兩側(cè)各布置1個(gè)抗風(fēng)地錨?？癸L(fēng)索地錨采用錨桿錨碇，單個(gè)錨碇在基巖上打入Φ25錨桿16根，錨桿深度1.8m，外露澆筑C30混凝土樁頭，單個(gè)錨碇抗水平力設(shè)計(jì)為80 t，抗風(fēng)索直接困于樁頭上。

8結(jié)語(yǔ)

黔中水利總干渠龍場(chǎng)渡槽目前為國(guó)內(nèi)最大的單跨拱式渡槽，其吊裝工藝采用無(wú)支架纜索吊裝和斜拉扣掛，操作難度大，技術(shù)、安全措施要求高。然而通過(guò)對(duì)吊裝系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算，各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)的安全系數(shù)滿(mǎn)足要求，其強(qiáng)度和穩(wěn)定性滿(mǎn)足工程實(shí)際需要，已實(shí)現(xiàn)大型吊裝系統(tǒng)在水利工程中的運(yùn)用。但由于水利工程中，起吊場(chǎng)地受到限制，拉各種風(fēng)纜時(shí)地形險(xiǎn)要，需跨越峽谷，可能造成施工比較困難的情況，而纜吊系統(tǒng)、錨索張拉及松索、拱圈和接頭混凝土澆筑是吊裝系統(tǒng)成功運(yùn)行的關(guān)鍵，因此施工中應(yīng)認(rèn)真細(xì)致，加強(qiáng)觀測(cè)，確保施工安全和質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]王欣,高順德.大型吊裝技術(shù)與吊裝用起重設(shè)備發(fā)展趨勢(shì)[J]，石油化工建設(shè),2005,27(01):58-60.

[2]都昌林，馬學(xué)峰，龔志剛.大跨徑無(wú)支架纜索吊吊裝系統(tǒng)設(shè)計(jì)與施工[J].公路交通科技，2004，21(09):74-77.

Application of Large Hoisting System in Water Conservancy Project

GUO Jie

(Guangzhou Xinzhu Engineering Supervision Ltd.，Guangzhou 510610，China)

Abstract：By analyzing the large hoisting system of C3 Longchang aqueduct located in Qianzhong hydrological main canal in the paper，it is concluded that the design of large hoisting system can meet the demands of hoisting projec6ts and its strength and stability is capable to meet the demands.Limited by the lifting field of hydraulic project，possible to cross the canyon，the cable suspension system,cable tension，arch and joint concrete pouring should be strengthened in the construction so as to ensure the safety and quality of the construction.

Key words：hoisting system；structure of suspension machine；aqueduct；safety coefficient；main cable

[作者簡(jiǎn)介]郭杰(1982-)，男，湖北孝感人，工程師，從事工程監(jiān)理工作。

[收稿日期]2015-06-28

中圖分類(lèi)號(hào)：TV53

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1007-7596(2015)08-0009-04