跨河道大型鋼桁架吊裝施工技術(shù)

劉 洋

(中鐵二局集團建筑有限公司，四川成都 610000)

跨河道大型鋼桁架吊裝施工技術(shù)

劉 洋

(中鐵二局集團建筑有限公司，四川成都 610000)

文章以上海地鐵9號線醉白池站配套管理用房工程跨河道35 m鋼桁架吊裝施工為工程實例，針對吊裝現(xiàn)場場地狹窄并緊臨地鐵站、河道的情況采取了有效的施工措施，使工程質(zhì)量和安全得到了保障。

鋼桁架； 正上方； 橫跨； 河道； 承載力； 吊裝

1 工程概況

上海地鐵9號線醉白池站配套管理用房建設(shè)地點為上海市松江區(qū)軌道9號線南延伸工程醉白池地鐵站正上方,橫跨32 m寬人民河，結(jié)構(gòu)全部采用鋼結(jié)構(gòu)；建筑面積總計7 780.84 m2，建筑層數(shù)為三層，建筑高度為17.30 m。本工程采用兩道防震縫將主體結(jié)構(gòu)分成三部分，為便于施工管理組織，控制工程進度，更好地協(xié)調(diào)組織深化設(shè)計、車間制造、運輸?shù)跹b等施工過程中的各個環(huán)節(jié)工作，同時根據(jù)其結(jié)構(gòu)形式，將鋼結(jié)構(gòu)安裝分為三個大的施工區(qū)域(圖1)：A區(qū)(15～22軸)、B區(qū)(11～15軸)和C區(qū)(3～11軸)。B區(qū)、C區(qū)東側(cè)為跨度約15 m的地下車庫，A區(qū)西側(cè)為跨度約10 m的地鐵二號出入口。A區(qū)四榀鋼桁架分布A、B、C、D軸線于16～20軸線間，桁架跨度為35 m，桁架矢高4.49 m，單榀桁架重量最重達50 t。

2 工程特點及施工技術(shù)難點

(1)本工程建設(shè)在9號線醉白池地鐵站正上方，大型吊裝設(shè)備無法在地鐵頂板正上方行走施工。工地A區(qū)緊鄰醉白池公園，吊裝場地狹小，工況對吊裝極其不利。吊機進場的拼裝場地狹窄，行走區(qū)域只能在A區(qū)3/OA軸側(cè)(靠近人民河)。

(2)A區(qū)二層以上四榀鋼桁架單片桁架重量達到50 t。鋼桁架橫跨32 m寬人民河，該河道經(jīng)常有小型船舶航行，吊裝施工一旦處理不當，將會造成難以估計的經(jīng)濟損失。

3 吊車選擇

3.1 吊裝要求

根據(jù)鋼桁架橫跨人民河正上方的現(xiàn)場實際情況，吊裝時吊機位于人民河畔，故所用吊機站位在A軸線外側(cè)20～23軸線間及河堤內(nèi)側(cè)6 m的位置。根據(jù)現(xiàn)場放樣，吊裝最遠D軸線桁架吊機作業(yè)半徑為38 m，吊機主臂長66 m，因此選用400 t履帶吊進行吊裝。

3.2 吊車參數(shù)

400 t履帶吊在此工況條件下可以吊裝55.6 t，桁架最重約50 t，選擇400 t履帶吊最為適宜。400 t履帶吊裝場地靠近人民河，地基需要進行加固處理。履帶吊行走及站位吊裝的路線位置地面以下1.2 m范圍內(nèi)進行毛石回填并且壓實，對上部路面采取水泥、混凝土石屑穩(wěn)定層，墊高0.3 m。吊裝時，履帶位置應(yīng)鋪設(shè)10塊路基箱，路基箱的規(guī)格為6 m×2 m×0.2 m(長×寬×高)，避免履帶吊因地基不實而導(dǎo)致吊機的傾覆。

4 鋼桁架吊裝相關(guān)計算

4.1 側(cè)墻的側(cè)壓力驗算

4.1.1 驗算思路

本工程400 t履帶吊吊裝過程中，由于工況有限必須站于地鐵外墻，屬于施工活荷載，通過計算履帶吊對外墻產(chǎn)生的側(cè)向力，并與地鐵設(shè)計方要求的20 kN/m2均布活荷載對外墻產(chǎn)生的側(cè)向力作比較，小于20 kN/m2均布活荷載對外墻產(chǎn)生的側(cè)向力則結(jié)構(gòu)安全，反之則需要加固；對于河道，通過分析履帶吊對土體產(chǎn)生的荷載在土體中的擴散范圍，以便確定履帶吊離河道有足夠的距離避免對河道產(chǎn)生側(cè)向力。

4.1.2 400 t履帶吊資料

履帶吊性能參數(shù)如圖2所示。

4.1.3 履帶吊作用荷載計算

(1)履帶吊正常吊裝狀況下荷載計算(工況一)。

根據(jù)履帶吊尺寸，每側(cè)履帶由5塊2 m×6 m路基箱板傳遞，路基箱板的自重取為3.0 kN/m2。由履帶吊資料可知，吊車自重為400 t。履帶吊吊裝時其吊重控制在不超過50 t。

總受荷面積：2×6×10=120 m2

均布壓力：450×9.8/60+3.0=76.5 kN/m2

(2)履帶吊最不利吊裝狀況下荷載計算(工況二)。

路基箱布置同上面正常吊裝情況一致，每側(cè)輪壓由5塊2 m×6 m路基箱板傳遞，路基箱板的自重取為3.0 kN/m2。

單側(cè)受荷面積：2×6×5=60 m2

按最不利計算，單側(cè)履帶產(chǎn)生最大的豎向荷載為400+50=450 t

均布壓力：450×9.8/60+3.0=76.5 kN/m2

4.1.4 側(cè)墻承載力驗算

(1)工況一(正常吊裝)。

履帶吊站位為車身與墻平行，并控制履帶下的路基箱板邊離側(cè)墻距離最小為2 m。吊車與側(cè)墻相對位置如圖3所示。

側(cè)墻外側(cè)的回填土按素填土計算，通過本工程地質(zhì)勘察報告查得，天然重度為18.5 kN/m3，內(nèi)粘聚力C=10 kPa，內(nèi)摩擦角φ=15°，主動土壓力系數(shù)Kai=tan2(45°-15°/2)=0.59。

因本文計算過程只與地鐵設(shè)計方要求的地面均布活荷載相比較，故可不計算由土的自重產(chǎn)生的豎向總應(yīng)力，根據(jù)JGJ 120-2012《建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程》的3.4.2、3.4.5、3.4.7條可知荷載q對側(cè)墻產(chǎn)生的土壓力為：E1=76.5×(12×10)/[(2+12+2)×(2+10+2)]×0.59-2×10×=24.2 -15.4=8.8 kN/m2。

(2)工況二(不利吊裝)。

吊車站位與工況一相同。吊車與側(cè)墻相對位置如圖4所示。

側(cè)墻外側(cè)的回填土按素填土計算，天然重度為18.5 kN/m3，內(nèi)粘聚力C=10 kPa，內(nèi)摩擦角φ=15°，主動土壓力系數(shù)：Kai=tan2(45°-15°/2)=0.59。

(3)側(cè)墻承載力分析。

(4)側(cè)墻承載力驗算結(jié)果。

由上面的計算結(jié)果可得各工況最大土壓力與允許土壓力的關(guān)系(表1)。

由表1可知側(cè)墻承受的最大側(cè)向力均小于允許側(cè)向力，滿足設(shè)計要求。

4.2 河道承載力驗算

(1)履帶吊與河道相對位置如圖6所示，吊車荷載下作用下計算簡圖如圖7所示。

(2)河道承載力驗算。履帶吊對土體產(chǎn)生的荷載在土體中的擴散角按45°考慮。為了保證履帶吊能夠在河道旁安全行駛，不對河道產(chǎn)生影響，河道不能處于土體中的荷載擴散范圍內(nèi)，所以履帶吊在河道旁工作的安全距離必需保證大于等于6 m。

4.3 土體承載力驗算

將400 t履帶吊行走和吊裝區(qū)域開挖至設(shè)計標高下1.5 m深度后，根據(jù)土體計算資料可知道回填土的承載力特征值為100 kN/m2，大于吊車產(chǎn)生的最大壓力76.5 kN/m2，土體承載力滿足要求。但考慮到土體的不均勻沉降及吊車荷載傳遞的不均勻性，對吊裝區(qū)域的路基箱下土體換填1.2 m深的碎石，對上部路面采取水泥石屑穩(wěn)定層，墊高0.3 m以提高土體的安全系數(shù)。

5 鋼桁架的吊裝

主桁架全部散件發(fā)往工地，現(xiàn)場上胎架拼裝，整個跨河段拼裝由于場地限制，由二臺80 t汽車吊進行拼裝，吊裝主桁架要由一臺400 t履帶吊承擔。在鋼桁架正式吊裝前進行試吊，桁架兩端設(shè)置纜繩，各項確認無誤后開始起吊。根據(jù)吊機作業(yè)幅度，從西面D軸往A軸依次安裝主桁架、次梁。桁架間次梁、兩側(cè)桁架下弦桿外側(cè)懸挑由2臺100 t汽車吊站在河道四個角完成。焊接過程采用多層多道焊接方法以減少焊接殘余應(yīng)力，減小變形。構(gòu)件焊接完畢，吊車松鉤，吊裝完畢。

6 結(jié)束語

鋼桁架吊裝區(qū)域的場地非常狹小，緊臨地鐵站、橫跨河道，這些都給施工造成諸多不便，但針對現(xiàn)場具體情況采取了有效措施，使鋼桁架的安裝質(zhì)量和施工安全得到了有效的保障。經(jīng)過工程實際驗證達到了設(shè)計和規(guī)范要求，受到業(yè)主的一致好評，也為后續(xù)相關(guān)工程施工提供一定意義上的借鑒作用。

TU758.15

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[定稿日期]2017-03-22