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
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。
(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。
3.1 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。
4.1 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)。
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。
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
B
[定稿日期]2017-03-22