鋼結(jié)構(gòu)施工中采用輔助球面法求相貫線提高施工工效的方法探討

木向成 陳 勇 鄭利強(qiáng)

中交二航局第一工程有限公司

鋼結(jié)構(gòu)施工中采用輔助球面法求相貫線提高施工工效的方法探討

木向成 陳 勇 鄭利強(qiáng)

中交二航局第一工程有限公司

目前在長(zhǎng)江中上游大水位差碼頭系靠船設(shè)施結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中多采用多層鋼系纜平臺(tái)型式，而系船梁及鋼支撐多采用鋼管，鋼管下料精度不僅影響結(jié)構(gòu)觀感和質(zhì)量，而且影響工期。本文結(jié)合某碼頭鋼結(jié)構(gòu)施工中采用輔助球面法求相貫線的方法，達(dá)到了提高施工工效的目的，現(xiàn)對(duì)該方法進(jìn)行探討，希望可以對(duì)類似項(xiàng)目起借鑒作用。

鋼系纜平臺(tái)；輔助球面法；相貫線

1 工程概況

1.1 工程地理位置及規(guī)模

該工程位于鄂州市城區(qū)約15公里。工程新建5000t級(jí)(水工結(jié)構(gòu)兼靠10000t級(jí))多用途泊位泊位4個(gè)。

1.2 工程結(jié)構(gòu)型式

碼頭平臺(tái)為高樁梁板結(jié)構(gòu)，碼頭平臺(tái)長(zhǎng)500m，寬30m，共68個(gè)排架，排架間距為8.0m，每榀排架采用4根鋼管樁和3根PHC樁。

碼頭平臺(tái)前沿設(shè)四層系靠船平臺(tái)，以滿足不同水位時(shí)船舶停靠的需要。最上層為碼頭面，以下三層均為鋼系纜平臺(tái)，鋼系纜平臺(tái)由鋼靠船立柱、鋼橫撐和鋼走道板組成。最上一層鋼系纜平臺(tái)橫撐頂標(biāo)高為+19.9m，中間一層鋼系纜平臺(tái)橫撐頂標(biāo)高為+15.5m，最底下一層鋼系纜平臺(tái)橫撐頂標(biāo)高為+11.1m。

1.3 現(xiàn)場(chǎng)施工條件和施工時(shí)機(jī)

因長(zhǎng)江水位在汛期及枯水期水位高程變化大，鋼結(jié)構(gòu)施工最好時(shí)機(jī)為枯水期(一般為每年10月下旬至次年3月)。

由于罕見(jiàn)的超強(qiáng)等級(jí)厄爾尼諾事件，15年年底枯水期水位一直居高不下，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)搶水位施工帶來(lái)的壓力很大。

沉樁結(jié)束后及時(shí)安裝鋼靠船立柱，然后進(jìn)行鋼平臺(tái)的施工，施工從最下一層鋼平臺(tái)往上搶水位施工，減少水位對(duì)鋼結(jié)構(gòu)施工的影響，確保在一個(gè)枯水期完成所有鋼結(jié)構(gòu)施工，避免二次進(jìn)場(chǎng)增加施工成本。

2 鋼支撐安裝常規(guī)施工方法

2.1 施工方法

在沉樁形成部分排架后及時(shí)進(jìn)行夾樁施工，保障樁基不再發(fā)生偏位。夾樁型鋼的搭設(shè)方法和搭設(shè)標(biāo)高可以同時(shí)兼顧考慮后續(xù)上部結(jié)構(gòu)橫梁的施工，本項(xiàng)目夾樁時(shí)兼顧考慮了搭設(shè)鋼鉆孔平臺(tái)和施工上橫梁，型鋼挑出碼頭前沿線1m。

夾樁后進(jìn)行鋼靠船立柱的安裝，在夾樁型鋼上放樣出鋼靠船立柱的安裝線，靠船立柱安裝時(shí)進(jìn)行吊鉛垂線確保吊裝的垂直度。

由于沉樁施工有樁位偏移誤差，為了確保鋼支撐的下料長(zhǎng)度，需要測(cè)量人員配合實(shí)測(cè)出相鄰靠船立柱(或相鄰樁)之間的鋼系船梁(或橫撐)長(zhǎng)度L，按以下操作進(jìn)行施工：

(1)在鋼管樁上每根橫撐連接點(diǎn)搭設(shè)一個(gè)臨時(shí)平臺(tái)。

(2)由測(cè)量工測(cè)出橫撐頂標(biāo)高位置。

(3)將鋼橫撐按整節(jié)進(jìn)行下料，下料長(zhǎng)度為L(zhǎng)(L為實(shí)際A、B排架之間鋼橫撐長(zhǎng)度)，吊裝前先將兩端的相貫線同一邊用氣割吹出60度坡口，并用角磨機(jī)打光。后將另一邊的相貫線卡住鋼管樁就位，再用25t汽車吊配合安裝(采用水平尺檢查)，方向正位，然后將相貫線端與鋼管樁進(jìn)行點(diǎn)焊固定。安裝后的鋼橫撐應(yīng)保持水平，軸線標(biāo)高滿足設(shè)計(jì)圖紙的要求。

2.2 施工特點(diǎn)

1)需要配合的船機(jī)設(shè)備和測(cè)量人員較多；

2)鋼橫撐的長(zhǎng)度均為現(xiàn)場(chǎng)手工量測(cè)，量測(cè)工作量大，量測(cè)精度受外界因素影響大，誤差大；

3)現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)不便利，安全風(fēng)險(xiǎn)大。

4)因下料精度相對(duì)較差，焊接量大，工效相對(duì)低。

3 采用輔助球面法求相貫線的原因

1)傳統(tǒng)施工方法工效底，鋼支撐及早焊接使平臺(tái)樁基排架及快形成整體，利于嵌巖樁施工平臺(tái)更穩(wěn)定，而且可以避免二次進(jìn)場(chǎng)，降低施工成本。

2)系纜鋼平臺(tái)鋼管(鋼系船梁或鋼支撐)下料一般均是直接在現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)下料，量測(cè)精度差，相貫線切割不精確，焊縫焊接量大，返工量大，觀感質(zhì)量差，工效底，并且投入的人員設(shè)備相對(duì)較多，另外施工安全隱患也較大；

3)技術(shù)人員根據(jù)測(cè)量部門提供的每排架樁基偏位和斜度數(shù)據(jù)，在電腦上進(jìn)行模擬制圖，采用輔助球面法求出鋼管上不同位置的相貫線點(diǎn)，連接成曲線后即為完整的相貫線，然后現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)電腦制圖對(duì)應(yīng)下料，期間人工配合現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)復(fù)核，實(shí)現(xiàn)減少現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量工作量，減少現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量誤差，提高現(xiàn)場(chǎng)下料精度，提高施工工效的目的。

4 人工量測(cè)下料和電腦模擬制圖的方案對(duì)比

（見(jiàn)表1）

5 輔助球面法電腦成圖方法

5.1 理論依據(jù)

當(dāng)球體(鋼靠船立柱)與一些旋成體(鋼支撐或鋼系船梁)相交，且球心位于旋成體的軸上時(shí)，其交線(即相貫線)為一垂直于旋成體軸線的圓。

兩圓柱軸線相交點(diǎn)O為圓心，適當(dāng)長(zhǎng)度R為半徑劃一輔助球(圖1)，球面與圓柱1的交線為P，球面與圓柱2的交線為Q，P、Q相交得兩點(diǎn)K，點(diǎn)K即是球面上的點(diǎn)，同時(shí)也是圓柱1、2柱面上的點(diǎn)，即點(diǎn)K三面共點(diǎn)，是公共點(diǎn)，是相貫線上的點(diǎn)。如果做一系列輔助球，便可得到一系列相貫點(diǎn)。

表1 方案比較分析表

輔助球面法求相貫線點(diǎn)

輔助球的大小是有限制的：當(dāng)輔助球過(guò)大時(shí)，兩圓柱與球的交線P、Q沒(méi)有交點(diǎn)，也就無(wú)法找出相貫點(diǎn)；當(dāng)輔助球過(guò)小時(shí)，得不到與圓柱2的交線Q，因而無(wú)法找出相貫點(diǎn)。Rmax為最大有效輔助球半徑，Rmin為最小有效輔助球半徑，只有在此范圍內(nèi)所作的輔助球才起作用(見(jiàn)圖2)。

5.2 不同直徑圓柱相交用輔助球面法求相貫線的完整畫法

圖3、4中柱2可假設(shè)為鋼管樁或鋼靠船立柱，柱1假設(shè)為鋼橫撐或鋼系船梁，三面共點(diǎn)形成的曲線即為相貫線。其中圖3為鋼管樁為直樁時(shí)與鋼橫撐形成的相貫線，圖4為斜樁時(shí)與鋼橫撐形成的相貫線。最后直接用電腦標(biāo)注相貫線上某些點(diǎn)相對(duì)X平面的距離s，施工隊(duì)伍按此對(duì)應(yīng)放樣在鋼橫撐上，再形成光滑曲線，最后進(jìn)行下料。

6 輔助球面法電腦成圖注意事項(xiàng)

由于鋼橫撐下料加工采用人工量測(cè)方法和憑施工經(jīng)驗(yàn)較多，采用電腦模擬制圖下料可借鑒的經(jīng)驗(yàn)較少，通過(guò)本項(xiàng)目的實(shí)施，總結(jié)了需要注意的事項(xiàng)如下：

1)施工前應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)的技術(shù)交底，交底應(yīng)透徹，使技術(shù)人員、施工人員對(duì)施工方法有充分的了解；

2)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量樁基偏位和斜度應(yīng)在夾樁后進(jìn)行，確保樁基在測(cè)量后不發(fā)生位移，確保測(cè)量精度；在現(xiàn)場(chǎng)用儀器測(cè)量樁基偏位時(shí)，樁頂及水面附件較為方便測(cè)量，樁基中間部位一般通過(guò)換算得出偏位和斜度，為確保精度，建議在條件具備時(shí)根據(jù)每層平臺(tái)高程進(jìn)行測(cè)量；

3)進(jìn)行電腦成圖的技術(shù)員應(yīng)具備較強(qiáng)的CAD應(yīng)用能力，并透徹理解制圖理論依據(jù)，充分掌握輔助球面法的原理，掌握制圖技巧，施工期間應(yīng)通過(guò)人工量測(cè)的方法復(fù)核電腦成圖的精度，電腦成圖結(jié)果經(jīng)復(fù)核無(wú)誤后再打印提供給施工隊(duì)伍。

7 實(shí)施效果

在本項(xiàng)目鋼結(jié)構(gòu)施工中通過(guò)采用輔助球面法電腦成圖結(jié)合人工量測(cè)復(fù)核，達(dá)到了預(yù)期效果。整個(gè)碼頭鋼平臺(tái)施工工期提前了29天，有效的節(jié)省了施工成本。

8 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)電腦模擬成圖，使技術(shù)員在現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量管理時(shí)不再單純依靠施工隊(duì)伍的經(jīng)驗(yàn)，而可以參與到施工過(guò)程的具體指導(dǎo)與管理；另外施工隊(duì)伍在此類施工中不再僅靠經(jīng)驗(yàn)盲目施工，而可以依照詳細(xì)的圖紙，不僅提高施工工效和施工質(zhì)量，而且達(dá)到了節(jié)省成本的目的。

[1]《新編鈑金技術(shù)與展開(kāi)計(jì)算實(shí)用手冊(cè)》；蔡強(qiáng)；2003.07

[2]《新編鈑金展開(kāi)計(jì)算實(shí)用手冊(cè)》；梁紹華；2004.6.1