某大型碼頭模塊的合攏方法及力學(xué)計(jì)算

陳鑫祎，顧 樞，蔡晨晨

（南通中遠(yuǎn)重工有限公司技術(shù)部，江蘇 南通226000）

1 工程概況

導(dǎo)管架碼頭模塊用于建造碼頭，這種新型的導(dǎo)管架形式的碼頭基礎(chǔ)，取代了傳統(tǒng)樁基礎(chǔ)施工形式，降低了海上施工的風(fēng)險(xiǎn)，可節(jié)約70%的現(xiàn)場施工成本，大幅縮短工期，同時(shí)減少對(duì)地表海床的破壞，保護(hù)海洋生態(tài)環(huán)境。

本碼頭模塊（設(shè)計(jì)圖見圖1）由兩側(cè)片體和中間K型支撐，上部片體，中間走道及中間的防撞平臺(tái)，設(shè)計(jì)有快速系纜裝置，小船靠泊裝置，大船靠泊裝置，照明系統(tǒng)，救生裝置，淡水系統(tǒng)等組成。兩側(cè)片體尺寸長29 m，寬度3 m，高度19.2 m；K型支撐尺寸長13.3 m，寬度3.385 m，高度10.26 m.

圖1 導(dǎo)管架碼頭模塊設(shè)計(jì)圖

該工程結(jié)構(gòu)為全鋼導(dǎo)管架結(jié)構(gòu)，施工方法受限于現(xiàn)場條件和吊裝能力[1-3]。根據(jù)合攏制作工藝，兩側(cè)片體及中間K型支撐先行搭載，搭載后單側(cè)片體起吊重量達(dá)到90 t，超出現(xiàn)場吊機(jī)單鉤的最大承載吊力75 t.解決此問題的常規(guī)做法是用現(xiàn)場吊機(jī)與汽車吊進(jìn)行配合作業(yè)，但若采用吊機(jī)與汽車吊配合使用對(duì)場地大小及操作空間也有較高的要求，且支撐和片體搭載后吊裝由于摩擦力的不均勻?qū)е律?、下部不能?shí)現(xiàn)同步移動(dòng)，增加吊裝風(fēng)險(xiǎn)。此外，碼頭模塊兩個(gè)片體直接吊裝到理論狀態(tài)，安裝支撐容易與片體發(fā)生碰撞導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變形，導(dǎo)致油漆破壞，修補(bǔ)困難。

基于現(xiàn)場條件，本文主要討論了一種頂推滑移式的合攏方法來解決此問題。

2 施工方案

經(jīng)計(jì)算分析及現(xiàn)場討論，采用龍門吊機(jī)+千斤頂相配合的合攏安裝方法。

施工準(zhǔn)備：龍門吊（單鉤最大吊力75 t）、千斤頂、手拉葫蘆、纜風(fēng)繩若干、托架若干、防倒卡板、基座。

安裝順序：安裝固定片體Ⅰ→安裝片體Ⅱ→安裝下部K型支撐→安裝上部K型支撐→利用千斤頂將片體Ⅱ合攏。

2.1 固定第一塊側(cè)面片體Ⅰ

如圖2，將側(cè)面片體Ⅰ吊裝到基座10上，用纜風(fēng)繩3將側(cè)面片體Ⅰ固定，用地錨6將纜風(fēng)繩3固定在地面上，用纜風(fēng)繩3上的手拉葫蘆7將纜風(fēng)繩3收緊，使側(cè)面片體Ⅰ固定在基座10上。側(cè)面片體Ⅰ上設(shè)有防倒卡板5和托架4.

圖2 碼頭模塊側(cè)面片體Ⅰ固定

2.2 設(shè)置第二塊側(cè)面片體Ⅱ

如圖3，將側(cè)面片體Ⅱ吊裝到基座10上，側(cè)面片體Ⅱ位置在理論線外300～500 mm處。用纜風(fēng)繩3將側(cè)面片體Ⅱ固定，用地錨6將纜風(fēng)繩3固定在地面上，用纜風(fēng)繩3上的手拉葫蘆7將纜風(fēng)繩3收緊，使側(cè)面片體Ⅱ固定于基座10上。側(cè)面片體Ⅱ上設(shè)有防倒卡板5和托架4.

圖3 碼頭模塊側(cè)面片體Ⅱ設(shè)置

2.3 安裝下部支撐結(jié)構(gòu)

如圖4，將下部支撐結(jié)構(gòu)K型結(jié)構(gòu)8吊裝到兩個(gè)側(cè)面片體的托架4上，同時(shí)側(cè)面片體Ⅱ上的防倒卡板5將K型結(jié)構(gòu)8支撐住，以防掉落。

圖4 碼頭模塊下部支撐安裝

2.4 安裝上部支撐結(jié)構(gòu)

如圖5，將上部支撐結(jié)構(gòu)9通過防倒卡板5和托架4安裝到側(cè)面片體Ⅰ上，同時(shí)兩個(gè)側(cè)面片體上的防倒卡板5將上部支撐結(jié)構(gòu)9支撐住，以防掉落。

圖5 碼頭模塊上部支撐安裝

2.5 合攏位移

如圖6，用設(shè)在基座10上的千斤頂15與龍門吊小車11配合，千斤頂15和支撐座13之間設(shè)有調(diào)節(jié)墊塊14，增大千斤頂15橫向位移范圍，靈活適應(yīng)多種尺寸位移。由于側(cè)面片體Ⅰ重量達(dá)90 t，起重機(jī)吊力為75 t，中間K型結(jié)構(gòu)重量72.5 t，所以中間K型結(jié)構(gòu)安裝到位后，普通安裝方法無法實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的吊裝。

因此決定用側(cè)向頂推的方法進(jìn)行合攏，基座10與側(cè)面片體的滑移面摩擦系數(shù)為0.5[4]，考慮兩側(cè)支腿不均勻受力系數(shù)為1.5，單個(gè)側(cè)面片體的支腿承載重量為63.125 t，由此得出實(shí)際單側(cè)需要頂推力約63.125/2×0.5×1.5≈ 23.67 t，所以選用50 t液壓千斤頂。

圖6 碼頭模塊合攏

3 吊裝穩(wěn)定性力學(xué)分析

為確保吊裝過程的安全，對(duì)吊裝過程中的風(fēng)纜繩及構(gòu)件進(jìn)行穩(wěn)定性力學(xué)分析。

3.1 風(fēng)纜繩穩(wěn)定性分析

迎風(fēng)面積A=135.7 m2，查詢施工地區(qū)歷年風(fēng)速，按3 s時(shí)距平均瞬時(shí)風(fēng)速v=35.8 m/s（10級(jí)風(fēng)）計(jì)算，風(fēng)壓力 P1=800 N/m2，C=1.4，Kh=1.13，F(xiàn)wind=A×P1×Kh=1.13×1.4×800×135.7=171.7 kN，風(fēng)力作用點(diǎn)高度h1=13.6 m，單片體重量G1=90 t，片體下口寬度B=3 m，片體內(nèi)側(cè)（風(fēng)向由片體內(nèi)側(cè)向外吹）鋼絲繩最大允許承載力F內(nèi)＝5 t，片體外側(cè)（風(fēng)向由片體外側(cè)向內(nèi)吹）鋼絲繩最大允許承載力F外＝7 t，風(fēng)纜繩數(shù)量Q＝2，片體內(nèi)側(cè)鋼絲繩與地面夾角β內(nèi)＝31°，β外＝23°，片體內(nèi)側(cè)鋼絲繩與地面夾角，鋼絲繩固定點(diǎn)高度h2=20.475 m.

3.1.1 片體內(nèi)側(cè)風(fēng)纜繩穩(wěn)定性分析

自重穩(wěn)定力矩：

鋼絲繩產(chǎn)生穩(wěn)定力矩：

傾覆力矩：

經(jīng)計(jì)算M內(nèi)穩(wěn)＞M側(cè)1，故內(nèi)側(cè)穩(wěn)定力矩大于傾覆力矩，構(gòu)件無傾覆危險(xiǎn)。

3.1.2 片體外側(cè)風(fēng)纜繩穩(wěn)定性分析

自重穩(wěn)定力矩：

鋼絲繩產(chǎn)生穩(wěn)定力矩：

傾覆力矩：

經(jīng)計(jì)算M外穩(wěn)＞M側(cè)2，故外側(cè)穩(wěn)定力矩大于傾覆力矩，構(gòu)件無傾覆危險(xiǎn)。

3.2 構(gòu)件頂推時(shí)的穩(wěn)定性分析

迎風(fēng)面積 A=135.7 m2，按3 s時(shí)距平均瞬時(shí)風(fēng)速 v=20 m/s（6級(jí)風(fēng)），風(fēng)壓為 P2=250 N/m2進(jìn)行計(jì)算，C=1.4，Kh=1.13（GB/T 3811-2008），單片片體重量G1=90 t，中間支撐總重G2=72.5 t，片體下口寬度B=3 m，頂推時(shí)加速度α=0.008 m/s，慣性力作用點(diǎn)高度h3=12.1 m.

3.2.1 自重產(chǎn)生的穩(wěn)定力矩計(jì)算

3.2.2 傾覆力矩計(jì)算

慣性力產(chǎn)生的傾覆力矩M慣：

風(fēng)力產(chǎn)生的傾覆力矩M傾3：

經(jīng)計(jì)算，M總傾=M慣+M傾3=12.22+649.4=662 kN·m，故穩(wěn)定力矩大于傾覆力矩，所以選擇在風(fēng)速20 m/s（6級(jí)風(fēng)）進(jìn)行頂推平移是安全的。

龍門吊小車11拉動(dòng)側(cè)面片體Ⅱ時(shí)千斤頂15同時(shí)通過頂推座12推動(dòng)側(cè)面片體Ⅱ向理論線位移，用經(jīng)緯儀及時(shí)跟蹤位移情況，保持龍門吊小車11與千斤頂15同時(shí)動(dòng)作，輕松完成合攏。

4 安全措施

合攏過程中除遵循常規(guī)鋼結(jié)構(gòu)安裝安全規(guī)范外，需增加如下措施進(jìn)行：①K型支撐的導(dǎo)向板安裝前需將導(dǎo)向面打磨光順；②保證最下口滑移面的平整；③需移橫向移動(dòng)的片體上口用門機(jī)帶載保護(hù)；④用測量儀器實(shí)時(shí)跟蹤保證片體上、下口同步移動(dòng)。

5 結(jié)束語

本文探討了一種大型碼頭模塊的合攏方法。該合攏方法經(jīng)過分析計(jì)算，施工實(shí)踐，證明是可靠可行的，且施工的綜合費(fèi)用相對(duì)較低。該方法為大型構(gòu)件的合攏安裝提供了新的指導(dǎo)思路，具有良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益，適合推廣。