跨河道大型钢桁架吊装施工技术

2017-04-06刘洋

四川建筑 2017年4期

关键词：履带吊侧墙桁架

刘洋

(中铁二局集团建筑有限公司，四川成都 610000)

跨河道大型钢桁架吊装施工技术

刘洋

(中铁二局集团建筑有限公司，四川成都 610000)

文章以上海地铁9号线醉白池站配套管理用房工程跨河道35 m钢桁架吊装施工为工程实例，针对吊装现场场地狭窄并紧临地铁站、河道的情况采取了有效的施工措施，使工程质量和安全得到了保障。

钢桁架；正上方；横跨；河道；承载力；吊装

1 工程概况

上海地铁9号线醉白池站配套管理用房建设地点为上海市松江区轨道9号线南延伸工程醉白池地铁站正上方,横跨32 m宽人民河，结构全部采用钢结构；建筑面积总计7 780.84 m2，建筑层数为三层，建筑高度为17.30 m。本工程采用两道防震缝将主体结构分成三部分，为便于施工管理组织，控制工程进度，更好地协调组织深化设计、车间制造、运输吊装等施工过程中的各个环节工作，同时根据其结构形式，将钢结构安装分为三个大的施工区域(图1)：A区(15～22轴)、B区(11～15轴)和C区(3～11轴)。B区、C区东侧为跨度约15 m的地下车库，A区西侧为跨度约10 m的地铁二号出入口。A区四榀钢桁架分布A、B、C、D轴线于16～20轴线间，桁架跨度为35 m，桁架矢高4.49 m，单榀桁架重量最重达50 t。

2 工程特点及施工技术难点

(1)本工程建设在9号线醉白池地铁站正上方，大型吊装设备无法在地铁顶板正上方行走施工。工地A区紧邻醉白池公园，吊装场地狭小，工况对吊装极其不利。吊机进场的拼装场地狭窄，行走区域只能在A区3/OA轴侧(靠近人民河)。

(2)A区二层以上四榀钢桁架单片桁架重量达到50 t。钢桁架横跨32 m宽人民河，该河道经常有小型船舶航行，吊装施工一旦处理不当，将会造成难以估计的经济损失。

3 吊车选择

3.1 吊装要求

根据钢桁架横跨人民河正上方的现场实际情况，吊装时吊机位于人民河畔，故所用吊机站位在A轴线外侧20～23轴线间及河堤内侧6 m的位置。根据现场放样，吊装最远D轴线桁架吊机作业半径为38 m，吊机主臂长66 m，因此选用400 t履带吊进行吊装。

3.2 吊车参数

400 t履带吊在此工况条件下可以吊装55.6 t，桁架最重约50 t，选择400 t履带吊最为适宜。400 t履带吊装场地靠近人民河，地基需要进行加固处理。履带吊行走及站位吊装的路线位置地面以下1.2 m范围内进行毛石回填并且压实，对上部路面采取水泥、混凝土石屑稳定层，垫高0.3 m。吊装时，履带位置应铺设10块路基箱，路基箱的规格为6 m×2 m×0.2 m(长×宽×高)，避免履带吊因地基不实而导致吊机的倾覆。

4 钢桁架吊装相关计算

4.1 侧墙的侧压力验算

4.1.1 验算思路

本工程400 t履带吊吊装过程中，由于工况有限必须站于地铁外墙，属于施工活荷载，通过计算履带吊对外墙产生的侧向力，并与地铁设计方要求的20 kN/m2均布活荷载对外墙产生的侧向力作比较，小于20 kN/m2均布活荷载对外墙产生的侧向力则结构安全，反之则需要加固；对于河道，通过分析履带吊对土体产生的荷载在土体中的扩散范围，以便确定履带吊离河道有足够的距离避免对河道产生侧向力。

4.1.2 400 t履带吊资料

履带吊性能参数如图2所示。

4.1.3 履带吊作用荷载计算

(1)履带吊正常吊装状况下荷载计算(工况一)。

根据履带吊尺寸，每侧履带由5块2 m×6 m路基箱板传递，路基箱板的自重取为3.0 kN/m2。由履带吊资料可知，吊车自重为400 t。履带吊吊装时其吊重控制在不超过50 t。

总受荷面积：2×6×10=120 m2

均布压力：450×9.8/60+3.0=76.5 kN/m2

(2)履带吊最不利吊装状况下荷载计算(工况二)。

路基箱布置同上面正常吊装情况一致，每侧轮压由5块2 m×6 m路基箱板传递，路基箱板的自重取为3.0 kN/m2。

单侧受荷面积：2×6×5=60 m2

按最不利计算，单侧履带产生最大的竖向荷载为400+50=450 t

均布压力：450×9.8/60+3.0=76.5 kN/m2

4.1.4 侧墙承载力验算

(1)工况一(正常吊装)。

履带吊站位为车身与墙平行，并控制履带下的路基箱板边离侧墙距离最小为2 m。吊车与侧墙相对位置如图3所示。

侧墙外侧的回填土按素填土计算，通过本工程地质勘察报告查得，天然重度为18.5 kN/m3，内粘聚力C=10 kPa，内摩擦角φ=15°，主动土压力系数Kai=tan2(45°-15°/2)=0.59。

因本文计算过程只与地铁设计方要求的地面均布活荷载相比较，故可不计算由土的自重产生的竖向总应力，根据JGJ 120-2012《建筑基坑支护技术规程》的3.4.2、3.4.5、3.4.7条可知荷载q对侧墙产生的土压力为：E1=76.5×(12×10)/[(2+12+2)×(2+10+2)]×0.59-2×10×=24.2 -15.4=8.8 kN/m2。

(2)工况二(不利吊装)。

吊车站位与工况一相同。吊车与侧墙相对位置如图4所示。

侧墙外侧的回填土按素填土计算，天然重度为18.5 kN/m3，内粘聚力C=10 kPa，内摩擦角φ=15°，主动土压力系数：Kai=tan2(45°-15°/2)=0.59。

(3)侧墙承载力分析。

(4)侧墙承载力验算结果。

由上面的计算结果可得各工况最大土压力与允许土压力的关系(表1)。

由表1可知侧墙承受的最大侧向力均小于允许侧向力，满足设计要求。

4.2 河道承载力验算

(1)履带吊与河道相对位置如图6所示，吊车荷载下作用下计算简图如图7所示。

(2)河道承载力验算。履带吊对土体产生的荷载在土体中的扩散角按45°考虑。为了保证履带吊能够在河道旁安全行驶，不对河道产生影响，河道不能处于土体中的荷载扩散范围内，所以履带吊在河道旁工作的安全距离必需保证大于等于6 m。

4.3 土体承载力验算

将400 t履带吊行走和吊装区域开挖至设计标高下1.5 m深度后，根据土体计算资料可知道回填土的承载力特征值为100 kN/m2，大于吊车产生的最大压力76.5 kN/m2，土体承载力满足要求。但考虑到土体的不均匀沉降及吊车荷载传递的不均匀性，对吊装区域的路基箱下土体换填1.2 m深的碎石，对上部路面采取水泥石屑稳定层，垫高0.3 m以提高土体的安全系数。

5 钢桁架的吊装

主桁架全部散件发往工地，现场上胎架拼装，整个跨河段拼装由于场地限制，由二台80 t汽车吊进行拼装，吊装主桁架要由一台400 t履带吊承担。在钢桁架正式吊装前进行试吊，桁架两端设置缆绳，各项确认无误后开始起吊。根据吊机作业幅度，从西面D轴往A轴依次安装主桁架、次梁。桁架间次梁、两侧桁架下弦杆外侧悬挑由2台100 t汽车吊站在河道四个角完成。焊接过程采用多层多道焊接方法以减少焊接残余应力，减小变形。构件焊接完毕，吊车松钩，吊装完毕。