海中预埋式钢结构塔吊基础设计与施工
2021-02-19林舒祥
林舒祥
(中交四航局第五工程有限公司,福建福州 350000)
1 工程简介
莲阳河特大桥全长1.35 km,标准断面宽40 m,为高架连续梁式结构。基础采用“钻孔灌注桩+承台基础”综合型方案,桥台为U台;上部结构组成中,引桥为预制T梁,跨堤桥为钢混组合梁,主桥为变截面预应力混凝土连续箱梁;下部结构为独柱花瓶墩、盖梁;桥面结构为现浇层(8 cm)和沥青混凝土(10 cm)。
2 塔吊选型及性能参数
塔吊采用中联重科W6513-8B塔式起重机,共2台,分别在第11、12号墩处施工(编号为1#塔机、2#塔机)。
塔吊型号及主要技术性能参数如表1所示。
表1 塔吊型号及主要技术性能参数
塔吊焊接在钢管桩基础上,左、右幅承台处分别预埋2根630钢管。根据施工要求,将塔身穿过主桥主梁翼板;主梁梁板施工时,于该处开设尺寸为3.5 m×3.5 m的缺口,随着施工进程的推进,拆除塔吊,修补缺口。
塔吊基础结构立面如图1所示。
图1 塔吊基础结构立面(单位:mm)
3 塔吊基础施工方案
3.1 关键部位的安装
(1)钢管桩的安装。塔吊配套8根φ630 mm×10 mm钢管;预埋件为16根φ25 mm带肋螺纹锚筋,在承台施工前将其预埋到位;取8块加劲板,设置在立柱与预埋钢板间。
(2)桩基钢管的连接。平联施工材料为双拼20a槽钢,配套φ300 mm×10 mm钢管。槽钢与钢管间满焊,全面保证焊接质量。焊前清理附着在钢管桩表面的杂物,包含油污、锈迹等,直至其恢复洁净、干燥的状态。
(3)梁体材料包含横梁3I63a分配梁和纵梁2HW400×400,根据设计要求,将各梁体安装至指定位置,进行焊接处理。分配梁之间及其与桩头间的焊缝等级均为二级。
(4)防腐处理。部分铁件及钢管桩外露,与潮湿空气等环境因子接触后易锈蚀,不利于构件的正常使用。将外露部分清理干净,采用涂层保护。
(5)各项基础工作落实到位后,安排验收。需要考虑钢管桩的型号、入土深度、型钢性质、桩底高程等参数,根据实际情况采取处理措施,直至完全通过验收。
3.2 钢结构塔吊基础的受力计算与分析
(1)钢平台整体结构。
①荷载加载。采用MIDASCivil软件,根据TC6013A型塔吊的相关数据展开计算。建模时,将承台中心视为坐标系原点,沿主梁方向为x轴,沿次梁方向为y轴,沿竖直方向为z轴。
②模型设置。横系梁、斜系梁材料均为Q235,主、次梁材料为Q245。主梁与格构柱连接部位采用“一般支承”,约束x、y、z方向的位移。
(2)计算结果。
①格构柱对主梁最大作用力Fx=97.4 kN、Fy=-59.4 kN、Fz=1 104.9 kN、Fz=638.5 kN。
②主梁对次梁的作用力Fx=89.3 kN,Fy=-101.8 kN,Fy=101.8 kN,Fz=1 067 kN。
③承台梁应力云图如图2~图4所示。
图2 承台梁y向弯曲应力最大包络值(单位:MPa)
图3 承台梁y向弯曲应力最小包络值(单位:MPa)
图4 承台梁坐标系组合应力(单位:MPa)
最大应力小于材料允许应力,达到要求。
3.3 塔吊基础节点计算与分析
(1)主次梁及主梁螺栓连接。
节点处螺栓受力条件:承受拉力最大1 067 kN;承受剪力为Fx=89.3 kN;Fy=101.8 kN。螺栓选用8.8级B级普通螺栓6φ30 mm,根据规定,单个螺栓抗剪承载力Nvb=226.2 kN。
(2)钢格构柱顶盖板、加劲板。
立柱顶盖板受力条件:承受拉力638.5 kN;承受剪力114.08 kN。从结构连接角度分析,加劲肋与盖板、立柱间均为角焊缝满焊方式,构成厚度为8 mm的焊缝结构。从受力的角度分析,假设加劲板水平焊缝完全承受水平力。与GB 50017—2017《钢结构设计规范》的相关要求对比分析可知,焊缝的承载力可满足要求,维持稳定。
(3)桩基与钢格构柱。
桩基是基础结构,采用长度45 m的φ850 mm钻孔灌注桩。根据建模分析结果,确定立柱桩顶的最大作用力,水平剪力Fx=97.4 kN,Fy=-59.4 kN,垂直力Fz=1 104.9 kN,Fz=638.5 kN。根据桩基竖向承载力、抗拔力验算结果得知,两方面力学性能表现均可满足要求。钢格构柱的承载力和稳定性也能够完全满足要求。桩基、钢格构柱受力条件较良好。
3.4 钢结构塔吊基础施工要点
(1)正式施工前,根据现有信息分析建筑承受能力,对承受力不足的部位采取加固措施,直至满足塔吊支承要求。
(2)悬挑梁预埋工作落实到位后,要求悬挑梁以上混凝土厚度至少达到1.5 m。
(3)为保证结构完整性,塔吊预埋件、预留件处的混凝土施工需具有连续性,避免形成施工缝。提前做规划,施工中加强协调,力争全面消除施工过程中的阻碍因素。
(4)预埋件、预留件所处位置应具有准确性,控制悬挑平台承载变形量。悬挑主梁水平坡度应为0.4%,外高内低。
(5)焊接是重要的连接手段,在焊接前确定具体的作业流程以及方法。准备质量可靠的焊条以及性能稳定的焊机,为焊接施工提供物资支持。采用先点焊、后逐步焊接的方法,尽可能减少连续焊接。焊接后,收集使用后剩余的焊材以及机具,妥善保管,以便后续使用。
(6)严格控制塔吊地脚螺栓孔的位置;塔身朝向建筑物一侧形成0.4%垂直度,难以满足要求时,垫入合适厚度的铁垫板,进行有效调整。
(7)底座及地脚螺栓连接应具有足够的稳定性,上下连接时各处螺母数量至少达到2个,设置合适厚度的弹簧垫片,有效垫紧,确保其在受力后仍能够维持稳定。
(8)塔吊安装前,由专员编制专项安装技术方案,通过验证后投入使用。塔吊安装人员严格依据既定的方案施工,未经许可不得随意更改作业工序、方法以及参数。为增强塔吊的稳定性,可在塔吊基础上增设塔吊附墙点,配套具有加固作用的附墙装置,构筑完整的塔吊基础结构体系。
4 钢结构塔吊基础的施工与使用维护
4.1 施工要求
塔吊基础施工中,着重考虑桩基础和钢格构柱两部分,其垂直度、水平平整度均应满足要求,加强焊缝质量控制以及日常维护,全面保证钢结构塔吊基础的施工质量。
4.2 垂直度
桩基、钢格构柱的垂直度要求分别为1/300、1/500,中心偏差不超过10 mm,尽可能减小偏差。
4.3 水平平整度
钢平台应具有足够的平整度,钢格构柱顶面水平度误差不超过0.5%。安装钢平台和塔吊前,安排专员测定钢平台和格构柱顶面的平整度。按规范安装钢格构柱,无误则安放柱头盖板和加劲板。桩基或钢格构柱的垂直度不达标时能够根据具体情况调整柱头盖板,完成钢平台的安装作业。
4.4 焊接质量检验
焊接是钢结构塔吊基础施工中的重要工序,焊接质量将直接影响塔吊基础的稳定性,需根据规范以及工程要求准确判断焊缝的质量,对焊缝做全面的检测。敲掉质量检验不达标的焊缝,以科学的方法焊接,再组织质量检测,直至焊缝实测结果满足要求。
4.5 使用阶段的维护要点
使用过程中的质量检验也较为关键,应安排专员巡检,如巡检螺栓及型钢梁的位置以及稳定状态。螺栓有松动则拧紧,型钢的位置存在偏差应进行适当调整或在失稳时采取紧固措施;焊缝存在质量问题时,暂停施工,安排无损检测,采取针对性的补救措施,通过质量检验后投入使用;型钢存在超限值的变形现象时,暂停施工,安排检测、调整、加固,再按照规范检验,满足要求后投入使用。钢结构塔吊基础的维护应具有全面性与连续性,以便给塔吊吊装工作的开展创设坚实的基础。
5 结语
钢结构塔吊基础是吊装施工全流程中的基础内容,保证基础施工质量对推动后续工作的开展具有重要作用。本文用建模的方法计算验证钢结构塔吊基础,提出其施工要点以及使用过程中的维护要点,以期为类似工程提供参考。