大型設備在疑難水工結構施工中的應用

金侃

摘 要：隨著我國港口工程岸線的逐漸減少，越來越多的新建水工結構必須緊鄰附近已建結構，因此大量半封閉或全封閉施工環境不可避免的出現。由于緊鄰已建結構物，大型船機設備無法施工，尤其是大型材料無法通過鄰近建筑物，給新結構建設帶來極大困難。為適應鄰近建筑物造成的封閉的不利施工環境，又能利用已有鄰近結構物作為快速材料通道，已成為此類水工工程急需解決的施工難題。本文重點介紹嘉興乍浦港區二期三號泊位工程利用固定泵、塔吊設備參與施工，籍以提出一種解決以上施工難題的方法。

關鍵詞：固定泵 塔吊 泵送通道 工效

1.概述

嘉興港乍浦港區二期3#泊位工程位于該港區已建2#與4#泊位之間，平臺長196m，寬42m；有一座棧橋長816m，寬16m。其中棧橋淺水段長216m，該段在高潮位時水深約2m，基本無法滿足大型船機施工的水深。本工程主體結構處于兩座已建泊位及已建棧橋之間，在碼頭平臺沉樁完成后即形成了全封閉式施工環境。兩側的已建2#、4#泊位完成均為42m，均采用獨立棧橋與陸域進行連接，棧橋寬度均為13m，可允許重型車輛通行。

2.塔吊布置及安裝方案確定

為解決碼頭平臺材料運輸的問題，確定采用在碼頭平臺6-EF、21-EF樁帽內預埋塔吊基礎安裝50m臂長塔吊2臺的方案。塔吊布置示意圖見圖1。

通過塔吊直接將運至2#、4#已建泊位側邊的施工材料吊至使用部位，從而加快材料運輸速度及周轉效率，避免了傳統使用小型交通船運輸材料所面臨的風浪影響因素和人工或小型吊機搬運的工效低下的弊端。

塔吊選用QTZ63型的塔式吊機，通過在6-EF及21-EF樁帽內預埋型鋼基礎，然后采用浮吊進行整體安裝。臂長l=50m，塔身高h=13m，最大臂長處極限吊重1.3t，最大吊重6t。塔吊示意圖見圖2。

塔吊身架、吊臂全部于陸上拼接，在地面上將套架上的走臺、欄桿、導輪架等裝好，并安裝好液壓頂升機物，然后將套架吊起，套在標準節和基礎節外部。然后安裝上下支座，回轉機械、回轉支承。在以上全部安裝完成后安裝塔頂，在塔頂安裝完成后即由浮吊將塔吊身架落駁至駁船上，然后整體安裝至預埋支座位置。在身架就位后采用浮吊對吊臂、平衡臂及拉桿進行安裝。在安裝完成后及時請當地政府部門對塔吊進行驗收。

3.塔吊平臺結構安全驗算

3.1樁帽受力分析

樁帽水平方向上受到的可變作用包括風、水流力和塔吊基礎傳遞的水平力；由于塔吊只在施工期使用，因此本次驗算只考慮承載能力極限狀態的平臺穩定性。

考慮最不利情況下的受力組合，風荷載、塔吊基礎水平力和水流力方向視為水平方向，與豎向力在同一平面上。

在計算樁帽承載力時，可以只考慮短暫狀況作用效應的短暫組合。

Sd=∑γGiGi+∑γQiQj

式中：γGi、γQi分別為永久作用與可變作用分項系數；Gi、Qj分別為永久作用與可變作用的標準值。

水平力：F水平力=1.3×Ff+1.3×Fs+1.4×Fb=78.41kN；（短暫狀況作用效應的短暫組合中可變作用分項系數減小0.1）

豎向力包括塔吊自重262kN和樁帽的等效均布荷載97.5kN/m。在最不利情況下，塔吊吊起重物為額定起重量6t，Fq=60kN。

最大彎矩為起重力矩，即630kN`m。3.1.1樁帽自重

塔吊工作狀態下最大吊重6t；吊臂的力可以分為對塔吊基礎的豎向力Fq和作用在塔吊基礎處的集中力偶Mq；

其中：Fq=6000kg×10N/kG=60kN；

塔吊自重FG=26200kg×10N/ kg=262kN。

3.1.3風荷載

風對塔吊的水平力標準值為Fw；根據《港口工程荷載規范》（JTS144-1-2010），

Wk=μsμzW0

式中 Wk為風荷載標準值（kPa）；μs為風荷載體型系數；

μz為風壓高度變化系數；W0為基本風壓（kPa）；

Ff為風對樁帽的水平力（kN）。

其中，嘉興港乍浦港區基本風壓W0=0.45kN/m3；風壓高度變化系數μz=1.63。

擋風系數計算如下：

φ=[3B+2b+（4B2+b2）1/2]×c/ Bb=0.87，根據《建筑結構荷載規范》（GB50009-2009），取μs的值為2.0。

Wk=2.0×1.63×0.45kPa=1.467kPa；

Ff=Wk×B×H×φ=1.467×1.6×13×0.87Kn=26.5kN。

3.1.4水流力

根據《港口工程荷載規范》（J T S14 4 -1-2 010），作用于港口工程結構上的水流力標準值Fs=Cw×ρ×1/2×V2A；

式中：Fs為水流力標準值（kN）；

Cw為水流阻力系數，取0.73；ρ為海水密度，取1.025；

V水流設計流速，1.14m/s；

A為計算構件在與流向垂直平面上的投影面積。

由于施工水位基本在樁帽底標高到樁帽中心之間，所有取不利狀況下的截面面積：

A=0.5×1.6×2.5m2=2m2

Fs=0.73×1.025×0.5×1.142×1.13kN=1.96kN。

3.2平臺穩定性驗算

3.2.1樁豎向承載力驗算

根據碼頭基樁檢測報告，碼頭單樁的極限承載力為12800kN，由于F樁max<12800kN，所以樁豎向不會發生破壞。

3.2.2樁的抗彎穩定性驗算

綜合1、2、3，塔吊平臺在施工期間能保證塔吊、樁帽、樁的完整性，不會造成施工事故。

4.結語

將陸上高層建筑使用的塔吊設備引入水工結構的施工中，有效的提高了材料周轉效率，達到了項目初始時計劃對兩側已建泊位進行充分利用的目的。而且經過施工過程的摸索，合理的使用塔吊，不僅可以加快施工進度，而且對工程質量同樣有顯著的提高。如大型定型模板的使用，鋼筋籠整體調運安裝，大型圍囹結構的安裝等以往通過運輸船舶難以快速完成的工藝均可通過塔吊完整快速完成。

參考文獻：

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