大型设备在疑难水工结构施工中的应用

金侃

摘 要：随着我国港口工程岸线的逐渐减少，越来越多的新建水工结构必须紧邻附近已建结构，因此大量半封闭或全封闭施工环境不可避免的出现。由于紧邻已建结构物，大型船机设备无法施工，尤其是大型材料无法通过邻近建筑物，给新结构建设带来极大困难。为适应邻近建筑物造成的封闭的不利施工环境，又能利用已有邻近结构物作为快速材料通道，已成为此类水工工程急需解决的施工难题。本文重点介绍嘉兴乍浦港区二期三号泊位工程利用固定泵、塔吊设备参与施工，籍以提出一种解决以上施工难题的方法。

关键词：固定泵 塔吊 泵送通道 工效

1.概述

嘉兴港乍浦港区二期3#泊位工程位于该港区已建2#与4#泊位之间，平台长196m，宽42m；有一座栈桥长816m，宽16m。其中栈桥浅水段长216m，该段在高潮位时水深约2m，基本无法满足大型船机施工的水深。本工程主体结构处于两座已建泊位及已建栈桥之间，在码头平台沉桩完成后即形成了全封闭式施工环境。两侧的已建2#、4#泊位完成均为42m，均采用独立栈桥与陆域进行连接，栈桥宽度均为13m，可允许重型车辆通行。

2.塔吊布置及安装方案确定

为解决码头平台材料运输的问题，确定采用在码头平台6-EF、21-EF桩帽内预埋塔吊基础安装50m臂长塔吊2台的方案。塔吊布置示意图见图1。

通过塔吊直接将运至2#、4#已建泊位侧边的施工材料吊至使用部位，从而加快材料运输速度及周转效率，避免了传统使用小型交通船运输材料所面临的风浪影响因素和人工或小型吊机搬运的工效低下的弊端。

塔吊选用QTZ63型的塔式吊机，通过在6-EF及21-EF桩帽内预埋型钢基础，然后采用浮吊进行整体安装。臂长l=50m，塔身高h=13m，最大臂长处极限吊重1.3t，最大吊重6t。塔吊示意图见图2。

塔吊身架、吊臂全部于陆上拼接，在地面上将套架上的走台、栏杆、导轮架等装好，并安装好液压顶升机物，然后将套架吊起，套在标准节和基础节外部。然后安装上下支座，回转机械、回转支承。在以上全部安装完成后安装塔顶，在塔顶安装完成后即由浮吊将塔吊身架落驳至驳船上，然后整体安装至预埋支座位置。在身架就位后采用浮吊对吊臂、平衡臂及拉杆进行安装。在安装完成后及时请当地政府部门对塔吊进行验收。

3.塔吊平台结构安全验算

3.1桩帽受力分析

桩帽水平方向上受到的可变作用包括风、水流力和塔吊基础传递的水平力；由于塔吊只在施工期使用，因此本次验算只考虑承载能力极限状态的平台稳定性。

考虑最不利情况下的受力组合，风荷载、塔吊基础水平力和水流力方向视为水平方向，与竖向力在同一平面上。

在计算桩帽承载力时，可以只考虑短暂状况作用效应的短暂组合。

Sd=∑γGiGi+∑γQiQj

式中：γGi、γQi分别为永久作用与可变作用分项系数；Gi、Qj分别为永久作用与可变作用的标准值。

水平力：F水平力=1.3×Ff+1.3×Fs+1.4×Fb=78.41kN；（短暂状况作用效应的短暂组合中可变作用分项系数减小0.1）

竖向力包括塔吊自重262kN和桩帽的等效均布荷载97.5kN/m。在最不利情况下，塔吊吊起重物为额定起重量6t，Fq=60kN。

最大弯矩为起重力矩，即630kN`m。3.1.1桩帽自重

塔吊工作状态下最大吊重6t；吊臂的力可以分为对塔吊基础的竖向力Fq和作用在塔吊基础处的集中力偶Mq；

其中：Fq=6000kg×10N/kG=60kN；

塔吊自重FG=26200kg×10N/ kg=262kN。

3.1.3风荷载

风对塔吊的水平力标准值为Fw；根据《港口工程荷载规范》（JTS144-1-2010），

Wk=μsμzW0

式中 Wk为风荷载标准值（kPa）；μs为风荷载体型系数；

μz为风压高度变化系数；W0为基本风压（kPa）；

Ff为风对桩帽的水平力（kN）。

其中，嘉兴港乍浦港区基本风压W0=0.45kN/m3；风压高度变化系数μz=1.63。

挡风系数计算如下：

φ=[3B+2b+（4B2+b2）1/2]×c/ Bb=0.87，根据《建筑结构荷载规范》（GB50009-2009），取μs的值为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

根据《港口工程荷载规范》（J T S14 4 -1-2 010），作用于港口工程结构上的水流力标准值Fs=Cw×ρ×1/2×V2A；

式中：Fs为水流力标准值（kN）；

Cw为水流阻力系数，取0.73；ρ为海水密度，取1.025；

V水流设计流速，1.14m/s；

A为计算构件在与流向垂直平面上的投影面积。

由于施工水位基本在桩帽底标高到桩帽中心之间，所有取不利状况下的截面面积：

A=0.5×1.6×2.5m2=2m2

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

3.2平台稳定性验算

3.2.1桩竖向承载力验算

根据码头基桩检测报告，码头单桩的极限承载力为12800kN，由于F桩max<12800kN，所以桩竖向不会发生破坏。

3.2.2桩的抗弯稳定性验算

综合1、2、3，塔吊平台在施工期间能保证塔吊、桩帽、桩的完整性，不会造成施工事故。

4.结语

将陆上高层建筑使用的塔吊设备引入水工结构的施工中，有效的提高了材料周转效率，达到了项目初始时计划对两侧已建泊位进行充分利用的目的。而且经过施工过程的摸索，合理的使用塔吊，不仅可以加快施工进度，而且对工程质量同样有显著的提高。如大型定型模板的使用，钢筋笼整体调运安装，大型围囹结构的安装等以往通过运输船舶难以快速完成的工艺均可通过塔吊完整快速完成。

参考文献：

[1]许亚文，朱昱凯.水工高性能混凝土泵送施工技术[J].水运工程，2008（11）：176-179.

[2]葛文渊.塔吊在外海码头施工中的应用[J].港口科技，2008（09）：14-16.

[3]李建洪，洪国松.杭州湾跨海大桥海中平台钢结构施工技术[J].施工技术，2009（01）：18-21.endprint