半圓體立式預(yù)制翻轉(zhuǎn)在長江航道整治中的實(shí)踐

李金炎，湯偉代

（廣州南華工程管理有限公司，廣東 廣州 510230）

0 引言

長江南京以下12.5 m深水航道整治一期工程白茆沙II標(biāo)段，包含1條長8 512 m的南導(dǎo)流堤和2條長度分別為1 600 m和800 m的丁壩，其結(jié)構(gòu)物需預(yù)制南堤468件半圓體及丁壩353件半圓體，共821件，重量在125～162 t之間。

為克服常規(guī)臥式預(yù)制的弊端[1]，預(yù)制工藝采用立式預(yù)制方式。針對半圓體立式預(yù)制，先后采用了半圓體鋼筋綁扎與整體吊裝工藝、半圓體吊點(diǎn)偏心設(shè)計(jì)及空中翻轉(zhuǎn)工藝、薄壁多孔結(jié)構(gòu)混凝土施工等關(guān)鍵技術(shù)工藝。

1 立式預(yù)制的優(yōu)點(diǎn)及難點(diǎn)

1）優(yōu)點(diǎn)：過去的半圓體預(yù)制大都采用臥式預(yù)制工藝，缺點(diǎn)是鋼筋、混凝土均需分兩次施工，施工縫明顯，接縫處易產(chǎn)生錯臺、漏漿等缺陷，拱圈混凝土也因振搗排氣困難而易形成氣孔、麻面，且拱圈二次抹面影響外觀質(zhì)量，此外還存在整體工效低、施工成本高等明顯的缺點(diǎn)，而采用立式預(yù)制工藝可以避免上述問題的發(fā)生。

2）難點(diǎn)：半圓體立式預(yù)制效果較好，但需在出運(yùn)前轉(zhuǎn)換成臥式以確?，F(xiàn)場安裝。半圓體由立式翻轉(zhuǎn)成臥式成為施工的難點(diǎn)，首先要解決半圓體立式預(yù)制的翻轉(zhuǎn)技術(shù)，進(jìn)行相應(yīng)的工藝創(chuàng)新。

2 預(yù)制方案的控制點(diǎn)及對策

2.1 確立方案的控制點(diǎn)

經(jīng)分析比對確定采用鋼管（扁擔(dān)）偏心翻轉(zhuǎn)存放方案，實(shí)現(xiàn)半圓體立式預(yù)制和翻轉(zhuǎn)存放，其關(guān)鍵控制點(diǎn)有：1） 半圓體偏心位置的確定；2）翻轉(zhuǎn)鋼吊管的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和校核；3） 翻轉(zhuǎn)過程對實(shí)體影響的模擬及措施；4） 翻轉(zhuǎn)工序步驟的確定。

2.2 施工對策

針對以上關(guān)鍵控制點(diǎn)，制定對策如表1。

表1 預(yù)制方案的控制點(diǎn)及對策Table1 Control pointsand measures of the precasting scheme

3 施工方案驗(yàn)證與典型施工

3.1 半圓體偏心位置的確定

為確保能順利翻轉(zhuǎn)，吊點(diǎn)位置設(shè)計(jì)為水平方向重心向拱圈頂偏移，豎直方向向下偏移，所以先計(jì)算半圓體重心位置，再根據(jù)門吊的吊鉤位置及吊管尺寸確定偏移量。

3.2 翻轉(zhuǎn)鋼吊管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和校核

根據(jù)受力狀態(tài)，設(shè)計(jì)起吊鋼吊管結(jié)構(gòu)。

經(jīng)計(jì)算，圓扁擔(dān)的強(qiáng)度滿足要求，為確保安全性，在管內(nèi)兩端加十字加勁板。

3.3 翻轉(zhuǎn)過程對實(shí)體影響模擬及措施

3.3.1 翻轉(zhuǎn)實(shí)體影響建模

根據(jù)翻轉(zhuǎn)工藝，用ABAQUS有限元計(jì)算軟件對吊運(yùn)時整體進(jìn)行動態(tài)模擬，半圓體塊體實(shí)體建模，材料設(shè)為鋼筋混凝土。預(yù)埋φ400鋼管和吊運(yùn)φ360鋼管均實(shí)體建模，材料為Q235鋼材，根據(jù)規(guī)范考慮起吊沖擊系數(shù)1.2，計(jì)算模型如圖1。

3.3.2 不同條件下應(yīng)力變形模擬

委托第三方對半圓體起吊狀態(tài)、翻轉(zhuǎn)30°、60°和90°狀態(tài)進(jìn)行應(yīng)力變形模擬分析，確定最不利狀態(tài)，見圖2。

3.3.3 模擬結(jié)果

模擬計(jì)算確定水平吊運(yùn)狀態(tài)為最不利工況，吊運(yùn)鋼管最大應(yīng)力和最大變形均在計(jì)算范圍內(nèi)，鋼管強(qiáng)度和剛度能滿足設(shè)計(jì)及工藝要求[2]。

圖1 有限元計(jì)算模型Fig.1 Finite Element Modeling

圖2 應(yīng)力變形模擬分析圖Fig.2 Simulation analysis diagram of stressdeformation

半圓體翻轉(zhuǎn)過程中，主吊點(diǎn)位置鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)局部受拉、受壓，在翻轉(zhuǎn)孔吊點(diǎn)采用鋼套管，厚度12 mm，實(shí)際影響小于模擬計(jì)算量。

3.3.4 典型施工及改進(jìn)措施

1） 翻轉(zhuǎn)孔保護(hù)

通過對翻轉(zhuǎn)過程中扁擔(dān)受力分析發(fā)現(xiàn)，扁擔(dān)在翻轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生局部變形，變形的鋼管擠壓翻轉(zhuǎn)孔外表面導(dǎo)致周邊應(yīng)力集中產(chǎn)生破損。解決方法：①減少扁擔(dān)局部變形；②改變應(yīng)力集中狀態(tài)；③增加翻轉(zhuǎn)孔周邊強(qiáng)度。在設(shè)計(jì)中，為確保扁擔(dān)強(qiáng)度、撓度等，用直徑42 cm壁厚18 mm鋼管作翻身扁擔(dān)，翻轉(zhuǎn)孔處1 m段內(nèi)部滿焊勁板。考慮施工方便，扁擔(dān)直徑和壁厚都不能增加，由此考慮第②和第③方面的措施。通過實(shí)踐，制定如下防護(hù)措施：拱圈翻轉(zhuǎn)孔內(nèi)壁、外壁四周各增加2根長度為1 800 mm加強(qiáng)筋；扁擔(dān)與翻轉(zhuǎn)孔交接處放置一鋼套環(huán)（襯管），使應(yīng)力集中部位由孔外壁轉(zhuǎn)移到孔內(nèi)部，采取防護(hù)后效果明顯，見圖3。

2）副鉤吊帶保護(hù)措施

圖3 翻轉(zhuǎn)孔保護(hù)措施圖Fig.3 Protection measures of the flip hole

原方案中副鉤的吊點(diǎn)采用吊環(huán)，在翻轉(zhuǎn)過程中吊索為鋼絲繩，雖然采用橡膠護(hù)墊等方法，在翻轉(zhuǎn)時仍會損壞吊點(diǎn)處混凝土邊角，翻轉(zhuǎn)后需割除吊環(huán)并修補(bǔ)。通過分析，半圓體結(jié)構(gòu)底部設(shè)有泄壓孔，具有作為吊點(diǎn)的可行性，將底板上口2個泄壓孔作為副鉤翻轉(zhuǎn)的吊點(diǎn)，用軟吊索取代鋼絲繩，用圓形吊帶穿過底板上口2個泄壓孔作為副鉤吊點(diǎn)，進(jìn)行半圓體空中翻轉(zhuǎn)。見圖4。

圖4 副鉤吊帶保護(hù)措施圖Fig.4 Protection measuresof theauxiliary hook sling

3.4 翻轉(zhuǎn)工序步驟的確定

3.4.1 翻轉(zhuǎn)工序步驟

在立式預(yù)制半圓體偏重心位置設(shè)置翻轉(zhuǎn)吊孔，用翻轉(zhuǎn)鋼管穿過吊孔利用主鉤起吊，在偏心側(cè)半圓體底板頂部設(shè)翻轉(zhuǎn)吊環(huán)用副鉤起吊。翻轉(zhuǎn)時同時起吊主、副鉤使半圓體脫離底模，穩(wěn)定后放松副鉤使半圓體達(dá)成水平狀態(tài)，完成翻轉(zhuǎn)過程。因此翻轉(zhuǎn)工序步驟確定為：對穿翻身鋼管→掛兩個主鉤→掛副鉤→主副鉤同時提升→副鉤松→主鉤起、副鉤不動→偏心翻轉(zhuǎn)完成，吊運(yùn)至堆場[3]。

3.4.2 翻轉(zhuǎn)工序施工要點(diǎn)

1）翻轉(zhuǎn)是關(guān)鍵施工環(huán)節(jié)，所用起重機(jī)要每次檢查是否完好。翻身時要輕起輕放，主副鉤配合連續(xù)，防止半圓體晃動過大。

2） 半圓體采用主鉤兩點(diǎn)起吊，副鉤放松翻轉(zhuǎn)，確保主鉤起吊脫離地面30 cm且保持穩(wěn)定后，副鉤才能啟動。

3） 起吊轉(zhuǎn)動時由副鉤牽引，主鉤保持停止?fàn)顟B(tài)。

4）翻轉(zhuǎn)區(qū)域保持足夠的空間，防止與其他半圓體碰撞。

5） 翻轉(zhuǎn)孔中心處放置鋼套環(huán)應(yīng)到位后再起吊。翻轉(zhuǎn)施工工藝見圖5。

圖5 翻轉(zhuǎn)施工工藝圖Fig.5 Flip construction process

利用該工藝進(jìn)行半圓體翻轉(zhuǎn)，翻轉(zhuǎn)孔位置為偏構(gòu)件重心位置，翻轉(zhuǎn)過程穩(wěn)定，便捷高效。

4 結(jié)語

半圓體立式預(yù)制施工，采用了鋼筋綁扎與整體吊裝工藝、半圓體吊點(diǎn)偏心設(shè)計(jì)及空中翻轉(zhuǎn)工藝、薄壁多孔結(jié)構(gòu)混凝土施工等關(guān)鍵技術(shù)工藝，克服了常規(guī)臥式預(yù)制的弊端，工效簡便高效。

[1]曹義國.半圓體預(yù)制工藝——長江口深水航道治理二期工程[J].港工技術(shù)與管理，2003（4）：5-9.CAO Yi-guo.Semi-cylinder precasting technology：the phase II deep waterway regulation project in the Yangtze estuary[J].Technology＆ Managementof Port＆ Harbor Engineering，2003（4）：5-9.

[2] 黃兆周，張文淵.500 t半圓體預(yù)制出運(yùn)工藝與觀感質(zhì)量控制[J].水運(yùn)工程，2006（S2）：78-81.HUANG Zhao-zhou，ZHANG Wen-yuan.Precasting and transportation procedure and appearance quality control of 500 t semicylinders[J].Port＆ Waterway Engineering，2006（S2）：78-81.

[3]李峰.半圓體預(yù)制構(gòu)件在長江口深水航道治理工程中的應(yīng)用[J].上海港科技，2002（3）：12-14.LIFeng.Application of semi-cylinder prefabricateon thedeep waterway regulation project in the Yangtze estuary[J].Shanghai Port Technology，2002（3）：12-14.