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黃浦江畔大型機(jī)械吊裝對防汛墻的影響分析及防治措施

作者:唐葆華    
時間:2010-08-13 21:33:06 [收藏]
摘 要:本文以上海港國際客運(yùn)中心鋼結(jié)構(gòu)工程為實(shí)例,著重介紹了大型吊機(jī)在黃浦江畔施工對周邊復(fù)雜環(huán)境,特別是防汛墻的影響分析,以及防治措施的構(gòu)想和實(shí)施效果。 關(guān)鍵詞: 大型吊機(jī);防汛墻;鋼結(jié)構(gòu)施工;結(jié)構(gòu)分析
    關(guān)鍵詞:
     0 引言
    隨著我國鋼結(jié)構(gòu)的迅速發(fā)展,鋼結(jié)構(gòu)的造型和體量也越來越大,而因工程環(huán)境的不同,為了滿足工程施工,不少特大工程施工所用均采用了大型吊機(jī),如浦東機(jī)場二期的600t履帶吊,廣州電視塔采用的1200t.m塔吊。但在鋼結(jié)構(gòu)施工中,我們通??紤]的是吊機(jī)位置的基礎(chǔ)或結(jié)構(gòu)能否滿足要求,而往往忽略了吊車施工中對特殊環(huán)境中的影響分析,這也是鋼結(jié)構(gòu)施工和地基施工分界面上一個容易被忽視的盲區(qū)。如果不進(jìn)行周全的考慮,造成的后果可能會無法估量。本文以上海港國際客運(yùn)中心候船樓鋼結(jié)構(gòu)施工為例,重點(diǎn)介紹黃浦江畔大型機(jī)械吊裝對周邊防汛墻的影響分析及防治措施。
    1 工程概況
    上海港國際客運(yùn)中心候船樓工程(俗稱“一滴水”)為上海市打造航運(yùn)中心的重要基礎(chǔ)設(shè)施之一,其奇特輕巧的造型設(shè)計(jì),高科技含量、完美的功能配備,成為上海未來發(fā)展的標(biāo)志性建筑。候船樓位于黃浦江畔,架空于客運(yùn)中心中央公園上方,離地13米,建筑面積約4000平方米,見圖1。
    \
    為了滿足鋼結(jié)構(gòu)船上運(yùn)輸和大跨度吊裝以及工期的需要,本工程選用了大型的600t履帶吊作為主要起重機(jī)械之一,布置在客運(yùn)中心地下室的東南角上(見圖2)。如圖所示,600噸履帶吊停放位置又緊靠老防汛墻,因其自重大,同時老防汛墻建造時間久遠(yuǎn),結(jié)構(gòu)局部已產(chǎn)生傾斜,且吊車施工期間正處于汛期,如果使用期間造成防汛墻發(fā)生傾覆或墻外坡體滑塌等意外事故,將帶

    2  600t履帶吊布置圖

     

    來極大的生命財(cái)產(chǎn)損失和社會影響。

     

    \
    2吊裝工況分析
    為了減少鋼結(jié)構(gòu)施工對周邊環(huán)境的影響,保證施工期間防汛墻體的安全,本工程對鋼結(jié)構(gòu)吊裝對防汛墻和周邊土體的影響進(jìn)行分析。
     
    2.1吊機(jī)區(qū)域內(nèi)土質(zhì)情況
    根據(jù)勘察報告,該區(qū)域的土質(zhì)情況見下表:
    表1土體的土質(zhì)參數(shù)
    名稱
    厚度(m)
    C(kpa)
    摩擦角
    重度kn/m3
    彈性模量(mpa)
    填土
    3.9
    0
    17
    18
    5.6
    粘質(zhì)粉土
    4.6
    4
    18
    17.8
    6.165
    淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土
    3.6
    10
    18
    17.3
    3.714
    淤泥質(zhì)粘土
    7.1
    14
    11
    16.3
    3.5
    粉質(zhì)粘土
    8.3
    17
    17
    18
    4.7
     
    2.2吊機(jī)模型的建立
    經(jīng)對吊裝工況進(jìn)行簡化后的受力狀態(tài)見圖3。在二維的基礎(chǔ)上,模型土質(zhì)、約束條件等進(jìn)行假定,建立三維有限元模擬。為簡化計(jì)算模型,考慮到整個計(jì)算區(qū)域呈對稱形式,以吊車停放中心為對稱軸,建立半側(cè)模型,并施加相應(yīng)荷載和邊界約束,形式見下圖4。
     
    2.3吊機(jī)區(qū)域土場模型計(jì)算分析
    為模擬施工現(xiàn)場土體的初始應(yīng)力場,建模過程中共分4個施工階段,前3個階段用于模擬地場和結(jié)構(gòu)的初始應(yīng)力,并平衡土體自重,第4階段為實(shí)際吊機(jī)施工工況。經(jīng)計(jì)算,模型中防汛墻結(jié)構(gòu)和周邊巖土體由于附加施工荷載產(chǎn)生的x軸(水平南-北方向)的變形見下圖5。
    \

    圖5 整體x軸方向水平位移

     
    圖6 整體z軸方向水平位移

    由于模型的軸對稱特性,平行防汛墻走向的位移(y軸)較小,且不對防汛墻和墻外坡體的穩(wěn)定產(chǎn)生影響,而模型整體的z軸方向的上隆或沉降變形見圖6。

     

    \
    計(jì)算結(jié)果表明在吊車附加荷載的作用下,防汛墻和墻外坡體都產(chǎn)生了一定的變形。防汛墻的x軸向位移不明顯,防汛墻z軸豎直向位移也較小,且都呈沉降趨勢。然而墻外坡體變形較為顯著,特別是在淤泥質(zhì)土層這一軟弱層,水平向發(fā)生明顯的內(nèi)陷和外凸,豎直向的隆起和沉降變形更為明顯,相關(guān)數(shù)據(jù)見表2。
    表2 吊車荷載作用下墻體和坡體的變位值

    范圍

     
    水平
    豎直
    外傾(凸)
    內(nèi)傾(陷)
    隆起
    沉降
    防汛墻體
    MAX
    6.12mm
    1mm
     
    6.55mm
    MIN
    0.26mm
    0.146mm
     
    2.91mm
    墻外坡體
    MAX
    3.665cm
    68.6cm
    1.199m
    1.516cm
    MIN
    2.4E-5 m
    6E-6 m
    1E-6 m
    1E-6 m

     

    結(jié)合上述計(jì)算結(jié)構(gòu),對防汛墻及其樁體進(jìn)行局部模型分析。經(jīng)計(jì)算,模型中防汛墻及其樁體在吊車荷載作用下的變形見圖7。
    \
    上述圖示可見防汛墻及下覆樁體的水平變形呈上小下大趨勢,特別是左樁樁端的外曲擾度較大,這與樁端土層為淤泥質(zhì)軟土有關(guān)。
    分析結(jié)果可知由于吊車吊裝施工產(chǎn)生的附加荷載很大,對防汛墻和墻外河床坡體產(chǎn)生了一定的影響。防汛墻本身的變形并不明顯,但是由于防汛墻下方的樁插入深度較淺,且樁端位于十分軟弱的淤泥質(zhì)土層,其擋土效應(yīng)降低,在應(yīng)力作用下產(chǎn)生了“踢腳”效應(yīng),使得淤泥質(zhì)土層在坡面上呈整體上隆。當(dāng)土層的上隆變形發(fā)生后,可能造成坡體滑塌,進(jìn)而影響樁體和上方防汛墻體的安全。所以從計(jì)算結(jié)果出發(fā),整個防汛墻的安全性受600噸塔吊影響較大,如果不采取一定的保護(hù)措施恨可能發(fā)生破壞。
    3 針對分析結(jié)果的加固措施的比選
    經(jīng)過三維模型的分析結(jié)果,發(fā)現(xiàn)模型變形受上部荷載、與防汛墻體的距離以及土體彈模影響等較為敏感,因此初步擬定可供參考的保護(hù)措施有以下幾種:
    (1)移動原吊車停放位置,使其與防汛墻的距離增大。
    (2)加固吊車位置下方的土體,加打攪拌樁或旋噴加固。因?yàn)榻?jīng)多次計(jì)算加固土體可以有效減小土體變形。
    (3)針對河床坡體的淤泥質(zhì)軟土層進(jìn)行一定的處理,如加壓拋石或水下澆混凝土保護(hù)面層,或使用噴錨混凝土,土工格柵等局部加固措施提高該層坡面的穩(wěn)定性。
    (4)擴(kuò)大路基箱面積,以減小傳遞至地面的壓強(qiáng)載荷。
    (5)通過構(gòu)筑樁基承臺,將上部荷載直接傳至持力層上,有效緩解附加荷載對軟弱土層的影響。
    結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況,對各加固構(gòu)想的分析,發(fā)現(xiàn)(1)中,由于海關(guān)大樓和地下室的影響,吊車位置移動較為困難;(2)中,由于該區(qū)域?yàn)樵姥磯?nèi)側(cè)區(qū)域,地下5m范圍內(nèi)存在大量石塊、混凝土壓梁等,對下部土體加固較困難;(3)中,由于墻體外碼頭已經(jīng)修筑完畢,加壓拋石或水下澆混凝土保護(hù)面層受到很大限制,且此方案可行性須進(jìn)行水務(wù)部門專家論證,較為繁瑣;(4)和(5)相對而言比較容易實(shí)施。
    4加固措施的實(shí)施
    通過上述各加固設(shè)想的比較分析,最終確定采用擴(kuò)大路基箱面積與樁基承臺組合的加固方式。采用承重樁基結(jié)合基坑原有圍護(hù)體系承受上部荷載,將履帶吊自重及負(fù)荷利用樁體傳入下層土體,減輕上層土體的負(fù)荷,避免土體滑坡,減少吊機(jī)重荷載對防汛墻穩(wěn)定性的影響。樁基承重體系如圖8所示。 
    \
    5 實(shí)施效果
    對吊車基礎(chǔ)進(jìn)行加固后,為了觀測吊車施工對防汛墻的影響,專門在履帶吊邊的防汛墻上設(shè)置了3個沉降觀測點(diǎn)和位移觀測點(diǎn)。經(jīng)過三個多月的觀測,數(shù)據(jù)顯示,防汛墻的最大側(cè)向偏位為8mm,最大沉降值為17mm,符合防汛部門規(guī)定的允許偏位值。
    實(shí)施的結(jié)果表明,通過對吊車基礎(chǔ)的加固,有效控制了防汛墻的偏位,減少了黃浦江畔鋼結(jié)構(gòu)施工對周邊環(huán)境的影響。
     
     

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