黃浦江畔大型機(jī)械吊裝對(duì)防汛墻的影響分析及防治措施
        
                                  
                    
        作者：唐葆華    					
        
					時(shí)間：2010-08-13 21:33:06					[收藏]
        
               
        
                
        摘 要：本文以上海港國(guó)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(duì)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(guó)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(chǎng)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(duì)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(gè)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(huì)無法估量。本文以上海港國(guó)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(duì)周邊防汛墻的影響分析及防治措施。
          

          1 工程概況
          

          上海港國(guó)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(shí)老防汛墻建造時(shí)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

          
    
        
          
            
            
          
            
          圖2  600t履帶吊布置圖
          
            
          
            
           
          
                      		
        
          
              

          

          
來極大的生命財(cái)產(chǎn)損失和社會(huì)影響。

           
          

          \
          

          2吊裝工況分析
          

          為了減少鋼結(jié)構(gòu)施工對(duì)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(duì)鋼結(jié)構(gòu)吊裝對(duì)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(bào)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(duì)吊裝工況進(jìn)行簡(jiǎn)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(jiǎn)化計(jì)算模型，考慮到整個(gè)計(jì)算區(qū)域呈對(duì)稱形式，以吊車停放中心為對(duì)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(chǎng)模型計(jì)算分析
          

          為模擬施工現(xiàn)場(chǎng)土體的初始應(yīng)力場(chǎng)，建模過程中共分4個(gè)施工階段，前3個(gè)階段用于模擬地場(chǎng)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(duì)稱特性，平行防汛墻走向的位移（y軸）較小，且不對(duì)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(shì)。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(duì)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(shì)，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(duì)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(gè)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(duì)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(dòng)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(duì)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(tái)，將上部荷載直接傳至持力層上，有效緩解附加荷載對(duì)軟弱土層的影響。
          

          結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，對(duì)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(dòng)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(duì)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(duì)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(tái)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(duì)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(duì)吊車基礎(chǔ)進(jìn)行加固后，為了觀測(cè)吊車施工對(duì)防汛墻的影響，專門在履帶吊邊的防汛墻上設(shè)置了3個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)和位移觀測(cè)點(diǎn)。經(jīng)過三個(gè)多月的觀測(cè)，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(duì)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(duì)周邊環(huán)境的影響。
          

           
          

            
          

          

          

          

          

                     							
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