薄壁U型混凝土梁的运输与安装施工
2009-11-20 23:34
薄壁U型混凝土梁的运输与安装施工
［摘 要］：U型砼梁结构在上海城市轨道交通工程中的运用尚属首次，其具有壁薄、呈开口断面、抗扭刚度低、安装精度要求高、施工难度大等特点，本文重点介绍了U型梁运输工艺、吊索具设计、吊装工艺和安装调整技术方法研究。
［关键词］：U型梁；运输工艺；吊索具；吊装；安装
1 工程概况
我公司承担上海市轨道交通M8线浦江镇公共交通配套工程土建VI标砼U型高架梁的运输、吊装和安装工作。工程全长3.022km，两座地上车站分别长约137m，U型梁为211片，U型梁的布局为三梁、双梁或单梁式结构，周围施工环境比较复杂，横跨3条河流和6个路口。该工程高架上部结构采用了薄壁U型砼梁新型结构形式（见图1），其抗压力强、减震、隔音、车辆行驶安全、节约建筑材料、节省安装时间，外形美观，但结构砼壁薄，底板最薄处砼厚度仅为23cm，且为开口断面，抗扭刚度低。梁高为1.8m，标准梁宽为5.224m，车站段梁宽为4.713m。U型梁标准跨长30m，重150t，非标准跨长16～30m不等，跨径大于30m的仍使用标准梁，梁端设置拓展盖梁。
针对工程特点、技术难点要求，必须专门就U型梁的运输保护、吊装和安装就位调整进行技术攻关，研制特殊专用机具，满足U型梁运输、吊装和安装过程中的精度要求，确保施工过程的质量和安全。
2 工程难点
1）薄壁U形砼梁运输、安装支承受力要求高 U型砼梁抗扭刚度低，运输过程中支撑架仅允许横向倾角为±5°，沿U梁纵向25°。因此，运输、安装过程中必须保证U型梁4个支承点采用5cm厚度橡胶板支垫，位于一个支承面上，相对高度误差不得超过2mm，以防止U型梁破坏。
2）周边环境复杂，预制U梁吊装工况多 本工程地形复杂，预制U型梁安装工况多，施工难度较大。对于跨越3条河流的U型梁安装无法采用双机抬吊吊装就位；两边盖梁大量采用拓展盖梁，盖梁宽度大，更增加了起重机作业的难度；在预留线跨越出入停车场线区域时，为上下二层U型梁形式，部分U型梁就位困难。
3）管线状况复杂，施工难度大 作业环境地下管线和架空线多，吊装作业时需要合理选择起重机行走路线和作业位置。部分区域由于管线分布密集起重机无法站位，需要用特殊方法作业（如滑移），大大增加了技术难度。
4）U梁结构新颖、控制要求高、安装精度高
由于U型梁安装精度要求高，传统的通过起重机进行U梁安装就位不能满足要求。需要研制安装调整专用器具。
3 施工对策
通过对以上难点分析，我们采用全面质量控制和PDCA过程方法，对各种影响吊装施工质量的因素进行技术攻关，建立质量信息反馈，收集、整理相关资料，运用数据分析的方法，掌握质量动态，及时采取纠正和预防措施。
3.1 吊 具
由于U型梁长度长（16～30m）且为薄壁开口断面，抗扭刚度低，故用钢丝绳直接固定在梁两端吊点处起吊的方法不可行。因此我们设计了大、小平衡梁解决这个问题。双机抬吊时吊钩直接连接到小平衡梁，钢丝绳角度不小于60°；履带起重机单机吊时吊钩先连接到大平衡梁，再连接到小平衡梁，平衡梁下方通过吊板与锚固在梁底板上的吊耳连接。
小平衡梁采用双拼28a槽钢加工，为适应标准段和车站段两种梁宽，加工3.6m和3.1m两种长度。小平衡梁上部沿60°方向设两个吊耳。
大平衡梁长30m、宽1.4m、高1.4m，长度可以根据U型梁的长度进行调整，最小调整长度为1m。在大平衡梁中点设置一根调节钢丝绳，起吊时有一个向上的拉力以防下挠产生。主平衡梁上部吊装时，钢丝绳与水平线的角度不得小于60°。大、小平衡梁结构布置形式见图2。
3.2 调整设备
U型梁安装调整设备选用三维液压扁平千斤顶调整装置和自己研制的可螺旋升降临时支座，见图3。这套装置不仅能够方便地调整重达150t的U型梁的安装位置，而且具有体积小、经济、耐用的优点。调整工艺流程：当起重机将U型梁安装到承台上后，由4台专门研制的三维扁平千斤顶调整装置将标高、轴线等调整精确，再调整临时支座的高度与标高一样，复核尺寸合格后，将4台三维调整装置同步卸载并撤离，支座灌浆位置灌浆达到规定强度后撤离临时支座，安装完毕。
3.3 运梁车
根据U型梁重量、外形尺寸和运输道路环境，为保证U型梁在运输过程中的平稳性和避免车辆在转向中产生对梁体的扭力，我们采用前四轴线和后五轴线全液压平板车。前、后液压平板上各增设一个转盘机构且上置5 240mm×900mm×30mm的两块翼板和5 240mm×900mm×16mm三块腹板组合的承重横梁，前四轴液压板转盘机构只带纵向倾角，后五轴线液压板转盘机构不带纵向倾角，两液压平板转盘机构均可360°旋转。见图4。
为了防止U型梁在运输过程中被车板划伤，装车时保证车板中心线与U梁重心重合的同时，在U梁设计的4个受力支点下方摆放550mm×400mm×50mm橡胶垫。
对运梁车的转盘机构和承重横梁的设计经过详细计算，并利用三维软件Pro/E建模，在有限元软件ANSYS中对模型加载、加约束进行计算，所得结论均符合要求。
3.4 吊装方法
考虑到跨越道路、河流和成本等复杂因素，U型梁安装需综合采用多种吊装方式：对于跨三条河段和高低二层交错段采用750t履带起重机单机吊装,见图5；对于现场U梁预制区域采用2台100t龙门起重机双机抬吊，见图6；其余路段采用2台200t履带起重机双机抬吊，见图7。
将U型梁吊装作业区域内的场地路面下挖50cm夯实，垫片石30cm夯实，在此基础上垫20cm碎石并夯实，确保200t履带起重机工作地面承载压力不小于10t/m2；750t履带起重机SDB工况时工作地面承载压力不小于25t/m2，SD工况时工作地面承载压力不小于15t/m2。
3.5 特殊工况
姚家浜以北吊装231-SK54是该工程最难安装的U型梁之一，此区域场地狭小，地下、空中管线众多。特别是姚家浜一端自来水管的位置限制，因吊机站位问题单靠200t双机抬吊U型梁无法准确就位，原定采用双机抬吊+支架滑移+落梁方法进行安装，但此种方法周期长，而且风险极大，稍有不慎就可能酿成质量安全事故，为此，结合以往的吊装经验，利用三维液压扁平千斤顶可横向滑移功能和螺旋升降临时支座可360°旋转的功能，通过多次现场勘察、测量及AutoCAD三维多次模拟计算，成功采用双机抬吊+临时支座旋转+三维调整装置滑移技术方法攻克了难题，最终U型梁安全便捷准确就位。
4 效果
在施工过程中，我们严格按照前期制定的质量控制方法施工，并运用三维软件建模模拟吊装等手段进行质量控制，使吊装施工总体质量得到了极大的提高。工程质量一次验收全部合格，U型梁安装允许偏差合格率达到96%，并得到了业主、监理、设计等单位的一致好评。
