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黃浦江畔大型機械吊裝對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：本文以上海港國際客運中心鋼結構工程為實(shí)例，著(zhù)重介紹了大型吊機在黃浦江畔施工對周邊復雜環(huán)境，特別是防汛墻的影響分析，以及防治措施的構想和實(shí)施效果。 關(guān)鍵詞： 大型吊機；防汛墻；鋼結構施工；結構分析
    關(guān)鍵詞：黃浦江畔 大型機 械 吊裝
     0 引言
    隨著(zhù)我國鋼結構的迅速發(fā)展，鋼結構的造型和體量也越來(lái)越大，而因工程環(huán)境的不同，為了滿(mǎn)足工程施工，不少特大工程施工所用均采用了大型吊機，如浦東機場(chǎng)二期的600t履帶吊，廣州電視塔采用的1200t.m塔吊。但在鋼結構施工中，我們通?？紤]的是吊機位置的基礎或結構能否滿(mǎn)足要求，而往往忽略了吊車(chē)施工中對特殊環(huán)境中的影響分析，這也是鋼結構施工和地基施工分界面上一個(gè)容易被忽視的盲區。如果不進(jìn)行周全的考慮，造成的后果可能會(huì )無(wú)法估量。本文以上海港國際客運中心候船樓鋼結構施工為例，重點(diǎn)介紹黃浦江畔大型機械吊裝對周邊防汛墻的影響分析及防治措施。
    1 工程概況
    上海港國際客運中心候船樓工程（俗稱(chēng)“一滴水”）為上海市打造航運中心的重要基礎設施之一，其奇特輕巧的造型設計，高科技含量、完美的功能配備，成為上海未來(lái)發(fā)展的標志性建筑。候船樓位于黃浦江畔，架空于客運中心中央公園上方，離地13米，建筑面積約4000平方米，見(jiàn)圖1。
    \
    為了滿(mǎn)足鋼結構船上運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械之一，布置在客運中心地下室的東南角上（見(jiàn)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，結構局部已產(chǎn)生傾斜，且吊車(chē)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(lái)極大的生命財產(chǎn)損失和社會(huì )影響。

     

    \
    2吊裝工況分析
    為了減少鋼結構施工對周邊環(huán)境的影響，保證施工期間防汛墻體的安全，本工程對鋼結構吊裝對防汛墻和周邊土體的影響進(jìn)行分析。
     
    2.1吊機區域內土質(zhì)情況
    根據勘察報告，該區域的土質(zhì)情況見(jiàn)下表：
    表1土體的土質(zhì)參數
    名稱(chēng)
    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吊機模型的建立
    經(jīng)對吊裝工況進(jìn)行簡(jiǎn)化后的受力狀態(tài)見(jiàn)圖3。在二維的基礎上，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)化計算模型，考慮到整個(gè)計算區域呈對稱(chēng)形式，以吊車(chē)停放中心為對稱(chēng)軸，建立半側模型，并施加相應荷載和邊界約束，形式見(jiàn)下圖4。
     
    2.3吊機區域土場(chǎng)模型計算分析
    為模擬施工現場(chǎng)土體的初始應力場(chǎng)，建模過(guò)程中共分4個(gè)施工階段，前3個(gè)階段用于模擬地場(chǎng)和結構的初始應力，并平衡土體自重，第4階段為實(shí)際吊機施工工況。經(jīng)計算，模型中防汛墻結構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(jiàn)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(chēng)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(jiàn)圖6。

     

    \
    計算結果表明在吊車(chē)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(zhù)，特別是在淤泥質(zhì)土層這一軟弱層，水平向發(fā)生明顯的內陷和外凸，豎直向的隆起和沉降變形更為明顯，相關(guān)數據見(jiàn)表2。
    表2 吊車(chē)荷載作用下墻體和坡體的變位值

    范圍

     
    水平
    豎直
    外傾（凸）
    內傾（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

     

    結合上述計算結構，對防汛墻及其樁體進(jìn)行局部模型分析。經(jīng)計算，模型中防汛墻及其樁體在吊車(chē)荷載作用下的變形見(jiàn)圖7。
    \
    上述圖示可見(jiàn)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)。
    分析結果可知由于吊車(chē)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，其擋土效應降低，在應力作用下產(chǎn)生了“踢腳”效應，使得淤泥質(zhì)土層在坡面上呈整體上隆。當土層的上隆變形發(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。所以從計算結果出發(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措施恨可能發(fā)生破壞。
    3 針對分析結果的加固措施的比選
    經(jīng)過(guò)三維模型的分析結果，發(fā)現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措施有以下幾種：
    （1）移動(dòng)原吊車(chē)停放位置，使其與防汛墻的距離增大。
    （2）加固吊車(chē)位置下方的土體，加打攪拌樁或旋噴加固。因為經(jīng)多次計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定性。
    （4）擴大路基箱面積，以減小傳遞至地面的壓強載荷。
    （5）通過(guò)構筑樁基承臺，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。
    結合現場(chǎng)實(shí)際情況，對各加固構想的分析，發(fā)現（1）中，由于海關(guān)大樓和地下室的影響，吊車(chē)位置移動(dòng)較為困難；（2）中，由于該區域為原防汛墻內側區域，地下5m范圍內存在大量石塊、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面層受到很大限制，且此方案可行性須進(jìn)行水務(wù)部門(mén)專(zhuān)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(guò)上述各加固設想的比較分析，最終確定采用擴大路基箱面積與樁基承臺組合的加固方式。采用承重樁基結合基坑原有圍護體系承受上部荷載，將履帶吊自重及負荷利用樁體傳入下層土體，減輕上層土體的負荷，避免土體滑坡，減少吊機重荷載對防汛墻穩定性的影響。樁基承重體系如圖8所示。 
    \
    5 實(shí)施效果
    對吊車(chē)基礎進(jìn)行加固后，為了觀(guān)測吊車(chē)施工對防汛墻的影響，專(zhuān)門(mén)在履帶吊邊的防汛墻上設置了3個(gè)沉降觀(guān)測點(diǎn)和位移觀(guān)測點(diǎn)。經(jīng)過(guò)三個(gè)多月的觀(guān)測，數據顯示，防汛墻的最大側向偏位為8mm，最大沉降值為17mm，符合防汛部門(mén)規定的允許偏位值。
    實(shí)施的結果表明，通過(guò)對吊車(chē)基礎的加固，有效控制了防汛墻的偏位，減少了黃浦江畔鋼結構施工對周邊環(huán)境的影響。
     
     
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