張寶昌，許文杰，付大偉

（中交一航局第二工程有限公司，山東 青島266071）

1 工程簡(jiǎn)介

威海市金線頂護(hù)岸改造工程的半圓型坡面親水護(hù)岸，長(zhǎng)200m，由44個(gè)大型半圓體排列筑成，見(jiàn)圖1和圖2。

圖1 親水護(hù)岸半圓體排列圖

單個(gè)半圓體長(zhǎng)4.6m，寬17.355m，高7.2m，底板厚0.7m，拱板厚0.6m，拱外墻半徑7.2m，單個(gè)重量260 t，如圖3所示。

此親水護(hù)岸采用半圓型結(jié)構(gòu)，以提高護(hù)岸的觀賞性——整齊、光潔、圓滑，增加游客在此觀賞人工景致與自然景觀完美融合的興致。

圖2 半圓體親水護(hù)岸斷面圖

圖3 半圓體結(jié)構(gòu)圖

2 半圓體預(yù)制方案選擇

半圓體通常采用“臥式”預(yù)制，即預(yù)制狀態(tài)與其使用狀態(tài)一致。為了模板、鋼筋支立架設(shè)方便，一般應(yīng)采取先澆筑底板，而后再支立和架設(shè)拱圈模板及鋼筋，最后澆筑成型。

采用“臥式”狀態(tài)預(yù)制，按一般習(xí)慣采用的施工方法分析，至少存在以下問(wèn)題：

1）拱圈弧形鋼筋全部要在底板上方截?cái)啵诘装鍧仓瓿珊笤俣魏附樱ɑ虼罱咏壴幚恚?，鋼筋損耗或焊接投入較大；

2）拱圈模板、鋼筋以及混凝土重量和其它施工荷載，要靠拱圈模板承擔(dān)，拱圈模板的加工和支拆將耗費(fèi)大量的材料和工時(shí)，拱圈鋼筋綁扎困難；

3）拱圈混凝土的表面質(zhì)量難以控制，與親水結(jié)構(gòu)的要求相悖。

為了克服“臥式”狀態(tài)預(yù)制半圓體的各種問(wèn)題，選擇了“立式”狀態(tài)一次性澆筑半圓體的方案，如圖4所示。

圖4 半圓體立式狀態(tài)預(yù)制示意

采取“立式”澆筑方案，模板和鋼筋全部一次支立架設(shè)，具有方便施工、省工省料、一次成型、確保質(zhì)量的明顯優(yōu)點(diǎn)。但需要解決如何把這大型的半圓體安全、便捷地翻轉(zhuǎn)90°，恢復(fù)到安裝使用狀態(tài)。為此，研發(fā)了一套結(jié)構(gòu)輕巧、操作簡(jiǎn)便、安全可靠的多功能專用吊具，可以完成半圓體空中翻轉(zhuǎn)90°、裝船、水下安裝并自動(dòng)脫鉤等一系列施工作業(yè)，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

3 吊具設(shè)計(jì)

3.1 起重船基本參數(shù)

300 t起重船主要參數(shù)為：兩主鉤間距2.3m，每鉤額定負(fù)荷150 t（共300 t），副鉤（單）額定負(fù)荷60 t，與主鉤前后間距6m。使用時(shí)兩主鉤之間要有效連接（封鉤）。

3.2 對(duì)吊具的設(shè)計(jì)要求

1）吊起半圓體在空中翻轉(zhuǎn)90°的過(guò)程中，要保持半圓體和起重系統(tǒng)受力平穩(wěn)；

2）保證半圓體吊孔受力均勻，不因應(yīng)力集中而使吊孔混凝土破壞；

3）翻轉(zhuǎn)完成后半圓體不發(fā)生搖擺，能平穩(wěn)落地、裝船或安裝，能方便地自動(dòng)脫鉤；

4）力爭(zhēng)吊具構(gòu)造精簡(jiǎn)，各構(gòu)件受力簡(jiǎn)單而明確，做到省料、易作，使用操作靈活可靠。

3.3 吊具設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1）要做到平穩(wěn)翻轉(zhuǎn)，半圓體的吊點(diǎn)位置必須置于半圓體的重心位置上，半圓體繞著它的重心翻轉(zhuǎn)，任何轉(zhuǎn)角都是平衡的。

2）為了防止吊鉤對(duì)半圓體吊孔混凝土的破壞性擠壓，在吊鉤與吊孔接觸部位之間設(shè)置了一個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)的“蘑菇頭”弧面形墊板。墊板弧面始終與吊孔內(nèi)壁全面吻合接觸，而吊鉤與墊板則始終保持弧面線接觸。這樣吊鉤的起吊力便能均勻地分布在墊板的弧面上，很好地避免了吊鉤對(duì)吊孔內(nèi)壁的破壞性擠壓。該裝置如圖5所示。

圖5 弧面形墊板與吊鉤的聯(lián)接圖

3）半圓體被吊起時(shí)，吊鉤（通過(guò)弧面形墊板）始終吊在吊孔內(nèi)壁最上沿，而半圓體的垂心位置又始終不變，當(dāng)半圓體繞吊點(diǎn)弧面形墊板翻轉(zhuǎn)時(shí)，吊點(diǎn)與半圓體重心之間就產(chǎn)生偏心，偏心距的存在便產(chǎn)生了翻轉(zhuǎn)力矩，翻轉(zhuǎn)角度越大，偏心翻轉(zhuǎn)力矩越大，當(dāng)翻轉(zhuǎn)到90°時(shí)，翻轉(zhuǎn)力矩達(dá)到最大值。偏心矩的存在，使半圓體翻轉(zhuǎn)基本可以“自動(dòng)”完成（只要在半圓體剛起吊并準(zhǔn)備翻轉(zhuǎn)時(shí)給一“助轉(zhuǎn)”外力，越過(guò)旋轉(zhuǎn)的“死點(diǎn)”位置，半圓體便能自行旋轉(zhuǎn)了）。這一現(xiàn)象使半圓體翻轉(zhuǎn)相當(dāng)容易，而在完成旋轉(zhuǎn)90°后，因此時(shí)偏心力矩最大，半圓體便處于最穩(wěn)定狀態(tài)，為半圓體扶正落地、裝船和安裝創(chuàng)造了平穩(wěn)、安全的條件。

4）吊鉤上部焊一拉桿板，用浮吊的副鉤控制吊索拉動(dòng)拉桿板，使吊鉤繞吊鉤軸轉(zhuǎn)動(dòng)脫離半圓體，完成“自動(dòng)脫鉤”，見(jiàn)圖6所示。

圖6 吊具自動(dòng)脫鉤裝置圖

3.4 吊具的組成

吊具主要由5部分組成，如圖7所示。

圖7 吊具總圖

4 吊具使用方法

4.1 半圓體在預(yù)制場(chǎng)空中翻轉(zhuǎn)、存放或裝船

半圓體在碼頭邊豎向預(yù)制，采用300 t起重船直接起吊翻轉(zhuǎn)半圓體，不需要平移。

1）掛鉤。300 t浮吊就位后，主鉤掛吊具索，副鉤掛翻轉(zhuǎn)索。將吊具主吊鉤掛入半圓體吊孔內(nèi)，翻轉(zhuǎn)索具鉤掛住半圓體底部翻轉(zhuǎn)吊孔。

2）吊起半圓體、翻轉(zhuǎn)。300 t浮吊主鉤緩慢起吊，副鉤放松，半圓體起吊離開(kāi)地面高度1.3～1.5m后，移動(dòng)至預(yù)定位置（存放場(chǎng)地或船上）。主鉤將半圓體提升至合適高度后保持穩(wěn)定不動(dòng)，副鉤提升翻轉(zhuǎn)索，使半圓體翻轉(zhuǎn)90°，即翻轉(zhuǎn)到半圓體到“臥式”狀態(tài)。

3）存放或裝船。半圓體翻轉(zhuǎn)就位，移至存放場(chǎng)地或船上指定位置后，主鉤緩慢下降放下半圓體。

4）脫鉤。圓體就位后，人為解開(kāi)副鉤翻轉(zhuǎn)索，掛好脫鉤索但要保持松弛狀態(tài)。主鉤下降至松弛狀態(tài)，副鉤再提拉脫鉤索，吊鉤繞吊鉤銷軸轉(zhuǎn)動(dòng)，脫開(kāi)半圓體主吊孔。至此，一個(gè)工作流程結(jié)束。

把半圓體從“立式”狀態(tài)扶正至“臥式”狀態(tài)的翻轉(zhuǎn)操作順序如圖8所示。

圖8 半圓體翻轉(zhuǎn)扶正過(guò)程示意圖

4.2 半圓體水上安裝

半圓體吊裝入水后，受到浮力影響，隨著入水漸深，半圓體重心會(huì)上移至吊點(diǎn)以上，這會(huì)使半圓體繞吊軸翻轉(zhuǎn)而使安裝不能進(jìn)行，因此，吊裝入水以前須在吊具門架橫梁中部垂直方向上用倒鏈把半圓體對(duì)稱拉住，防止半圓體入水后翻轉(zhuǎn)，如圖9所示。

圖9 半圓體安裝前鎖固情形

1）從運(yùn)輸船上吊起半圓體。將專用吊具主吊索系固于300 t浮吊主鉤，脫鉤索系固于副吊鉤但要保持松弛狀態(tài)。將半圓體平穩(wěn)、緩慢從運(yùn)輸船上吊起送至安裝位置。

2）安裝半圓體。主鉤緩慢下降，副鉤隨之下降并使脫鉤索保持松弛狀態(tài)。半圓體下放至安裝位置，主鉤拉緊呈微受力狀態(tài)，檢查半圓體位置是否正確。如需調(diào)整，主鉤再次吊起半圓體調(diào)整位置，調(diào)整好后放正。

3）脫鉤。當(dāng)確認(rèn)半圓體位置正確無(wú)誤后，將主鉤完全放松，副鉤提拉脫鉤索，使吊具吊鉤繞吊鉤銷軸轉(zhuǎn)動(dòng)，脫開(kāi)半圓體主吊孔。脫鉤完成，吊具提起。 至此，一個(gè)半圓體安裝完成。

半圓體水上安裝操作過(guò)程如圖10所示。

圖10 半圓體起吊過(guò)程示意圖

5 實(shí)施效果

“半圓體翻轉(zhuǎn)、安裝多功能吊具”是針對(duì)半圓體陸上“立式”一次整體預(yù)制空中翻轉(zhuǎn)90°、海上“臥式”狀態(tài)安裝所開(kāi)發(fā)的專用吊具，為國(guó)內(nèi)外首創(chuàng)。2010年8月1日采用該吊具在威海施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了典型施工，半圓體空中翻轉(zhuǎn)平穩(wěn)，水上安裝就位準(zhǔn)確，自動(dòng)脫鉤順利，安全可靠。截止到2010年8月23日，采用該吊具成功完成了44個(gè)半圓體的空中翻轉(zhuǎn)、裝船、安裝任務(wù)。實(shí)踐證明，研發(fā)的“半圓體翻轉(zhuǎn)、安裝多功能吊具”使“臥式”預(yù)制半圓體的諸多問(wèn)題通過(guò)改為“立式”預(yù)制而順利解決，顯著提高了半圓體的預(yù)制質(zhì)量，大幅度縮短了預(yù)制和安裝工期（各壓縮約一半左右），大大減少材料和施工設(shè)備消耗，經(jīng)濟(jì)效益顯著，充分體現(xiàn)了該專用吊具的安全性和先進(jìn)性。

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[2] 范欽珊，殷雅俊.材料力學(xué)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2008.

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