半圆体立式预制翻转在长江航道整治中的实践

李金炎，汤伟代

（广州南华工程管理有限公司，广东 广州 510230）

0 引言

长江南京以下12.5 m深水航道整治一期工程白茆沙II标段，包含1条长8 512 m的南导流堤和2条长度分别为1 600 m和800 m的丁坝，其结构物需预制南堤468件半圆体及丁坝353件半圆体，共821件，重量在125～162 t之间。

为克服常规卧式预制的弊端[1]，预制工艺采用立式预制方式。针对半圆体立式预制，先后采用了半圆体钢筋绑扎与整体吊装工艺、半圆体吊点偏心设计及空中翻转工艺、薄壁多孔结构混凝土施工等关键技术工艺。

1 立式预制的优点及难点

1）优点：过去的半圆体预制大都采用卧式预制工艺，缺点是钢筋、混凝土均需分两次施工，施工缝明显，接缝处易产生错台、漏浆等缺陷，拱圈混凝土也因振捣排气困难而易形成气孔、麻面，且拱圈二次抹面影响外观质量，此外还存在整体工效低、施工成本高等明显的缺点，而采用立式预制工艺可以避免上述问题的发生。

2）难点：半圆体立式预制效果较好，但需在出运前转换成卧式以确保现场安装。半圆体由立式翻转成卧式成为施工的难点，首先要解决半圆体立式预制的翻转技术，进行相应的工艺创新。

2 预制方案的控制点及对策

2.1 确立方案的控制点

经分析比对确定采用钢管（扁担）偏心翻转存放方案，实现半圆体立式预制和翻转存放，其关键控制点有：1） 半圆体偏心位置的确定；2）翻转钢吊管的结构设计和校核；3） 翻转过程对实体影响的模拟及措施；4） 翻转工序步骤的确定。

2.2 施工对策

针对以上关键控制点，制定对策如表1。

表1 预制方案的控制点及对策Table1 Control pointsand measures of the precasting scheme

3 施工方案验证与典型施工

3.1 半圆体偏心位置的确定

为确保能顺利翻转，吊点位置设计为水平方向重心向拱圈顶偏移，竖直方向向下偏移，所以先计算半圆体重心位置，再根据门吊的吊钩位置及吊管尺寸确定偏移量。

3.2 翻转钢吊管结构设计和校核

根据受力状态，设计起吊钢吊管结构。

经计算，圆扁担的强度满足要求，为确保安全性，在管内两端加十字加劲板。

3.3 翻转过程对实体影响模拟及措施

3.3.1 翻转实体影响建模

根据翻转工艺，用ABAQUS有限元计算软件对吊运时整体进行动态模拟，半圆体块体实体建模，材料设为钢筋混凝土。预埋φ400钢管和吊运φ360钢管均实体建模，材料为Q235钢材，根据规范考虑起吊冲击系数1.2，计算模型如图1。

3.3.2 不同条件下应力变形模拟

委托第三方对半圆体起吊状态、翻转30°、60°和90°状态进行应力变形模拟分析，确定最不利状态，见图2。

3.3.3 模拟结果

模拟计算确定水平吊运状态为最不利工况，吊运钢管最大应力和最大变形均在计算范围内，钢管强度和刚度能满足设计及工艺要求[2]。

图1 有限元计算模型Fig.1 Finite Element Modeling

图2 应力变形模拟分析图Fig.2 Simulation analysis diagram of stressdeformation

半圆体翻转过程中，主吊点位置钢筋混凝土结构出现局部受拉、受压，在翻转孔吊点采用钢套管，厚度12 mm，实际影响小于模拟计算量。

3.3.4 典型施工及改进措施

1） 翻转孔保护

通过对翻转过程中扁担受力分析发现，扁担在翻转过程中产生局部变形，变形的钢管挤压翻转孔外表面导致周边应力集中产生破损。解决方法：①减少扁担局部变形；②改变应力集中状态；③增加翻转孔周边强度。在设计中，为确保扁担强度、挠度等，用直径42 cm壁厚18 mm钢管作翻身扁担，翻转孔处1 m段内部满焊劲板。考虑施工方便，扁担直径和壁厚都不能增加，由此考虑第②和第③方面的措施。通过实践，制定如下防护措施：拱圈翻转孔内壁、外壁四周各增加2根长度为1 800 mm加强筋；扁担与翻转孔交接处放置一钢套环（衬管），使应力集中部位由孔外壁转移到孔内部，采取防护后效果明显，见图3。

2）副钩吊带保护措施

图3 翻转孔保护措施图Fig.3 Protection measures of the flip hole

原方案中副钩的吊点采用吊环，在翻转过程中吊索为钢丝绳，虽然采用橡胶护垫等方法，在翻转时仍会损坏吊点处混凝土边角，翻转后需割除吊环并修补。通过分析，半圆体结构底部设有泄压孔，具有作为吊点的可行性，将底板上口2个泄压孔作为副钩翻转的吊点，用软吊索取代钢丝绳，用圆形吊带穿过底板上口2个泄压孔作为副钩吊点，进行半圆体空中翻转。见图4。

图4 副钩吊带保护措施图Fig.4 Protection measuresof theauxiliary hook sling

3.4 翻转工序步骤的确定

3.4.1 翻转工序步骤

在立式预制半圆体偏重心位置设置翻转吊孔，用翻转钢管穿过吊孔利用主钩起吊，在偏心侧半圆体底板顶部设翻转吊环用副钩起吊。翻转时同时起吊主、副钩使半圆体脱离底模，稳定后放松副钩使半圆体达成水平状态，完成翻转过程。因此翻转工序步骤确定为：对穿翻身钢管→挂两个主钩→挂副钩→主副钩同时提升→副钩松→主钩起、副钩不动→偏心翻转完成，吊运至堆场[3]。

3.4.2 翻转工序施工要点

1）翻转是关键施工环节，所用起重机要每次检查是否完好。翻身时要轻起轻放，主副钩配合连续，防止半圆体晃动过大。

2） 半圆体采用主钩两点起吊，副钩放松翻转，确保主钩起吊脱离地面30 cm且保持稳定后，副钩才能启动。

3） 起吊转动时由副钩牵引，主钩保持停止状态。

4）翻转区域保持足够的空间，防止与其他半圆体碰撞。

5） 翻转孔中心处放置钢套环应到位后再起吊。翻转施工工艺见图5。

图5 翻转施工工艺图Fig.5 Flip construction process

利用该工艺进行半圆体翻转，翻转孔位置为偏构件重心位置，翻转过程稳定，便捷高效。

4 结语

半圆体立式预制施工，采用了钢筋绑扎与整体吊装工艺、半圆体吊点偏心设计及空中翻转工艺、薄壁多孔结构混凝土施工等关键技术工艺，克服了常规卧式预制的弊端，工效简便高效。

[1]曹义国.半圆体预制工艺——长江口深水航道治理二期工程[J].港工技术与管理，2003（4）：5-9.CAO Yi-guo.Semi-cylinder precasting technology：the phase II deep waterway regulation project in the Yangtze estuary[J].Technology＆ Managementof Port＆ Harbor Engineering，2003（4）：5-9.

[2] 黄兆周，张文渊.500 t半圆体预制出运工艺与观感质量控制[J].水运工程，2006（S2）：78-81.HUANG Zhao-zhou，ZHANG Wen-yuan.Precasting and transportation procedure and appearance quality control of 500 t semicylinders[J].Port＆ Waterway Engineering，2006（S2）：78-81.

[3]李峰.半圆体预制构件在长江口深水航道治理工程中的应用[J].上海港科技，2002（3）：12-14.LIFeng.Application of semi-cylinder prefabricateon thedeep waterway regulation project in the Yangtze estuary[J].Shanghai Port Technology，2002（3）：12-14.