林作勝

上海建工七建集團有限公司 上海 200050

常規(guī)的砂箱內(nèi)容物為石英砂，具有方便獲得、便宜可靠的優(yōu)點。但是在實際使用中發(fā)現(xiàn)，石英砂彈性模量較小，用量大，導致砂箱尺寸較大。在大荷載長時間的作用下，容易板結，導致卸載時流不出砂。石英砂卸載時，需要輔助手段，砂子飛濺，污染大，且難以通過溢砂量推算卸載位移[1-5]。

針對這一問題，本文介紹了一種改進的懸挑鋼桁架結構砂箱卸載工藝并在大型懸挑鋼結構工程中進行應用，通過使用鋼丸代替石英砂作為砂箱的內(nèi)容物，解決了石英砂砂箱存在的以上問題。砂箱支撐作用力穩(wěn)定、支撐作用力長期有效，在卸載過程中，卸載步驟緩慢，對已形成的鋼桁架結構沖擊小，卸載量可以按位移精確控制，既確保了結構安全，又經(jīng)濟節(jié)約，為類似大型懸挑結構施工提供了參考和思路。

1 工程背景

本文的研究依托上海臨港科技創(chuàng)新城A0202地塊建設項目。該項目為一處地上18層、地下1層的商辦綜合體，由3棟塔樓和3座裙房組成。地上建筑面積約104 896 m2，地下建筑面積約41 835 m2，其中3座裙房均采用鋼桁架的結構形式，最大懸挑長度51 m（圖1），鋼材選用等級最高的Q420GJC-Z35，總用鋼量達到2萬 t。

圖1 懸挑結構示意

裙房在兩處轉(zhuǎn)角和一處末端采用懸挑的結構形式，裙房1為雙邊大懸挑結構，最大懸挑長度接近52 m，裙房2為雙邊大懸挑結構，裙房3為單向大懸挑結構。所有的懸挑結構均采用高空分段拼裝的方法施工。鋼桁架懸挑結構施工環(huán)節(jié)多，施工期間受力體系復雜，施工工藝和外部環(huán)境對結構初始內(nèi)力和變形有著非常顯著的影響，因此必須合理選定臨時支撐的卸載工藝，以確保卸載階段鋼桁架受力和變形穩(wěn)定變化，不發(fā)生突變。

2 大懸挑鋼結構的鋼丸砂箱卸載工藝

2.1 鋼丸砂箱卸載工藝的提出

針對原有石英砂砂箱在工程使用中發(fā)現(xiàn)的問題，本工程采用鋼丸代替石英砂作為砂箱內(nèi)容物。表1對比了2種方法的特點。

表1 鋼丸砂箱與石英砂砂箱的對比

采用鋼丸代替石英砂，鋼丸為直徑基本一致的球形，使得砂箱在長期支撐力的作用下，具有可靠的耐久性，且長期作用下無徐變壓縮量，增強了砂箱作為臨時支撐的長期可靠性。在砂漏上段下降進行放砂操作時，溢砂流動性好，對比傳統(tǒng)砂漏無硬結現(xiàn)象，卸載階段過渡平穩(wěn)。

2.2 鋼丸砂箱的設計

砂箱容器是由上、下2段圓柱殼體共同組成的可動套筒，本工程采用外徑250 mm、壁厚10 mm的無縫鋼管，內(nèi)、外徑的裝配間隙控制在10 mm，既能使砂箱足夠貼合，具有一定的抗側(cè)能力，也可以避免因無縫鋼管的制作公差導致上、下端卡死。砂箱容器如圖2所示。

圖2 鋼丸砂箱容器

砂箱支撐截面應根據(jù)支撐力的大小設計，對應選擇上、下段砂箱本體材料，確保安全可靠，且有足夠的裝配間隙；根據(jù)支撐需要的卸載位移量，確定砂箱本體高度，通常情況下，上、下段的活動量（填砂高度）大于卸載位移量50 mm以上。典型的鋼丸砂箱剖面設計如圖3所示。

1月1日起，由國家稅務總局制定的《環(huán)境保護稅法》開始施行。環(huán)保稅法規(guī)定，應稅大氣污染物的稅額幅度為每污染當量1.2元－12元，水污染物的稅額幅度為每污染當量1.4元－14元，具體適用稅額的確定和調(diào)整，可由各地人民代表大會常務委員會在法定稅額幅度內(nèi)決定。

圖3 典型的鋼丸砂箱容器尺寸設計

鋼丸砂箱的鋼丸可直接選用鋼材加工成常用的拋丸鋼丸，考慮到鋼丸的流動性，宜選取直徑大于1.0 mm的統(tǒng)一規(guī)格的鋼丸，且鋼丸本身在承受一定荷載后，整體均質(zhì)性應仍能保持完好，整體密度值基本不變。鋼丸放入砂箱容器后振動預壓實。

在裝入砂箱前，應測定鋼丸在一定容積內(nèi)的質(zhì)量，換算出鋼丸含間隙的可視密度，再根據(jù)已選擇的下套筒內(nèi)徑值及每次上套筒下降量，計算獲得各下降量對應的流出鋼丸的質(zhì)量，方便現(xiàn)場實際操作時通過測定質(zhì)量來確定各個砂箱的實際卸載量。在輔助振動套筒外壁的情況下，可以將每步下降量精確控制在毫米以內(nèi)。

2.3 鋼丸砂箱的施工要點

鋼丸砂箱卸載的整體施工流程如圖4所示。

圖4 鋼丸砂箱卸載施工流程

鋼丸砂箱采用的鋼丸為噴射清理用金屬磨料，因此對含水量有較高要求，并要求無油。但是在實際操作中，針對現(xiàn)場的使用環(huán)境，為便于溢砂操作，注入砂箱下段的鋼丸，需經(jīng)過一次浸油（廢機油）操作，鋼丸的填充量應根據(jù)各支撐點預計的卸載量設計。

鋼丸砂箱容器安裝就位后，在容器兩側(cè)焊接連接加勁板，提高容器整體的剛度。

在鋼丸砂箱作為臨時支撐工作的階段，上、下套筒之間的間隙應采用油泥封堵，并定期檢查砂箱所在的臨時支撐頂緊情況，定期記錄砂箱總體高度，避免發(fā)生砂箱失效的情況。完成鋼桁架結構安裝，并全數(shù)檢測確認各構件單元已按設計要求進行連接，具備臨時支撐卸載條件后，可準備溢砂卸載。

砂箱卸載階段，割除砂箱兩側(cè)的加勁結構，使得上部荷載完全作用在砂箱頂端。根據(jù)預設置的卸載步驟，結合每步溢砂質(zhì)量，開啟砂箱底部閥門，根據(jù)預設質(zhì)量溢砂，直至砂箱上段支撐面同上部結構脫離，即完成臨時支撐的卸載工作。

卸載階段，根據(jù)計算結果，以不同部位的支撐單次下降量作為卸載過程的主要控制指標，并以此數(shù)據(jù)控制單個砂箱的下降量，實現(xiàn)臨時支撐的逐步卸載，從而使整體荷載由結構自身平穩(wěn)承受。整個卸載應按照以下原則設計：結構體系轉(zhuǎn)換引起的內(nèi)力變化應是緩慢的；在卸載過程中，結構各桿件的內(nèi)力應在彈性范圍內(nèi)并逐漸趨近設計狀態(tài)；在卸載過程中，各臨時支撐點的卸載變形應協(xié)調(diào)；卸載過程中，應避開不適宜的環(huán)境狀況，如大風、雨雪天氣；卸載過程應易于調(diào)整控制、安全可靠。

3 鋼丸砂箱卸載工藝的環(huán)境影響分析

由于本工程鋼桁架懸挑跨度大，結構復雜，因此必須確保整個卸載階段鋼桁架的內(nèi)力和變形都處于受監(jiān)控狀態(tài)?，F(xiàn)場施工中，對整個鋼桁架的溫度、應力應變和變形進行了監(jiān)測。整個卸載過程的監(jiān)測內(nèi)容包括：在支撐釋放前，用全站儀測量各節(jié)點和徑向桁架跨中的初始狀態(tài)參數(shù)；根據(jù)結構特點，布設變形監(jiān)測點，在構件一端設置全站儀，監(jiān)測構件位移；在支撐釋放過程中，測量每級釋放結束后的各監(jiān)測參數(shù)，并及時提交指揮人員，判斷釋放過程的結構安全性；在支撐釋放后3 d內(nèi)，對各監(jiān)測參數(shù)繼續(xù)進行監(jiān)測，并做好記錄；在釋放過程中，發(fā)現(xiàn)沙漏下降量超過預定值時，立即停止，尋找原因，采取對應措施，確保釋放安全。

典型的鋼桁架及鋼支撐應力應變測定結果如圖5所示。

圖5 鋼丸砂箱卸載階段1#裙房構件及支撐應力演化特征

結合卸載前數(shù)據(jù)分析結果，桁架結構整體受力穩(wěn)定，無應力變化較大的情況發(fā)生，可認為卸載前結構處于穩(wěn)定狀態(tài)；卸載過程中實時采集數(shù)據(jù)，卸載過程結構受力基本穩(wěn)定，卸載完成時由于結構應力重分布，構件應力產(chǎn)生突變，但突變值較?。恢蠼Y構受力趨于穩(wěn)定。應力變化趨勢與施工過程相符。鋼支撐在卸載過程中受力穩(wěn)定，卸載完成時由于應力釋放產(chǎn)生突變值，但突變值較??；之后至支撐移出現(xiàn)場前受力穩(wěn)定。由此可見，鋼丸砂箱卸載工藝是一種可靠、穩(wěn)定的鋼桁架結構臨時支撐卸載工藝。

4 結語

鋼桁架是一種適用于大跨度懸挑結構的結構形式，考慮到鋼桁架自身的結構特點，施工時往往采用分段安裝的方式。本文研究了鋼丸砂箱卸載工藝在大型懸挑鋼結構施工中的應用，總結了工藝要點，并結合砂箱卸載階段對鋼桁架結構和臨時支撐進行監(jiān)測，驗證了該工藝在大型懸挑鋼結構施工中的可行性，為類似工程提供了參考。

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