CN209082533U - 一种应用于大型预制构件快速顶升装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种应用于大型预制构件快速顶升装置，该装置包括若干模块基座、可拆卸地搭装在相邻两组模块基座之间的承载盖板以及设置在承载盖板下的气囊，模块基座设有连接盖板以及用于支撑连接盖板的支撑块，支撑块设置在连接盖板的同侧两端上。利用模块基座作为基本承载基体，在相邻两组承载基体之间通过承载盖板进行连接，承载盖板的两端活动搭装在相邻两组承载基体之间，这样的设计方便承载盖板下方的气囊进行顶升承载盖板后进而顶升整个沉箱，本顶升装置结构简单，适合在施工现场进行搭建，制造成本低，承载能力强，适合大型沉箱构件的顶升工作。

Description

一种应用于大型预制构件快速顶升装置

技术领域

本实用新型涉及沉箱施工技术领域，尤其涉及一种预制沉箱构件的顶升装置。

背景技术

沉箱结构重力式码头具有整体稳定性好，抗冰抗冻性能好、结构坚固、耐久性高、施工进度快、维修费用少的特点，在沿海港口尤其是北方港口得到了广泛的应用。面对国际海运激烈的市场竞争和运输市场的不断变化，海运船舶表现出明显的专业化、大型化、高速化趋势，大型深水码头成为港口建设的主流，大型沉箱乃至超大型沉箱预制、移运技术也将逐步改进。

沉箱预制以及出运作为码头建设的关键工序是施工过程安全、质量、进度控制的重中之重。由于长距离海上拖运沉箱安全风险大、运输成本高，沉箱预制场选择遵循就近原则，一般工程周边可利用的固定预制场资源较少，大部分预制场为为临时新建配套。而沉箱的顶升要求沉箱预制场的顶升沟具备地基承载力大、台座地坪质量要求高等特点，但这些特点在旧的沉箱预制场预制大型沉箱是不具备预制或者是需要改装后具备。在同样地基承载力要求下，不同的沉箱顶升、运移形式直接决定预制场建设施工进度、造价，且相差较大。

目前常规的沉箱顶升的方法由以下两种：

(1)钢筋混凝土气囊沟内穿入气囊，顶升沉箱，气囊顶升运移沉箱是最常见和成熟的施工工艺，有着基础处理难度小、成本投入少等优点，但也存在顶升运移吨位有限等缺点，目前国内使用气囊陆上顶升运移沉箱最大吨位为6600t；

(2)钢筋混凝土千斤顶坑(沟)内放入千斤顶或者是采用钢筋混凝土台车沟内胶囊台车充水，顶升沉箱。千斤顶及胶囊水压顶升、台车运移沉箱工艺是近几年才开始投入使用的，有着施工效率高，自动化程度高，顶升运移沉箱吨位大等优点，目前国内陆上运移沉箱最大吨位为8700吨，但也存在地基处理难度大，施工投入成本高等缺点，往往在一些永久性预制场或为多个工程配套预制场中使用气囊顶升沉箱工艺根据气囊的顶升的位置不同分为地下式钢筋混凝土气囊沟及地上式组合钢底胎形式，两种形式对地基处理的形式、施工周期、成本投入相差较大。沉箱预制场对沉箱顶升的选择要综合考虑工期、成本以及安全等因素。

这些顶升方式均需要在沉箱预制底部有顶升沟，如下图1所示，并且对顶升沟的承载力有较高的要求，而沉箱的预制重量由过去的几百吨到现在的几千吨乃至更高，这就导致使用原有沉箱预制场的顶升沟无法承载沉箱的重量。如果根据沉箱的重量将预制场的顶升沟改造，就会导致工期延长、成本增加、进度滞后等不利局面产生。研究一种不需要改造原有预制场，甚至不需要顶升沟的顶升方法会是在未来沉箱预制工艺中的最大难题。

实用新型内容

为了克服上述现有技术的不足，本实用新型提供了一种结构简单，操作方便，适合进行施工现场顶升大型预制沉箱的顶升装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案为：

一种应用于大型预制构件快速顶升装置，包括若干模块基座、可拆卸地搭装在相邻两组模块基座之间的承载盖板以及设置在承载盖板下的气囊，所述模块基座设有连接盖板以及用于支撑连接盖板的支撑块，所述支撑块设置在连接盖板的同侧两端上。

作为上述技术方案的改进，所述支撑块设有固定部和承载部，所述固定部固定在连接盖板的一侧上，所述承载盖板的一端可答在承载部上，并与连接盖板组成平台。

作为上述技术方案的改进，所述支撑块为工字钢。

作为上述技术方案的改进，所述支撑块的高度大于承载盖板与未充气气囊的总厚度。

作为上述技术方案的改进，同组模块基座两侧的支撑块之间设有连接肋板。

作为上述技术方案的改进，所述支撑块的下端设置有便于固定的安装孔。

作为上述技术方案的改进，相邻两组模块基座两端之间通过檩条连接，所述檩条为槽钢。

本实用新型的有益效果有：

本实用新型提供了一种大型预制沉箱的顶升装置，利用模块基座作为基本承载基体，方便进行支撑整个预制的沉箱，此外为了顶升方便，在相邻两组承载基体之间通过承载盖板进行连接，承载盖板的两端活动搭装在相邻两组承载基体之间，这样的设计方便承载盖板下方的气囊进行顶升承载盖板后进而顶升整个沉箱，本顶升装置结构简单，适合在施工现场进行搭建，制造成本低，承载能力强，适合大型沉箱构件的顶升工作。

附图说明

下面结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步说明，其中：

图1是常规顶升装置的结构示意图；

图2是本实用新型实施例的结构示意图；

图3是本实用新型实施例中模块基座的结构示意图。

具体实施方式

参见图1至图3，本实用新型的一种应用于大型预制构件快速顶升装置，本申请中的大型预制构件为沉箱4，包括若干模块基座1、可拆卸地搭装在相邻两组模块基座1之间的承载盖板2以及设置在承载盖板2下的气囊3，所述模块基座1设有连接盖板11以及用于支撑连接盖板11的支撑块12，所述支撑块12设置在连接盖板11的同侧两端上。其中，模块基座1作为模块进行使用，方便进行拆装，其中为了方便适应不同的工况，模块基座1可以根据需求在拼装的过程中按照两组并排横向进行组装，然后纵向之间的模块基座1通过承载盖板2进行连接，具体长度可以根据沉箱4的长度进行设置。由于采用的是模块进行拼装，方便了进行拆装。

为了获取材料方便和制作简单，所述支撑块12为工字钢，这样在施工现场和市场上均能进行有效地获取。所述支撑块12设有固定部121和承载部122，所述固定部121固定在连接盖板11的一侧上，所述承载盖板2的一端可答在承载部122上，并与连接盖板11组成平台。可以理解为将工字钢上的翼板，即两端的部分分为固定部121和承载部122，首先将两组工字钢的固定部121相向设置，再把连接盖板11焊接在两组工字钢的固定部121上，得到模块基座1。为了更加稳固，模块基座1中的两块支撑块12之间还设有加强肋板123进行连接。模块基座1两侧的工字钢上向外的承载部122设有安装位置，使得承载盖板2的两端能搭在相邻两组模块基座1上的承载部122上。采用这样的设计能有效进行拆装承载盖板2与模块基座1。为了使得相邻两组模块基座1连接稳固，相邻两组模块基座1两端之间通过檩条连接，所述檩条为槽钢。

本顶升装置，利用模块基座1作为基本承载基体，方便进行支撑整个预制的沉箱4，此外为了顶升方便，在相邻两组承载基体之间通过承载盖板2进行连接，承载盖板2的两端活动搭装在相邻两组承载基体之间，这样的设计方便承载盖板2下方的气囊3进行顶升承载盖板2后进而顶升整个沉箱4，本顶升装置结构简单，适合在施工现场进行搭建，制造成本低，承载能力强，适合大型沉箱4构件的顶升工作。

为了更好地介绍本申请中的顶升装置的使用，本申请进行如下的操作：第一步，首先根据沉箱4的质量对支撑块12、承载盖板2、连接盖板11进行受力计算及选材，根据沉箱4的尺寸进行确定承载盖板2和连接盖板11的尺寸，并根据上述的计算以及所确定的参数进行制作支撑块12、承载盖板2和连接盖板11；首先根据沉箱4的质量计算出整个顶升装置单位面积内的单位载荷，然后分别对支撑块12、槽钢、承载盖板2和连接盖板11进行选材，支撑块12选用工字钢，承载盖板2和连接盖板11均选用普通钢板，并根据理论力学的应力、挠度计算公式进行校验支撑块12、槽钢、承载盖板2和连接盖板11的强度；其中，支撑块12、槽钢、承载盖板2和连接盖板11以及模块基座1均选用Q235。根据沉箱4的尺寸进行，所计算得到安全范围进行确定支撑块12的间隔距离以及承载盖板2和连接盖板11的长度，并交给出相应尺寸的构件。第二步，制作模块基座1：根据步骤1中所确定连接盖板11的尺寸，连接盖板11的两端分别焊接在支撑块12的固定部121上，使得连接盖板11与支撑块12组成模块基座1；将上述制作完成的模块基座1按照步骤1中所确定承载盖板2的尺寸进行摆放，使得承载盖板2可以搭放在相邻两组模块基座1上，且搭在支撑块12的承载部122上，使得承载盖板2与连接盖板11处于同一平面。承载盖板2与连接盖板11之间设有3-10mm的间隙，采用这样的空间可以使得在后期气囊3顶起承载盖板2的时候，模块基座1不会被带起，从而实现整个功能。在安装完承载盖板2和模块基座1后，清除承载盖板2下方空间的硬物凸起，避免凸起硬物刺破气囊3，该步骤能有效地防止气囊3在充气后被扎破。

第三步，在步骤2制作完成的平台上进行预制沉箱4，待沉箱4预制完成后，利用外部牵引设备牵引气囊3一端，使的气囊3横穿在承载盖板2下方，待气囊3的作用部位与承载盖板2对应后，利用外部空压设备对气囊3进行充气加压并将沉箱4顶起，直至沉箱4连同承载盖板2一同完全脱离支撑架，待顶起稳固后停止加压。第四步，拆除支撑块12两端的槽钢，利用装载机将支撑块12和连接盖板11抽出，并在相应位置放置预定高度的枕木进行支撑沉箱4。对气囊3进行缓慢泄压，沉箱4回落到枕木上，气囊3继续泄压，直至承载盖板2与气囊3完全脱离与沉箱4的接触；利用外部牵引设备将气囊3连同承载盖板2一并抽离沉箱4所在区域，完成顶升工作。

为了很好地拆除承载盖板2和气囊3，本申请中的所述枕木的高度大于承载盖板2与未充气气囊3的厚度总和，不然在气囊3泄压之后，整个沉箱4还压住气囊3和承载盖板2，使得其无法抽出。此外，为了提高平衡性和承载能力，每一块承载盖板2的下方均设有气囊3。

本实用新型提供了一种大型预制沉箱4的顶升装置，该顶升装置操作方便，顶升成本低，能有效将大型预制沉箱4进行稳固顶升，安全性强。

在本申请的最后，本申请将简单举例进行计算示范，方便本领域人员进行理解本技术。其中，为了更好地方便进行选材和制作零部件，本申请中的具体计算分为承载面板和连接面板的单位载荷计算：

1、选用规格为A*B的面积面板区域作为计算，即L_x＝A，L_y＝B，查表可知KM_x0、KM_y0、KM_x、KM_y、K_f，根据mg/S＝q，其中：m为沉箱4重量，单位为kg；

S为承载面板和连接面板的作用面积，单位为m²；

q为单位载荷，单位为N/m；

本申请对此进行举例说明，选着承载面板或连接面板规格为300mm*600mm，其中所选取的面板三面固结一面简支的受力情况进行计算：

其中，L_x/L_y＝300/600＝0.5，查表可知KM_x0＝-0.0836；KM_y0＝-0.0569；KM_x＝0.0408；KM_y＝0.0028；K_f＝0.00258；本申请设定的底层混凝土方量522m³，沉箱4底面积373.92m²进行计算，可以查表可知混凝土的密度为2.45*10³kg/m³，因此可以通过mg/S＝q算出q＝33.52KN/m²；为了计算方便我们选取1mm长的板条作为计算单元，q＝0.034N/mm²

1.1、然后计算承载面板和连接面板的弯矩：

计算x方向上的弯矩，根据M_x0＝KM_x0*q*L²；

计算y方向上的弯矩，根据M_y0＝KM_y0*q*L²

可以求出M_x0＝-255.8N.mm；M_y0＝-174.1N.mm；

面板的截面抵抗矩W＝bh²/n，b为面板的长度，h为面板的宽度，本申请中设定b＝1mm；h＝5mm；n为安全系数，查表可知n＝6；W＝1/6×bh²＝1/6×1×5²＝4.167mm³，根据应力计算公式可知σ_max＝M_max/W＝255.8/4.167＝61.39N/mm²＜215N/mm²，其中215N/mm²为Q235材质的材料，国家允许的最大使用应力值。

1.2、计算跨中弯矩

M_x＝KM_x×q×L²＝0.0408×0.034×300²＝124.8N.mm

M_y＝KM_y×q×L²＝0.0028×0.034×300²＝8.568N.mm

钢板的泊松比γ＝0.3故需换算

M_x(γ)＝M_x+γ.M_y＝124.8+0.3×8.568＝127.4N.mm；

M_y(γ)＝M_y+γ.M_x＝8.568+0.3×124.8＝46.0N.mm

应力为：σ_max＝M_max/W＝127.4/4.167＝30.57N/mm²＜[215N/mm²]满足要求。

1.3、挠度的计算：

根据上述设定的可知h＝5mm，

钢度Bc＝E×h³/〔121-V²〕＝2.1×10⁵×5³/〔12×(1－0.3²)〕＝24×10⁵N.mm，该式中E为弹性模量，V为泊松比。

ωmax＝K_f×q×L⁴/Bc＝0.00258×0.034×300⁴/24×10⁵＝0.297mmωmax/L＝0.297/300＝1/1010＜1/500，500为Q235中的最大许用挠度。

2、支撑块12的抗压强度计算，由于支撑块12在本申请中采用的是工字钢，即用工字钢Q235进行检验，工字钢抗压强度最大时为沉箱4顶层浇注完成且模板未拆除状态。套用上述的计算公式得：

工字钢为Q235型钢材，许用应力[σ]＝113MPa，以腹板计算d＝9.5mm计算，σ_max＝4473*9.8*10³+272*9.8*10³/19.24*0.0095*18＝14.13MPa＜[σ]＝113MPa，满足要求，该应力计算并不是本申请的主要保护方案，利用工程力学中的常规计算亦可进行计算，因此本申请不详诉。

至于槽钢的计算，由于其不是主要受力工件，因此本申请不在此进行计算。

以上所述，只是本实用新型的较佳实施方式而已，但本实用新型并不限于上述实施例，只要其以任何相同或相似手段达到本实用新型的技术效果，都应属于本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种应用于大型预制构件快速顶升装置，其特征在于：包括若干模块基座(1)、可拆卸地搭装在相邻两组模块基座(1)之间的承载盖板(2)以及设置在承载盖板(2)下的气囊(3)，所述模块基座(1)设有连接盖板(11)以及用于支撑连接盖板(11)的支撑块(12)，所述支撑块(12)设置在连接盖板(11)的同侧两端上。

2.根据权利要求1所述的一种应用于大型预制构件快速顶升装置，其特征在于：所述支撑块(12)设有固定部(121)和承载部(122)，所述固定部(121)固定在连接盖板(11)的一侧上，所述承载盖板(2)的一端可答在承载部(122)上，并与连接盖板(11)组成平台。

3.根据权利要求1或2所述的一种应用于大型预制构件快速顶升装置，其特征在于：所述支撑块(12)为工字钢。

4.根据权利要求1或2所述的一种应用于大型预制构件快速顶升装置，其特征在于：所述支撑块(12)的高度大于承载盖板(2)与未充气气囊(3)的总厚度。

5.根据权利要求1或2所述的一种应用于大型预制构件快速顶升装置，其特征在于：同组模块基座(1)两侧的支撑块(12)之间设有连接肋板。

6.根据权利要求1或2所述的一种应用于大型预制构件快速顶升装置，其特征在于：所述支撑块(12)的下端设置有便于固定的安装孔。

7.根据权利要求1或2所述的一种应用于大型预制构件快速顶升装置，其特征在于：相邻两组模块基座(1)两端之间通过檩条连接，所述檩条为槽钢。