異形鋼結構“正提倒頂”安裝施工技術研究

【摘 要】文章以汶上縣旅游景區三期工程觀光塔異形鋼結構施工為例，詳細介紹鋼結構分節段累積拼裝，采用液壓同步頂升技術以 “正提倒頂” 施工方法，成功安裝了該寶瓶狀異形鋼結構。液壓同步頂升法施工以液壓千斤頂為動力，鋼結構頂升塔架以及頂升架標準節為載體，通過液壓千斤頂的頂升作業，一段段安裝頂升架標準節，以達到頂升設計高度。在施工過程中的施工工藝及技術、質量控制措施，對類似液壓頂升施工具有一定的借鑒作用。

【關鍵詞】正提倒頂；液壓千斤頂系統；頂升塔架；頂升架標準節

0.引言

汶上縣旅游景區三期工程觀光塔主塔鋼結構立面結構為寶瓶狀空間鋼結構，該結構底部標高為47.750m、頂部標高為99.750m，結構總高度為52m。結構平面投影為圓形，沿高度方向結構斷面尺寸變化較大，直徑由上至下在標高68.150m以上逐漸增大，標高68.150m以下逐漸減小，其最大直徑為27.7m，位于標高68.155m處，最小直徑為8.113m，位于標高99.750m處，變徑較多，總體呈寶瓶狀。本工程鋼結構采用高空散拼與分節段累積頂升相結合的施工方法進行施工，具體為標高66.645m以下的鋼結構采用高空散拼法施工，以上的鋼結構則采用在68.35米平臺面上進行拼裝；全部安裝完成后，采用液壓頂升系統進行分節段累積頂升安裝，其主結構軸測示意圖及立面圖如圖1所示。[1]本文主要介紹鋼結構分節段累積拼裝，采用液壓同步頂升技術以“正提倒頂” 施工方法。

1.液壓同步頂升技術特點

液壓同步頂升技術主要適用在一些施工高度高、作業面狹窄、安裝精度要求高、形狀特殊的鋼結構建筑中，其特點包括以下四點。

（1）通過常規穿心式短行程液壓千斤頂，結合同步控制技術，對外形特異的空間鋼結構進行分段累積頂升安裝，可降低安裝過程中的技術難度，提高施工過程的安全性，節約工程施工成本。

（2）采用型鋼格構柱作為頂升支架，保證了頂升過程穩定性和安全要求，同時格構柱可通過承插和輔助連接板連接進行逐段加長或減少，方便施工安裝和拆卸，并可以周轉使用。

（3）頂升機構部分包括：提升架頂部支承梁、提升承力底框、提升十字梁、頂升架標準節、液壓千斤頂、水平及斜向聯系桿件、定位銷，液壓控制系統等。

（4）液壓頂升設備體積小、自重輕、承載能力大，設備自動化程度高，操作方便靈活，安全性好，可靠性高，使用面廣，通用性強。

2.工藝原理

2.1液壓同步頂升技術的原理

“液壓同步頂升技術”采用穿心式短行程液壓千斤頂作為頂升機具，型鋼格構柱作為頂升支架標準節，并通過一系列腹桿、連桿進行加固。[2-3]液壓千斤頂、提升架頂部支承梁、提升承力底框、提升十字梁、定位銷、液壓控制系統等組成頂升機構，可實現頂升機構自提升的目的，同時可通過定位銷進行準確定位，保證頂升過程的同步性、安全性。

2.2液壓頂升技術頂升過程

（1）把拼裝的鋼結構件置于提升架頂部支承梁頂部，臨時固定牢固。提升十字梁置于提升成立底框處，把穿心式千斤頂的精軋螺紋鋼穿過提升架十字梁，并固定好墊板、螺母。

（2）千斤頂提升一個行程，通過擰緊和松開位于千斤頂頂部和支撐腳內的螺母，實現千斤頂的回程，重復該作業，千斤頂提升五個行程。

（3）提升十字梁上移1米，到達頂升支承架頂部，通過定位銷固定于承力底框上。

（4）安裝頂升架標準節、連接腹桿、拉桿等。解除提升承力底框固定，千斤頂帶動提升十字梁回升。

（5）重復上述作業，直至把結構頂升至預定位置。

3.施工工藝流程及施工準備

3.1鋼結構液壓頂升施工工藝流程

鋼結構液壓頂升施工工藝流程如下：頂升裝置進場、復檢→頂升支架基座處理→安裝頂升支架、液壓千斤頂設備→安裝頂升標準節、驗收→啟動設備、持荷5-10Min檢查→開始提升→解除提升承力底框節點板插銷→千斤頂帶動提升十字梁提升，完成一行程→鎖定精扎螺紋鋼螺母、千斤頂回程→連續進行5次循環→頂升標準節耳板進入提升承力底框節點板、鎖定插銷→提升十字梁復位→安裝頂升標準節→再次循環頂升。

3.2施工準備

（1）技術準備。根據設計院鋼結構設計藍圖進行全面專業深化設計，并進行詳細技術交底工作；對首次使用的頂升架進行專業深化設計，并進行優化；編制有針對性的鋼結構安裝施工方案， 并進行設計、當地專家論證；鋼結構主體焊縫、高強螺栓通過驗收檢查；頂升架、標準節及頂升設備進場驗收、檢查，千斤頂、液壓控制系統檢修、校準工作；邀請相關專家、學者對頂升架、腳手架的制作、搭設進行現場指導。

（2）人員準備。安裝段一頂升現場施工各階段勞動力使用計劃一覽表如表 1所示。

（3）現場準備。現場準備包括鋼結構準備與腳手架準備。

鋼結構準備：安裝段一、二、三均組裝完畢，并按照圖紙總說明的要求通過焊縫超聲波探傷檢查、高強螺栓采用扭矩扳手按照規范要求進行抽查。在鋼結構頂端焊接吊環，與布置于地面的吊環中間以Φ15.24鋼絲繩連接，作頂升后纜風繩；安裝段一的頂升部位為92.36米平臺梁的十字交叉附近，該部位平臺梁的材料規格為450*300*10，且在頂升架頂部支承架十字梁交叉部位，采用鋼板焊接于鋼梁上，增加鋼梁的受力面積，同時加固鋼梁的腹板，確保鋼梁不發生變形；安裝段二的頂升部位為83.4米環梁下方，考慮到83.4米處環梁規格僅為250*200*8，無法保證在頂升過程不發生構件變形。采用在環梁下方1000 mm處，焊接工字鋼，規格為450*150*11.5，以該工字鋼為支撐受力點，在其上方設置20號工字鋼兩條，與相鄰立柱相連為斜支撐點，形成三角支撐體系進行加固；在83.4米環梁上口部位，為保證被頂升后，該圈構件不發生變形，采用10號槽鋼焊接于立柱上進行加固，槽鋼選取長度為保證2跨度3根柱子的長度。

腳手架準備：由于本頂升位于68.35米混凝土平臺，頂升時的力為混凝土平臺集中荷載，為保證混凝土平臺安全，在平臺下方由47.75米-68.15米搭設滿堂支撐架，在頂升點下方搭設加密區。重點控制頂升架下部2m*2m加密區域腳手架搭設，確保按照設計要求采用雙立桿，加密區搭設要求為：縱橫桿間距0.5m*0.5m，步距為1.2m進行設置，且頂部與混凝土板的接觸更是重點監控部位。

3.3頂升架組裝

（1）頂升架安裝準備。頂升架材料進場后，通過驗收，合理進行堆放，保證頂升架材料不變形、不生銹。頂升架安裝前，按照圖紙要求進行放線定位，確定頂升架安裝點后，在該區域以澆筑混凝土基座的方式進行抄平，保證所有頂升架在安裝后均處于同一水平面。

（2）頂升架安裝。為便于施工，本工程在施工中根據現場情況調整方案。由于頂升架構件已經在安裝段一安裝前抵達現場，選擇先安裝頂升架，進行鎖定，在其上面開始拼裝鋼結構。合理組裝千斤頂與液壓控制系統。

在提升十字梁復位后，負責本頂升架的4人分別先安裝4根立柱，立柱設計的材料規格為Φ121*8，長度1000mm，而與之連接的上一立柱下口采用Φ102*8鋼管，長度為200mm，一端100mm焊接于立柱中，另一端外露100mm，只需套入下一節標準節中即可。該設計確保了標準節之間立柱連接垂直度以及抗扭曲強度的控制，同時加快了立柱安裝效率，立柱上口插入上一節標準節后，下端耳板下部孔與提升十字梁節點板的孔以Φ32的銷軸進行鎖定，標準節立柱安裝完成；安裝水平連桿：每一節頂升架分別由8根水平連桿組成，以兩人為一組進行安裝，以柱連接板與上一頂升架由M16螺栓進行連接。本連接板主要作用為保證相鄰頂升架標準節在下端不受力的情況下不會掉下來，保證拆除時的安全。安裝長1460mm斜腹桿：每一頂升節由8根構成，安裝完成水平連桿后，即可安裝斜腹桿，斜腹桿為單面兩根交叉固定，由M16螺栓進行固定。安裝長1921mm斜腹桿：每一頂升節由2根構成，本連桿由頂升架千斤頂負責人進行安裝，安裝的位置位于頂升架內部，對稱兩柱進行拉結，該拉桿以M32銷軸進行固定。

4.頂升的實施

4.1頂升過程

頂升的前提是三個螺母擰緊頂至其墊板部位；提升承力底框與標準節進行鎖定的高強螺栓全部取出。由于螺母一與三固定其區域墊板，千斤頂頂出時，螺母一與三限定其活動區間，千斤頂的頂出部分頂至350mm高鋼撐腳，導致千斤頂的力向反方向傳遞，Φ32精軋螺紋鋼向上提升，直接帶動提升十字梁沿立柱向上運行，帶動頂升標準節、頂升架頂部支承梁向上提升，導致鋼構整體提升。

提升十字梁及其相互鎖定的頂升標準節向上提升，使頂升架頂部支撐架及其配套立柱與上方鋼構向上提升。由于千斤頂行程為200mm，一個標準節的頂升需要千斤頂循環5次行程。當千斤頂完全頂出，千斤頂負責人擰動螺母2向下，固定其20mm厚墊板，該工序主要作用是鎖定頂升架，保證千斤頂未受力而被頂升的鋼結構不會下降。在螺母二鎖定后，油泵控制臺即可收回千斤頂內液壓油，千斤頂下降，當千斤頂的頂出部分完全回收后，螺母一向下擰，重新固定至千斤頂的頂部。本次千斤頂的頂出部分回收完成。

在千斤頂作五次行程運動后，頂升架標準節耳板進入提升承力底框上部梁的節點板中，且孔與孔對齊，迅速插入插銷，本標準節頂升完成。該標準節頂升完成后，按照頂升架標準節安裝方法組織人員迅速對標準節進行組裝。

4.2鋼結構頂升

本工程鋼結構頂升由于其異形結構決定，按照施工方案共需通過兩次頂升：

（1）頂升安裝段一，四套液壓千斤頂，由一臺液壓油泵控制系統進行控制。頂升完成后，安裝、焊接調節段一，拆除全部頂升設備。

（2）頂升安裝段二，8套液壓千斤頂，由兩臺液壓油泵控制系統進行交叉控制。把8套頂升架進行編號，按順序分別編為1、2、3、4、5、6、7、8，液壓油泵控制系統一分別控制1、3、5、7，而液壓油泵控制系統二則控制2、4、6、8，呈交叉錯開形式進行同步頂升。本次頂升的鋼構有安裝段一、調節段一、安裝段二，一次頂升至設計高度，安裝調節段二，本工程鋼結構主體安裝完成。

4.3鋼結構頂升測量精度控制

（1）在鋼結構頂升前，于鋼結構最頂部按照安裝圖紙，找出鋼結構的中心點，懸掛線錘。同時在全站儀監控的四個點分別懸掛線錘，而地面的中心控制點在安裝鋼結構定位時就設置在68.35米砼平臺上，通過在頂升過程中觀察點與點之間偏差，以發現鋼結構的偏差。在頂升即將到達設計部位前，由油泵控制臺分為單點進行頂升，調整鋼結構的偏差。

（2）水平高度控制由地面的結構高度，采用拉垂直線的形式從地面往上引，在外圍的圍護架鋼管上作標記。頂升即將到達設計高度前，安排人員進行觀察控制。

（3）在68.35米混凝土平臺中心點設置全站儀，通過該點分別對68.35m、77.88m、90.8m的四個角點進行測控，嚴格按照鋼結構驗收規范以創優的標準把關。

4.4頂升架拆除

頂升架拆除方法為頂部用5t手動葫蘆懸掛于鋼結構的鋼梁上，下部用鋼絲繩系掛于頂升頂部支承架上，下部標準節開始拆除，每拆除一段標準節，手動葫蘆下降一段高度。可以在保證安全的情況下完成頂升架的拆除；拆除后的頂升架按照進場的順序進行整理、打包后吊運至堆放區域。

頂升架構件詳圖如圖2所示。

5.結束語

鋼結構由其材料性能決定，發展日益迅速，很多使用功能超前、結構形狀特異的結構多是由鋼結構組成的。針對這種結構的安裝施工方法層出不窮，激勵著工程技術人員去開拓、進取、豐富。本工程在完成后，總結了一些相關實際施工經驗，為以“正提倒頂”的液壓同步頂升施工技術的推廣提供了技術貯備。

【參考文獻】

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