基于重型鋼結構柱桅桿法吊裝施工技術

丁原根,石 國

(1.浙江昆侖建設集團股份有限公司,浙江 杭州 310007；2.杭州中宙建工集團有限公司,浙江 杭州 310013)

隨著鋼結構制造、加工工藝越趨成熟以及施工技術的不斷進步,鋼結構技術在房屋建筑領域得到了廣泛的運用。楊璐等[1]介紹了通過對施工過程采用變形預調,可提高安裝精度,確保結構成形后的實際狀態滿足設計要求,使結構受力更合理。鄒科華[2]介紹了通過對吊裝方案進行比較,創新地提出了雙桅桿組合吊裝施工方案,并詳細介紹了施工流程和操作要點,同時對吊裝過程進行仿真模擬計算和施工監測,監測數據和理論計算結果相吻合。胡庸等[3]介紹了在工程中用桅桿吊裝法安裝籃球館鋼桁架,為在小型場地高空吊裝的經濟性、便捷性施工提供了有效經驗。李光等[4]采用了桅桿式起重機配以大噸位的滑輪組和慢速電動卷揚機作動力來吊裝鋼柱和鋼桁架的施工方法,有效地解決了鋼構件長、質量重、吊裝技術要求高、安裝難度大和受地下室頂板承載能力限制等一系列技術難題,取得了良好的經濟效益。

1 工程概況

某酒店工程位于杭州市余杭區,工程為框架核心筒結構。總建筑面積119 632.2 m2，其中地下建筑面積35 611.8 m2，地上建筑面積84 020.4 m2；總建筑高度96.5 m。本工程由2層地下室、1層地下夾層、4層裙房及一幢26層酒店、一幢26層公寓式酒店組成,工程裙房宴會廳為層高 9.6 m,平面尺寸26.48 m×40.8 m的大跨度、大空間鋼結構工程。由15根十字型勁性柱和 H型鋼主次鋼梁組成的柱網結構。勁性柱的主要規格有：700 mm×600 mm×380 mm×300 mm；600 mm×600 mm×300 mm×300 mm；700 mm×700 mm×380 mm×380 mm。圖1為鋼結構宴會廳整體吊裝示意圖。

圖1 鋼結構宴會廳整體吊裝

2 重點難點之處及解決策略

在鋼結構吊裝施工中,垂直度與軸線之間的標高偏離是衡量吊裝工程的水平之一,而測量是確保鋼結構吊裝質量是否有所保證以及工程施工過程的關鍵順序。作為高層建筑工程,精度的監控相當嚴格。本工程在測量難度高、精度要求高的情況下,采取“外控法”的總體測量策略,遵守“由整體到局部”的測量準則,具體測量策略如下[5]：

1)依據浙江省一級控制點的坐標與高程,對業主提供的基準點施行復測,確保準確性。

2)依據工程現場復測后的基準點,運用“外控法”在工地周邊布置2～4個主控制點(如總包布置控制點符合鋼結構實施作業,可與總包共享控制點,起到相互檢查的作用)。

3)基于4個主控制點,利用導線往返觀測的方法,確定首層平面控制網。

4)控制點的垂直引測：標高按50 m 一整尺垂直向上量取；平面軸線控制點每隔50 m 向上中轉傳遞一次；高程控制網的測設本工程采用塔尺沿柱豎向引測法[1],見圖2。

5)施工過程中,引測鋪設的控制點,結合前面相同的測量方式測算每層樓的屏幕控制網。

6)結合前面相同的辦法循序測量,在平面與立面上同時展開形成空間整體循環測量。

圖2 柱豎向引測法

3 鋼柱吊裝施工技術

由于受起吊距離、構件重量限制,現有施工塔吊無法進行宴會廳主構件吊裝作業。毗鄰宴會廳東南邊均為地下室,實測施工現場：地下室外緣距迎賓路人行道距離為26.5 m,而地下室到宴會廳距離約34 m,受強度限制,采用汽車式起重機或履帶式起重機無法在地下室頂板展開做業；根據現場實際情況,在吊裝現場東面、南面也無法進行吊裝作業。唯有建筑的北面尚可展開構件的二次吊運工作。根據上述情況,鋼結構吊裝施工將從建筑正面進行2遍起吊。

3.1 施工步驟

根據該鋼結構吊裝施工的具體情況,施工方決定執行下列吊裝工藝。第1步把構件吊送建筑正面,采用50 t汽車式起重機,把結構件依次吊上已完工的裙樓3層以上鋼柱,4層樓上以鋼柱、次梁為主,依次在3層和4層之間用人力拖車把鋼結構倒掛至宴會廳施工地點。鋼柱桅桿采用吊裝作業,其中包含：鋼柱和桅桿的加固,鋼柱的搬移、起吊和就位等一系列措施。

3.2 吊裝步驟

吊架制作完畢后即可進行吊裝作業。首先根據待吊構件的部位選擇合適的位置將吊架進行固定,原則上是在不影響構件上行的前提下使吊架主立桿盡可能靠近構件待安裝的部位；為方便吊架移動,吊架底板與混凝土支撐面不做錨栓連接處理,但底板與接觸的混凝土結構面盡可能緊密貼合(可選擇鑿平逐步凸起的混凝土澆面、用楔形墊塊墊平低洼處)；將纜風繩與吊架可靠連接,并將鋼絲攬風繩的另一端與已達到設計強度的混凝土結構梁與柱相交處可靠固定,用卡頭緊固。完成吊架安裝工作后,用卡具將待吊構件與手拉葫蘆掛鉤可靠連接,緩緩拉動葫蘆鏈條,使構件在葫蘆的牽引下緩緩上升至超過預埋錨栓頂面20 mm左右,旋轉構件使地板螺栓孔定位對準錨栓,再緩緩松動葫蘆,使鋼柱緩緩下降至支撐柱底的混凝土上,對照經緯、水準儀校正構件的垂直度及水平度,一切數據都控制在允許誤差范圍內后,緊固鋼柱的錨栓螺母,完成一個鋼柱的吊裝作業；用相同的方法完成鋼柱的吊裝。鋼柱的吊裝順序是從?軸交⑥軸的鋼柱開始,向軸交①軸鋼柱逐步推進,鋼柱吊裝示意圖見圖3。

圖3 鋼柱吊裝示意圖

3.3 鋼柱吊裝

鋼柱吊裝有十字型與H型。根據鋼構件的重量和吊點情況,準備足夠不同長度與不同規格的鋼絲繩和卡環。同時配好爬梯與纜風繩等一系列小型工具。安裝過程中首先對預埋件施行復測,在基礎上進行放線。鋼柱吊點鋪設在鋼柱上方,采用4個臨時對接耳板為吊點。吊裝之前,下節鋼柱頂面和本節鋼柱底面的泥土與浮銹要徹底剔除,保持上下鋼柱之間連接接觸頂緊。下節鋼柱的頂面標高與軸線偏離與鋼柱扭曲值必須控制在規范規定當中,另外上節鋼柱吊裝要考慮反向偏移回歸原位的處理,節節相互糾偏,規避發生累積誤差偏大。

鋼柱吊裝到指定位置,鋼柱的中心線須與下部段鋼柱的中心線重疊,四邊同時兼顧,活動雙夾板平穩插入下節柱對應的安裝耳板上,穿好連接螺栓,連接好臨時連接夾板,并及時拉設纜風繩對鋼柱進一步進行穩固。穩固后,即可進行初校,以便鋼柱及斜撐的安裝[6]。安裝前要對預埋件進行復測,并進行放線。依據鋼柱的底標高調好螺桿上螺帽,然后鋼柱直接安裝到位。安裝過程中柱身上綁扎爬梯,便于施工人員上下施工。當鋼柱吊到就位上方200 mm時,應停機穩定,對準螺栓孔和十字線后,緩慢下落,下落中應避免磕碰地腳螺栓絲扣,當柱腳剛與基礎接觸后應停止下落,檢查鋼柱四邊中心線與基礎十字軸線對準情況(四邊要兼顧)和柱腳下的鋼墊板位置、數量是否正確,如有不符應立即調整(調整時,需3人操作,1人移動鋼柱、1人協助穩固,另1人進行檢測),經調整鋼柱的就位偏差在3 mm以內后,再下落鋼柱,使之落實,收緊4個方向的纜風繩,擰緊地腳鎖緊螺母,如受環境條件限制,不能拉設纜風繩時,則可采用在相應方向上以硬支撐的方式進行固定和校正[6],見圖4。

圖4 鋼柱臨時固定、校正和調整

先在柱身標定標高基準點,然后以水準儀測定其差值,利用柱腳底板下調整螺母來調整鋼柱的標高和垂直偏差。或加減柱腳底板下的斜墊片、墊塊來調整鋼柱的標高。墊板與基礎面和柱底面的接觸應平整、緊密。二次澆灌混凝土前,墊板間應焊接固定。由于受螺桿長度影響,螺帽無法調配,可在原先疊加墊板進行墊平,四角配設墊板后,由專人進行測量抄平,鋼柱直接安裝就位。每個墊板不宜過多。墊板和基礎以及底面的接觸應平整與整齊,鋼柱和對應的鋼梁吊裝結束后,及時調整校正,并告知土建單位對地腳進行混凝土灌注,進一步穩固鋼柱,見圖5。鋼柱內需澆灌混凝土時,土建單位應及時介入。底層鋼柱安裝、焊接,經檢查驗收合格后,即可澆灌細石混凝土,在灌漿施工中,邊灌入、邊攪動,以防產生氣泡。

圖5 鋼柱標高的調整

4 鋼柱桅桿吊裝質量控制措施

4.1 吊點固定不到位及不合理

鋼柱吊點加固后嚴格對吊點一一排查,確保工程吊點牢固,并檢查鋼柱接觸面是否存在摩擦跡象。通過現場施工得知,檢查吊裝過程中,未出現滑動、脫吊、脫鉤等現象。針對吊點設置不合理的問題,在吊點受力上計算,施工過程中,根據鋼柱吊裝受力模擬分析,確定吊點位置。在鋼柱起吊前做好吊點位置的檢查工作,保證吊點位置正確。施工過程中,應對一般鋼柱吊點內應力應變進行實時監測,從監測數據表明,鋼柱的變形與受力狀況達到要求,也未發現鋼柱呈現失穩以及搖晃過大的跡象。

4.2 桅桿設置存在偏差問題

對桅桿的設置進行控制,施工之前對桅桿安裝施行全過程勘察,定位好桅桿鋪設位置,使其接近鋼柱安裝部位。桅桿底部和樓層混凝土接口處用楔形墊塊墊平,采取經緯儀校對桅桿垂直與鋪設纜風繩結合結構拉實加固。從實施過程中看,桅桿的設置符合鋼柱吊裝的要求,桅桿垂直度、平整度在控制范圍內,纜風繩拉結固定牢固,未出現晃動、傾斜的情況。 鋼柱定位精確,螺栓埋設固定、人工幫扶定位存在偏差,鋼柱地腳螺栓的埋設采用固定框輔助,它直接關系到整個鋼柱的安裝質量。

4.3 預埋螺栓整體就位

鋪設好地腳螺栓預埋位置控制線(基軸線或中心線)與地平下的標高線。地腳螺栓預設過程中,必須先對每對地腳螺栓群和預埋板加固,逐漸變成螺栓支架。利用三層樓板鋼筋綁扎,用螺栓支架固定就位與支撐加固,最后軸線和標高相對符合。

預埋螺栓的制作精度要求:預埋螺栓中到中的間距不大于2 mm, 預埋螺栓頂端的相對高差不大于2 mm。施工過程中應注意保管好預埋螺栓支架,避免樓板鋼筋綁扎之間產生刮撞,從而影響螺栓支架與螺栓產生偏移或變形,對預埋螺栓支架需做加固處理。填埋螺栓整體就位,必先找準埋件上周邊4根固定角鋼的縱橫向中心線(事先測量并刻出符號),將其與測量好的基準線符合；其次使用水準儀測量埋件四角上螺栓頂面的標高,發現高度不準時埋件下邊4根固定角鋼的周邊角下用角鋼磨平。在施工現場樓板混凝土澆筑之前,要多次反復核對地腳螺栓位置和標高,并且對螺紋涂抹黃油,打上油紙,外部套上套管。整個施工澆筑過程中,要對預埋螺栓支架進行監控,發現位移立馬調整。

當鋼柱起吊到指定的具體位置上方200 mm時,停止提高并安裝好鋼柱穩定,核準螺栓孔之間的十字線后,放慢速度,下落時注意觀察,防止磕碰地腳螺栓；對無法安裝螺栓孔者必要時適當調整鋼柱位置,不得敲擊硬裝。當柱腳和基礎對接后停止下落,查看鋼柱周邊中心線和基礎十字軸線對準水平線與柱腳下的底部墊板位置,材料參數是否合理,發現不符合必須立馬調整(調整時,需3人操作,1人移動鋼柱、1人協助穩固, 另1人利用經緯儀沿鋼柱90° 方向進行檢測), 經過整理, 鋼柱的就位偏差在3 mm 內,再下落鋼柱,使之落實。使用柱腳底板下的螺母零件經常調整鋼柱的標高與垂直偏差,通過經緯儀分別實行復核校對完工,加速擰緊地腳鎖緊螺母,4個不同方向的地腳螺栓擰緊方式要同一個方向。最后及時對地腳施工進行二次灌漿,鋼柱從而進一步穩定,見圖6。

圖6 鋼柱柱腳二次灌漿示意圖

5 結 語

本文結合某酒店工程,對于鋼結構施工過程重點難點之處進行了分析并提出了解決辦法。但在實際施工過程中由于施工現場場地限制等因素造成鋼結構的吊裝施工難度較大,質量缺陷較多,成了鋼結構施工質量中的軟肋。為此，加強鋼結構吊裝過程的質量控制是鋼結構工程施工質量控制的關鍵。