火電廠大跨度輸煤鋼桁架棧橋整體安裝工藝研究

中國(guó)電建集團(tuán)福建工程有限公司 楊黎峰

鋼桁架具有布置自由、跨度大、整體美觀、結(jié)構(gòu)輕巧、便于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛推廣應(yīng)用。火電廠高大跨度輸煤棧橋鋼桁架安裝最大難度在于棧橋鋼桁架吊裝就位。棧橋通常采用鋼構(gòu)件散裝或分榀吊裝，其高空工作量大、危險(xiǎn)性高、安裝工期長(zhǎng)。我公司在福能晉南熱電廠圓形煤場(chǎng)棧橋鋼桁架安裝中對(duì)傳統(tǒng)工藝進(jìn)行改進(jìn)，創(chuàng)新性采用鋼桁架整體吊裝技術(shù)，解決了高空焊接和吊裝作業(yè)量大的難題，確保了施工安全和工期進(jìn)度。

1 鋼棧橋吊裝就位方案的確定

福能晉南熱電廠圓形煤場(chǎng)內(nèi)的輸煤棧橋鋼桁架，水平總長(zhǎng)度47.6m，懸挑端長(zhǎng)度4.4m，質(zhì)量81.8t，就位離地高度為32.607m。由于鋼桁架就位高、跨度和重量大，中間還必需跨越高度16.5m的圓形煤場(chǎng)擋煤墻建筑物。若采用傳統(tǒng)的安裝工藝，即鋼構(gòu)件散裝或者分榀吊裝，其高空作業(yè)量大、危險(xiǎn)性高、安裝工期長(zhǎng)。為了減少鋼桁架高空拼裝工作量，降低安全風(fēng)險(xiǎn)，決定對(duì)傳統(tǒng)工藝進(jìn)行改進(jìn)，將鋼桁架零散鋼構(gòu)件集中至地面組裝，拼裝完成后整體吊裝。

1.1 鋼桁架的整體組合

由于在施工階段，圓形煤場(chǎng)內(nèi)地面高低起伏而場(chǎng)外地面高差大，基礎(chǔ)附近未回填壓實(shí)，周圍建筑物多、空間狹小、施工場(chǎng)地小。根據(jù)鋼桁架的外形尺寸，結(jié)合場(chǎng)地現(xiàn)狀，決定在圓形煤場(chǎng)內(nèi)組裝鋼桁架。由于鋼桁架外形龐大，所以必須盡可能選擇在鋼桁架就位下方位置邊緣處作為組合吊裝場(chǎng)地，桁架在地面拼裝完畢后經(jīng)驗(yàn)收合格，即進(jìn)行橋面壓型鋼板底模的鋪設(shè)、栓釘焊接，鋼筋綁扎、花紋鋼板鋪設(shè)、護(hù)欄鋼管、及封閉安裝。

1.2 起重機(jī)械工況和索具的選用

根據(jù)鋼桁架的整體重量、外形尺寸、吊裝高度及作業(yè)環(huán)境，對(duì)起重機(jī)械的吊裝工況進(jìn)行選擇，避免機(jī)械超負(fù)荷作業(yè)（雙機(jī)抬吊負(fù)荷率＜80%的額定載荷）或者發(fā)生卡桿的情況；根據(jù)鋼桁架結(jié)構(gòu)的外形結(jié)構(gòu)特點(diǎn)選擇合適的吊點(diǎn)位置，然后根據(jù)力學(xué)計(jì)算和對(duì)吊裝索具的安全要求（需滿足6倍的安全系數(shù)），選擇合適的鋼絲繩。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，將鋼桁架的重量，框架尺寸、起重機(jī)械的工況作業(yè)環(huán)境等相關(guān)參數(shù)確定以后，通過(guò)CAD建立吊裝模型，模擬鋼桁架整體吊裝過(guò)程，并對(duì)模擬過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行分析和調(diào)整相關(guān)參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)鋼桁架在現(xiàn)場(chǎng)整體吊裝的一次性成功。從吊裝模擬的結(jié)果中確定了采用一臺(tái)LMT500和一臺(tái)中聯(lián)500t主臂長(zhǎng)均為57.7m的汽車吊，作為吊裝起重機(jī)。

2 吊點(diǎn)選擇及負(fù)荷計(jì)算

2.1 桁架重心計(jì)算

桁架總質(zhì)量81.8t，分為兩部分（圖1），斗輪機(jī)中心柱上方長(zhǎng)度10m區(qū)域質(zhì)量G1=29.145t，另一部分質(zhì)量G2=52.655t。根據(jù)力矩平衡原理，得：G1×L=G2×(23.8-L)，其中L為桁架重心距斗輪機(jī)中心柱的長(zhǎng)度；所以29.145L=52.655×23.8-52.655L，81.8L=1253.189，L=15.32m，所以桁架重心距桁架一端（斗輪機(jī)側(cè)）15.32+5=20.32m。

圖1 棧橋鋼桁架重心計(jì)算示意圖

2.2 吊車載荷受力計(jì)算

兩臺(tái)吊車吊點(diǎn)如圖2，F(xiàn)1是中聯(lián)500T汽車吊吊點(diǎn)，F(xiàn)2是LTM500T汽車吊吊點(diǎn)。F1+F2=81.8，F(xiàn)1×（20.32-2）＝F2×(47.6-20.32-6.605)，經(jīng)計(jì)算得F1=43.37t，F(xiàn)2=38.42t。

圖2 兩臺(tái)500t汽車吊受力載荷計(jì)算示意圖

依據(jù)《JGJ276-2012建筑施工起重吊裝工程安全技術(shù)規(guī)范》3.0.17中規(guī)定，采用雙機(jī)抬吊時(shí)，宜選用同類型或性能相近的起重機(jī)，負(fù)荷分配應(yīng)合理，單機(jī)載荷不得超過(guò)額定起重量的80%，起重機(jī)性能具體計(jì)算如下：LMT500T汽車吊工況，起吊時(shí)最大工作半徑20m，臂長(zhǎng)57.7m，額定起重量66t。（38.42+0.5）/66×100%=58.97%＜80%，吊裝性能滿足要求；中聯(lián)500T汽車吊工況，起吊時(shí)最大工作半徑14m，臂長(zhǎng)59.1m，額定起重量86t。（43.37+0.5）/86×100%=51.01%＜80%，吊裝性能滿足要求。

2.3 吊裝程序

吊裝作業(yè)過(guò)程中，用CAD軟件模擬棧橋鋼桁架吊裝過(guò)程，結(jié)果如圖3所示，LMT500汽車吊站位于圓形煤場(chǎng)擋煤墻外側(cè)西北方向，吊車初始起吊時(shí)，回轉(zhuǎn)中心距桁架吊點(diǎn)中心20m，桁架就位時(shí)作業(yè)半徑為18m；中聯(lián)500t汽車吊站位于圓形煤場(chǎng)內(nèi)斗輪機(jī)中心柱東南側(cè)，吊車初始起吊時(shí)，中心距桁架吊點(diǎn)中心8m，桁架就位時(shí)作業(yè)半徑為14m。

圖3 鋼桁架吊裝平面位置圖

起吊前，事先在鋼桁架立柱上的中心線掛上線墜，吊裝時(shí)通過(guò)2臺(tái)汽車吊分別承擔(dān)棧橋鋼桁架整體兩端的重量，調(diào)整2臺(tái)吊車的起吊高度，同時(shí)，通過(guò)觀察鋼桁架立柱上中心線與線墜之間的夾角來(lái)判斷桁架的傾斜角度，當(dāng)鋼桁架立柱上中心線與線墜之間的夾角為0時(shí)，即可直接起吊就位。

2.4 鋼絲繩安全系數(shù)計(jì)算：

選用4根12米Φ43mm、規(guī)格為6×37+1+1667鋼絲繩，抗拉強(qiáng)度為1667N/mm2，鋼絲繩最小破斷拉力Sb=116t的鋼絲繩，鋼絲繩4段負(fù)荷p=F1=43.37t，鋼絲繩夾角α=42°。每個(gè)吊點(diǎn)處采用1個(gè)合金鋼額定載荷55t弓形卸扣與Φ43mm鋼絲繩連接。鋼絲繩起吊角度用55噸卸扣進(jìn)行調(diào)整；鋼桁架起吊前在桁架兩端各設(shè)2條攬風(fēng)繩，以便調(diào)整桁架精確就位。

K=(Sb×4cosα)/p=(116×4×cos42°)/43.37=7.95倍，符合安規(guī)規(guī)定千斤繩用作吊索無(wú)彎曲6～7的要求。

3 關(guān)鍵工序總結(jié)

吊裝前必須在斗輪機(jī)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求及斗輪機(jī)中心柱安裝完畢驗(yàn)收合格后進(jìn)行，重點(diǎn)復(fù)驗(yàn)鋼桁架支座及支撐系統(tǒng)的預(yù)埋件，其軸線、標(biāo)高、水平度、預(yù)埋螺栓位置及露出長(zhǎng)度等，超出允許偏差時(shí)，應(yīng)做相應(yīng)的處理。及時(shí)利用水準(zhǔn)儀實(shí)測(cè)牛腿埋件實(shí)際標(biāo)高，盡早對(duì)偏差較大的埋件進(jìn)行處理。利用線墜的垂直原理，在吊裝就位過(guò)程中準(zhǔn)確調(diào)節(jié)鋼桁架傾斜角，就能夠方便在空中傾斜鋼桁架角度至設(shè)計(jì)所需要的角度，滿足安裝就位要求。

采用本施工方法，于2019年10月7日將約重81.8t大跨度的鋼桁架吊裝就位成功。通過(guò)吊裝監(jiān)測(cè)，證明了本吊裝方案是一個(gè)能夠有效解決吊裝場(chǎng)地狹窄，且需跨越圓形煤場(chǎng)擋煤墻等建筑物的成功典型吊裝案例，這得益于事先采用CAD軟件建立與施工現(xiàn)場(chǎng)相似的作業(yè)環(huán)境和吊裝設(shè)備模型，通過(guò)模擬整個(gè)吊裝過(guò)程，直觀的展現(xiàn)整體吊裝方案，提前發(fā)現(xiàn)吊裝方案的不足并及時(shí)糾正，為大件鋼桁架整體順利吊裝奠定基礎(chǔ)。

利用線墜的垂直原理，創(chuàng)新性采用了“鋼桁架空中傾斜角度調(diào)整”技術(shù)，解決了鋼桁架就位過(guò)程中傾斜角度不易控制的難題，提高了鋼桁架就位精準(zhǔn)度。本安裝方法不但適用于大型火電廠輸煤棧橋施工，還可推廣應(yīng)用于其它工業(yè)及民用建筑，為類似鋼桁架吊裝提供了一個(gè)簡(jiǎn)單易行可供參考的施工方法，推動(dòng)了吊裝領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步，具有較好的社會(huì)效益。