淺談某紙業污水廠鋼膜結構吊裝施工技術應用與質量控制管理

耿金彪

上海博丹環境工程技術股份有限公司 上海 200940

引言

針對污水處理過程中惡臭氣體收集的最有效辦法是對污水池進行加蓋，然后用風管連接進行換氣，將惡臭氣體引到廢氣處理裝置進行凈化處理。污水池體鋼膜結構加蓋是近年來興起的一種新型技術，具有結構安全、防腐耐久、美觀大方等諸多優點，解決了污水池散發惡臭異味的難題。但是當污水池跨度比較大時，由于其周邊環境差，無堆放物料和合適的吊點，造成施工困難。因此必須針對此類項目進行專題研究，因地制宜地去解決此吊裝問題，滿足施工的具體要求。

1 工程概況

本項目位于湖北省黃岡市，是國內一家大型造紙企業的污水處理工程，為保證惡臭氣體逸散，對污水池體進行鋼膜加蓋。本工程的鋼膜加蓋內容為：2座直徑72m的圓形池體（固定式），2座50m的圓形池體（旋轉式），2座30m的圓形池體（旋轉式）。其中72m圓形池體跨度大，周邊無物料周轉空間，因此施工難度較大。在施工方案中必須要重點進行控制，合理安排物料布置、吊點安排、吊裝措施，并進行鋼結構吊裝過程中的各種工況的計算，確保鋼梁起吊時的強度和撓度在設計允許范圍內，結構三維軸側圖如圖1所示。

圖1 三維軸測圖

2 施工環境分析

由于本項目的污水池跨度較大，周圍環境復雜，障礙物較多，給鋼膜結構的吊裝施工作業帶來非常大的困難。6座圓形池體高出地面4m，周圍有寬約6m的廠區道路，污水池外部無鋼構堆料區域，對鋼結構吊裝施工要求高。另外在污水池體周圍的水處理設備和管線較多，吊車可以站立位置空間狹小。本項目為新建工程，污水池內尚未通水，可以利用污水池內部空間進行物料堆放和吊裝，經施工方與業主方反復溝通，最終采用了將吊車放置于池體中央位置的施工方案。

3 施工工藝流程

本項目通過計算模擬分析和方案對比，最終采用了尚未通水的污水池內作為鋼結構堆場，將一部150T的吊車放置于圓形池體內部的中央位置，作為起吊點。總體施工工藝流程為：工藝準備—材料進場—基礎板孔對位、打孔、固定—吊短立柱—校正焊接—焊筋板—吊裝桁架梁—焊縫打磨、上油漆-—吊裝結束后移出吊車—池外吊裝膜材—固定張拉膜材—局部整修收尾。

根據施工順序，組織施工計劃，按施工方案原定的施工部署流水節拍順序進行各區段的施工作業。優化安裝方案，使各工序順利搭接，加工、安裝隨結構施工同步跟上。對本工程實行施工管理、協調、進度控制，全面負責整個工程的進度、工程質量、施工技術、現場標準化、安全生產等工作。從施工技術的先進性、吊裝的可行性、現場環境的適應性上制訂相應的措施，確保達到優質工程的驗收標準。

4 鋼膜結構吊裝施工要點

4.1 吊車擺放位置的選擇

72米跨度的圓形池（固定式）的鋼結構梁吊裝難度大。單榀桁架最大為72.15m，必須嚴格做好吊裝計劃，嚴格執行吊裝操作。本工程由于跨度太大，采用塔吊及汽車吊在池外作業，皆不安全。最終選擇了吊車在池內作業的方案，確保吊裝安全，也是最經濟的選擇。這樣鋼材的堆放也選擇在池體內部，既有堆放空間，又縮短了吊車的吊臂長度，節約了吊車的費用，加快了施工速度[1]。

4.2 池內吊車規格的選擇

本項目中吊裝是最重要的施工環節，吊車規格的選擇關乎吊裝安全，至關重要。本項目鋼結構單榀桁架最大為36.75m，必須嚴格做好吊裝計劃，嚴格執行吊裝操作。將150噸吊車用200噸大吊車吊入池內。吊車在池內斜坡上作業時，用枕木墊高，使支撐點達到水平狀態。圓形池鋼結構中心離吊車中心距有15米，單一主構件重量達2.89噸，故吊裝時，需用到150噸吊車。在29米作業半徑時的吊重能力是4.5噸，所以吊近3噸的主鋼架是安全的，有一定的安全儲備。將150噸吊車用200噸大吊車吊入池內。吊車在池內斜坡上作業時，用枕木墊高，使支撐點達到水平狀態。

4.3 鋼桁架吊點的選擇

正式吊裝前，應進行大型設備驗算，吊索具驗算，合格后方可作業。吊點設置及結構驗算提升施工方案，對鋼桁架做實體建模分析。鋼桁架的上下弦桿及斜腹桿均為鋼管，材質為Q235B。整段鋼桁架重量為2.89噸，計算吊裝應力時，考慮節點板重量系數1.2，鋼桁架自重荷載分項系數1.4，計算軸力、彎矩時，分項系數取為1.4；計算吊點反力時，分項系數取為1.0。吊點分析分為4種工況，即工況1：無風垂直提升，中間部分鋼桁架端部無預拉鋼索；工況2：無風垂直提升，中間部分鋼桁架端部設置預拉鋼索；工況3：正常提升（5級風工況，預拉鋼索）；工況4：靜止張拉防風纜繩（10級風工況，預拉鋼索，極端天氣情況）。經過驗算得出結論：鋼桁架在四種工況條件下，上弦鋼最大應力比為0.386，下弦鋼最大應力比為0.421，斜腹桿最大應力比為0.256。鋼桁架在吊裝時最大垂直下撓-65mm，端部水平位移12.5mm，鑒于此變形情況，在鋼結構加工時采用了預起拱處理，減少在結構吊裝時的變形，同時在吊點處進行了局部節點加強處理。

4.4 鋼桁架梁吊裝方案制定和實施

本項目為圓形池，跨度72m，跨度較大，因此必須在圓池中心設置支撐架，作為鋼桁架梁安裝時的臨時支點。支撐架采用剛度較大的四肢空間桁架柱，確保自身具有較高的穩定性和較小的變形，為鋼桁架梁提供可靠的支撐。鋼桁架梁和支撐架處采用螺栓連接，便于以后進行拆除[2]。鋼桁架梁吊裝時必須要有兩條攬風繩來控制鋼結構件，用吊車將鋼結構吊放在指定的位置后，與中心的支撐架可靠連接，并用鋼絲繩進行預固定，根據圖紙桿件編號，分別將桿件與主鋼架連接。當一側鋼桁架梁固定后，再吊裝下一榀鋼桁架梁。然后用系桿將兩個鋼桁架梁連接起來，形成一個穩定的結構體系，依次按上述方式進行下一步吊裝。

4.5 膜面的安裝方案制定和實施

本項目膜屋面共分為12片，每片膜材面積約為380m2。由于單片膜體較大，為保證方便在鋼構上部均勻鋪開，用鋼管作為中心軸將膜片卷成筒狀，整體進行吊裝。本項目的主要功能是防止惡臭氣體逸散，因此密封要求非常高，在整張膜片張拉工作完成后，必須嚴格進行收邊處二次防水膜焊接，并用淋水法對密封性進行檢測，確保膜材拼縫處不發生漏水漏氣現象。

4.6 支撐架卸載方案的制定和實施

在鋼桁架梁全部安裝完畢后，應拆除池體中心的鋼支撐架。由于鋼支撐架在施工過程中承受了所有鋼桁架梁的末端力，拆除后的鋼支撐架的受力會轉移至鋼桁架梁自身承受，會產生在支撐點處的較大節點位移。根據結構計算的數據，支撐點的結構位移為Z向下沉設計值為45mm。在實際卸載中，按兩兩對稱方向逐步卸下鋼桁架梁和支撐架的連接螺栓，按5mm/分鐘的速度緩慢下移支撐架，最終完成卸載過程，實際Z向下沉值為38mm，略小于設計值，說明本項目鋼桁架梁的剛度非常大，完全滿足設計要求。

5 施工質量控制與管理

5.1 鋼結構整體變形監測與控制

該工程建立了工地現場的測量控制網，采用了6臺索佳全站儀進行安裝控制點監測控制，主要對各個基座點、中心點以及主要拉桿連接點的位置進行控制，保證建筑外形的精確。工地配備了經驗豐富的測量監控人員，在整個吊裝過程中，記錄所有軸線和標高數據，隨時對施工精度進行控制，確保施工質量符合設計規范要求。特別是在鋼桁架安裝過程中對所以胎架進行檢測，利用胎架的標高差來控制鋼桁架的拱度。經過嚴格控制，所有鋼桁架的垂直下撓小于-38mm，小于設計計算的垂直下撓-45mm。所有鋼桁架的端部水平位移8.2mm，小于設計計算的鋼桁架的端部水平位移12.5mm。

5.2 鋼結構整體穩定監測與控制

在吊裝過程中必須進行鋼結構穩定性的定性監測，根據設計人員和施工人員共同確定的方案，工設計了12個監測點，利用安裝在鋼桁架主體的均勻分布的6個光纖光柵應變計和安裝在對稱基座處的2個激光測距儀來進行監測。通過此設置可以觀察主結構的12組桁架梁的不同施工狀態的應力和應變情況。12組鋼桁架全部就位后，鋼結構的應力和應變進入穩定期，每組鋼架的撓度得以監測并與設計值進行全面比對，檢測結果為偏差在1%以內，完全在設計誤差范圍內。

5.3 膜材預應力監測與控制

本項目的緊繩器布置為每1米一組，每隔5個緊繩器安裝一組測力計，實時監測膜材施加的張拉力，并與膜材施工的設計值進行比對。本項目的膜材預拉力為3kN/m，由于按順序張拉的過程中會產生前面的緊繩器的拉力松弛現象，即膜材內部拉力的相互影響。因此在張拉過程中需要施工人員來回巡視，不斷對緊繩器進行調整，確保膜材達到設計的預拉力。經現場膜材預拉力反復測試，本工程膜材的縮率控制在0.8~1%，可以達到預期的拉力值，與設計值非常吻合。在整片膜材安裝到位后，施工人員采用頂緊式膜材測力儀對膜面進行檢測，并與測力計進行了數據對比，誤差在5%以內，滿足設計要求。

6 結束語

此項目2018年2月10日開始施工，竣工時間為2018年11月15日。整個鋼膜結構系統吊裝方案合理，解決了大跨度鋼桁架結構的施工難題，在施工過程中對各項質量控制指標，包括結構變形、結構穩定性、膜材預應力等進行了嚴格的監測，與設計值吻合得非常好。在本項目施工過程中因地制宜，通過嚴謹的施工技術的創新應用，最大限度地控制了施工質量，并順利通過了項目驗收，贏得了客戶的充分肯定。