大跨度薄壁吊頂與多橋機運行施工技術(shù)應(yīng)用

杜安朋，韓寶栓

(中國水利水電第七工程局有限公司，成都，610213)

1 概述

楊房溝水電站是雅礱江中游河段一庫七級開發(fā)的第六級，工程規(guī)模為Ⅰ等大(1)型的國內(nèi)首個百萬千瓦級EPC水電站。擋水建筑物采用混凝土雙曲拱壩，最大壩高155.00m，引水發(fā)電系統(tǒng)布置在河道左岸，地下廠房采用首部開發(fā)方式，電站總裝機容量1500MW，安裝4臺375MW的混流式水輪發(fā)電機組。

廠房吊頂布置在(廠右)0+170.50m～(廠左)0+31.50m樁號范圍，總長202.00m，分為三種吊頂結(jié)構(gòu)形式。吊頂由拱梁和壓型鋼板構(gòu)成，拱梁共計60榀，斷面尺寸為45cm×55cm(寬×高)，拱梁半徑27.10m，吊頂橫斷面弧形長度30.6796m。單榀拱梁分為三段進行拼裝，分別由兩組分段一和一組分段二組成，分段一長9.7792m，分段二長11.1213m，單榀拼裝拱梁最大重量1.848t。拱梁主要由∠100×10mm熱軋角鋼、鋼筋、3cm厚鋼板、鍍鋅軋制薄鋼板、鋼條、扁鋼、1cm厚鋼板等焊接組成。拱梁上部設(shè)置吊頂鍍鋅壓型鋼模(厚δ=1.5mm)，鋼模上部設(shè)置有暖通預(yù)留孔、檢修預(yù)留孔，暖通預(yù)留孔50個,檢修預(yù)留孔2個。拱梁及壓型鋼板均澆筑C30混凝土，壓型鋼板頂部混凝土厚12cm。結(jié)合現(xiàn)場布置特點在廠房巖錨梁軌道上部布置一臺吊頂桁車作為施工操作平臺。

2 吊頂桁車設(shè)計參數(shù)

桁車主要由吊頂操作平臺、移動平臺、垂直運輸設(shè)備、行走機電系統(tǒng)和臺車防護結(jié)構(gòu)組成。

(1)吊頂操作平臺：桁車施工平臺設(shè)置在移動平臺上部，與主廠房橋機使用同一軌道，并利用行走施工平臺行走系統(tǒng)進行行走。平臺設(shè)計承受最大荷載為7.0t(不考慮平臺自重)，平臺沿廠房縱軸線方向?qū)挾葹?.0m，平臺為電動自行式。吊頂平臺頂部距離吊頂中線最高點為8.6m(平臺高程為2014.60m)，主要用于拱梁安裝、壓型鋼板安裝，并作為施工材料的轉(zhuǎn)運平臺。

(2)垂直運輸設(shè)備布置：從安裝場副廠房2015.35m高程采用葫蘆將施工材料吊裝至施工平臺頂面。

(3)行走系統(tǒng)采用兩套主動機構(gòu)，分別布置于上下游側(cè)。電氣系統(tǒng)主要對行走電機進行控制。

(4)臺車防護結(jié)構(gòu)：下部平臺上局部鋪設(shè)15mm厚大芯板，避免上部施工時物體墜落及焊接氣割時產(chǎn)生的火花掉落至廠房下部施工工作面。大芯板與主桁架之間連接牢固且不留縫隙。施工平臺四周設(shè)置高1.20m的可拆卸式鋼護欄，平臺底部周邊安裝150mm高踢腳板。另外，防護欄四周和人行爬梯底部采用密網(wǎng)封閉，人行爬梯設(shè)置扶手，桁車兩端之間設(shè)置尼龍安全網(wǎng)進行封閉。

圖1 主廠房吊頂桁車示意

3 桁車安裝

桁車安裝時采用25t汽車吊+頂拱錨桿進行吊裝，根據(jù)安裝程序?qū)⑴_車材料分批運至安裝施工工作面。安裝順序如下：

第一步：將移動平臺和行走機電系統(tǒng)先行在廠房安裝場底板拼裝完成，并對連接部位檢查、驗收合格后，采用25t汽車吊將移動平臺吊至巖壁梁軌道，吊裝完成后采用夾軌器將移動平臺固定，然后在移動平臺頂部鋪設(shè)15mm厚大芯板。

第二步：將吊頂操作平臺骨架先行在安裝場底板拼裝完成，并對連接部位檢查、驗收合格后，采用25t汽車吊將操作平臺骨架吊至移動平臺。操作平臺與移動平臺之間采用螺栓連接牢固，連接牢固后再進行操作平臺頂部封閉和兩側(cè)樓梯踏步安裝的施工。

第三步：桁車操作平臺四周設(shè)置高1.20m的可拆卸式鋼護欄，平臺底部周邊安裝150mm高踢腳板。另外，防護欄四周和人行爬梯底部采用密目網(wǎng)封閉，人行爬梯設(shè)置扶手，桁車兩端之間設(shè)置尼龍安全網(wǎng)進行封閉。

第四步：桁車防護施工完成后，對操作平臺施工用電及照明等進行完善。

4 吊頂施工

4.1 桁車行走、就位

在桁車驗收合格后，啟動桁車以正常額定速度行走至指定位置。桁車就位后進行夾軌器的安裝，防止桁車滑動。桁車固定后施工人員方可進入桁車操作平臺進行施工。建立日協(xié)調(diào)會制度，桁車在行走前與廠房永久的3臺橋機做好協(xié)調(diào)工作。

4.2 分段制作拱梁

第一步：在通風(fēng)兼安全洞部位設(shè)置拱梁臨時加工場地，根據(jù)設(shè)計圖紙在場地內(nèi)按照拱梁1∶1的比例進行整體放樣。

第二步：將在加工場地壓制好的每段拱梁U型槽放入1∶1放樣的組裝件內(nèi)，整體拼裝成兩側(cè)單段8節(jié)折線圓弧拱梁以及中間單段9節(jié)的折線圓弧拱梁。中間拱梁端板在加工場地焊接完成，為了使兩段的連接板摩擦面能達到安裝規(guī)范要求，安裝吊頂時在現(xiàn)場組裝完成，達到整體圓弧設(shè)計要求后焊接。

第三步：因拱梁整體圓弧是由25節(jié)L=1.25m的鋼板加工折彎組成的折線圓弧，∠100×10mm的角鋼同樣隨單節(jié)L=1.25m的U型槽形成單根L=2.5m的折線拱，角鋼形成拱形后對切口部位進行焊接，再將鋼筋支撐及斜支撐按照圖紙要求組裝焊接到位，在兩端端頭預(yù)留5cm～8cm調(diào)節(jié)余量與埋件板配割。鋼拱梁制作、預(yù)拼裝完畢后，由質(zhì)量部組織相關(guān)單位對完工質(zhì)量進行檢查驗收，驗收合格后方可吊運至現(xiàn)場進行組裝施工。

4.3 測量放線

測量人員建立廠房吊頂施工測量控制網(wǎng)，并定期進行復(fù)核檢查。根據(jù)設(shè)計藍圖及施工措施，準確放出樁號、高程、預(yù)埋件安裝位置等，并用紅油漆在相應(yīng)部位準確標識。

4.4 吊頂拉桿施工

由于吊頂施工均為高空作業(yè)，模板、鋼筋安裝定位十分困難，廠房吊頂φ32拉桿是吊頂混凝土施工除拱梁和鍍鋅壓型鋼模板外最主要的支撐體系，是鋼筋和模板安裝的重要支撐點，對拱梁及壓型鋼板的安裝和運行安全起著重要作用。

在施工平臺行走到位后，首先須進行拱梁相對應(yīng)的頂拱外露錨桿的糾偏和校正處理。考慮到頂拱超挖及噴混凝土因素，吊頂錨桿外露長可能不足，應(yīng)對這些錨桿加焊等直徑的鋼筋，以滿足鍍鋅拉桿的安裝需要。加焊鋼筋的長度根據(jù)現(xiàn)場具體情況確定。加焊鋼筋采用雙面焊接，焊縫長度為5d，焊接須滿足相關(guān)規(guī)范要求。

吊頂拉桿加長施工完成后，進行鋼筋焊接，鋼筋型號為φ32螺紋鋼筋，拉桿下部10cm范圍內(nèi)細螺紋用螺母連接，拉桿至少露出螺母2cm。拉桿及其埋件安裝完畢后，對外露錨桿、埋件及接頭部位均應(yīng)進行防腐、防銹處理。拱梁拆除后將拉桿伸出拱梁以外部分采用砂輪進行割除，并修復(fù)預(yù)留孔部位壓型板。

4.5 吊頂拱梁施工

廠房吊頂拱梁主要由4.0mm厚鍍鋅軋制薄鋼板和∠100×10mm角鋼焊接而成，在拱梁內(nèi)側(cè)焊接φ12@15cm箍筋和φ20、L=630mm腹桿，保證拱梁的整體穩(wěn)定性。單榀拱梁凈重5.10t，由兩組分段一和一組分段二組成。在10根吊頂錨桿相對應(yīng)的拱梁頂部焊接兩根φ32螺紋鋼筋，使吊頂錨桿自由穿過兩根鋼筋之間，將拉桿車絲部分穿至鋼筋以下，然后安裝30mm×110mm×110mm墊板。墊板安裝完成后，采用M30螺母擰緊，并保證車絲外露長度不小于2cm。

拱梁定型鋼模板分榀由通風(fēng)兼安全洞運至安裝場副廠房，再采用葫蘆將拱梁模板及鍍鋅樓承板吊裝至桁車操作平臺。槽型定型鋼模板安裝由低至高，由上、下游往正頂拱方向逐塊進行安裝。安裝前先采用人工在吊頂錨桿上安裝電動葫蘆，采用3t的電動葫蘆將定型模板吊至設(shè)計高程進行連接和對位。

壓型鋼板堆放場地應(yīng)基本平整，堆疊不宜過高，以每堆不超過40張為宜。壓型鋼板運至現(xiàn)場，需妥善保護，不得有任何損害與污染，特別是油污。壓型鋼板鋪設(shè)時應(yīng)該從拱梁中部向上下游兩側(cè)逐步鋪設(shè),應(yīng)做到“鋪設(shè)一塊，固定一塊”，嚴禁采用“批量鋪設(shè)，批量固定”的施工方式。

4.6 鍍鋅壓型鋼板施工

吊頂結(jié)構(gòu)肋板底部采用YX65-170-510鍍鋅壓型鋼板(Q235-B)(厚δ=1.5mm)作為拱梁下部裝飾模板使用。

4.6.1 鍍鋅壓型鋼模板的鋪設(shè)

鍍鋅壓型鋼模板吊裝前，應(yīng)做好吊前包裝、吊具等的檢查工作。吊裝應(yīng)現(xiàn)場試吊，選擇正確的吊點，防止壓型鋼板彎曲。拱梁外包鋼模板兼作其永久裝飾，模板切割必須保證分塊均勻、拼接整齊、拼接縫緊密。同時為了施工方便，應(yīng)該先焊接好拱梁外包鋼模板后再吊裝、拼裝拱梁，吊裝、拼裝過程中應(yīng)保護好外包鋼模板，避免受到損傷。

對下部拱梁的定位進行檢查、驗收，降低其安裝誤差，嚴格按施工圖紙要求定出安裝控制線。壓型鋼板吊裝需配專用吊具，防止壓型鋼板擠壓變形。在拱梁安裝前應(yīng)先完成吊頂支撐柱上的鋼支托安裝。鋪板時，以每塊板長為一個安裝單位，邊鋪設(shè)邊定位。為防止拱梁制作及安裝過程中產(chǎn)生較大變形，須沿拱梁軸線方向每隔2m焊接剪刀撐，剪刀撐采用φ32鋼筋，沿橫截面布置。拱梁各段螺栓連接后，應(yīng)及時進行連接鋼板間焊接，進行拱梁和吊頂拉桿的連接，在此期間應(yīng)該避免拱梁承受較大的荷載，防止其失穩(wěn)。壓型鋼板公、母肋扣合處，應(yīng)扣合緊密，按廠家要求連接或采用鉚釘固定，固定間距不宜大于300mm。

4.6.2 安裝注意事項

施焊前焊工應(yīng)復(fù)查焊件接頭質(zhì)量和焊區(qū)的處理情況，當不符合要求時，應(yīng)進行修整合格后方可施焊。現(xiàn)場施焊的焊工必須具備相應(yīng)的技術(shù)資格證書，并必須經(jīng)過試焊。焊接時，焊工應(yīng)遵守焊接工藝，不得自由施焊，在焊道外的壓型鋼板上移動焊鉗和電纜時，注意避免放電損壞壓型鋼板。高空焊接應(yīng)注意安全防護。安裝完畢后的壓型鋼板，禁止堆放重物、雜物，防止屋面板受壓變形、被污染。

4.7 鋼筋制作安裝

由于吊頂混凝土為輕型薄板梁結(jié)構(gòu)，板鋼筋的混凝土保護層厚度為2.5cm、拱梁和肋板鋼筋的混凝土保護層厚度為3.5cm。鋼筋的混凝土保護層厚度較小，且鋼筋的直徑較小，安裝跨度較大，為確保混凝土保護層厚度，可采用混凝土墊塊控制，墊塊為1.5m×1.5m梅花布置，墊塊混凝土強度與結(jié)構(gòu)混凝土強度相同。

4.8 混凝土澆筑

混凝土由拌和系統(tǒng)拌制，混凝土水平運輸采用12m3混凝土攪拌運輸車運輸至工作面。垂直運輸采用HBT60混凝土泵送入倉。

吊頂混凝土分倉按照機組段之間結(jié)構(gòu)縫分為安裝場、1#-4#機組段共5倉。吊頂混凝土采用“先拱梁后肋板”的施工程序澆筑，即先澆筑拱梁混凝土，再澆筑肋板混凝土。

混凝土澆筑采用HBT60C泵機泵送入倉。利用安裝場端頭的通風(fēng)兼安全洞洞口或廠房進風(fēng)洞作為混凝土泵布置和混凝土攪拌運輸車卸料地點。泵管不能直接放在壓型鋼模板上，要求放置在懸吊錨桿+架管形成的懸空平臺上固定以防止泵管在輸送混凝土過程中破壞吊頂結(jié)構(gòu)，再水平鋪設(shè)泵管至兩側(cè)設(shè)置軟管分料至各澆筑面。澆筑由兩側(cè)低處往頂拱部位進行對稱澆筑，兩側(cè)混凝土要均勻上料，防止拱梁模板變形。因兩側(cè)較低部位坡度大，為控制混凝土面的收面質(zhì)量，可在倉面較低部位設(shè)置臨時料斗，收面混凝土由人工從臨時料斗轉(zhuǎn)入倉面。

混凝土澆筑前必須將壓型鋼板上的雜物及灰塵、油脂等妨礙混凝土與壓型鋼板之間粘結(jié)強度的雜物清除干凈。拱梁澆筑混凝土?xí)r，應(yīng)該薄層澆筑。混凝土入倉對壓型鋼板的沖擊須保持基本均勻，避免壓型鋼板局部出現(xiàn)過大的變形。澆筑混凝土?xí)r，控制施工活荷載(主要為施工人員和設(shè)備造成的荷載)：均布荷載不超過1kN/,集中荷載不超過2.2kN/m2,同時盡量保證梁、板跨中不承受較大荷載。部分孔口位置混凝土澆筑時，宜先根據(jù)孔口位置和尺寸立側(cè)模，待混凝土達到7d齡期后，方可進行拆模并割除壓型鋼板。壓型鋼板之間、壓型鋼板與拱梁之間、壓型鋼板與周邊混凝土梁之間的所有縫隙，均采用專用密封膠填充，確保混凝土澆筑時不漏漿。拉桿與拱梁連接處的兩塊扁鋼應(yīng)根據(jù)連接處拱梁切線角度調(diào)整其高度，以保證拉桿下端部的鋼板水平放置。

根據(jù)壓型鋼模板的結(jié)構(gòu)布置形式，在起拱范圍內(nèi)，壓型模板沒有與柱頂聯(lián)系梁連接成整體，肋梁壓型模板受力并非正壓，所以在起拱范圍內(nèi)壓型模板受力情況最為不利，要求在起拱范圍內(nèi)模板不能一次性立完，一次立模高度不超過1.5m，在下層混凝土澆筑完接近初凝狀態(tài)后再立模繼續(xù)澆筑上一層。平板振搗器在振搗過程中不得接觸鍍鋅板，收面、抹面人員及時跟進。在起拱線以上，鋪料后可直接抹面、收面，盡量減少振搗頻率。

為防止振搗時混凝土下滑，混凝土的坍落度應(yīng)盡可能小。拱梁混凝土有頂模部位預(yù)留下料口，利用下料口進料和振搗。肋板混凝土由于較薄，為確保澆筑的混凝土板厚度均勻，每跨兩側(cè)設(shè)鋼筋導(dǎo)軌，以控制高程和厚度，采用φ50軟軸振搗器作為肋板澆筑振搗的設(shè)備。泵送混凝土到倉位后，先人工沿倉面攤鋪混凝土，然后用φ50振搗器振實混凝土。頂模在起拱范圍留振搗孔(間隔2m左右)，振搗棒插入拱梁中振搗混凝土，不得在拱梁側(cè)面的肋板上振搗。振搗標準以不顯著下沉、不泛漿、周圍無氣泡冒出為準。

5 吊頂施工精度保證措施

5.1 吊頂安裝精度的技術(shù)保證措施

為控制因焊接、自重、機械等影響造成對拱梁的變形，及時校正，使之達到設(shè)計、規(guī)范要求，必須進行相關(guān)的放線、測量作業(yè)，使高精度的安裝施工順利進行。

放線、測量工作是一項繁瑣而重要的工作，是關(guān)系整體模板安裝質(zhì)量和進度的大問題，存在難度大、工作量大、精度要求高的特點。本工程施工范圍廣，作業(yè)面大，施工機械、人為影響等都給放線、測量控制點的利用和保護帶來一定的困難，由于障礙物的影響也給測量所需的通視條件造成困難。本工程各種鋼結(jié)構(gòu)是分片、分段吊裝施工的，所以應(yīng)對安裝全過程進行跟蹤監(jiān)測，直至整個結(jié)構(gòu)系統(tǒng)穩(wěn)定。本工程混凝土結(jié)構(gòu)線形復(fù)雜，一點能影響整個面，所以對放線、測量定位的精度要求高，應(yīng)滿足設(shè)計和規(guī)范要求。

由于本工程采用分段高空散裝吊裝的方法。所以，模板的吊裝就位控制尤為關(guān)鍵。吊裝前應(yīng)對支撐架的定位進行控制。在拱梁投影線下架設(shè)激光經(jīng)緯儀檢測且利用穩(wěn)定風(fēng)繩及調(diào)節(jié)器校直拱梁模板，然后吊裝拱梁模板間的連接構(gòu)件，在吊裝過程中應(yīng)進行監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)誤差及時修正。按上述方法依次吊裝拱梁模板。

5.2 吊頂施工測量精度的保證措施

(1)用于本工程的所有測量工具必須經(jīng)計量單位檢測合格才可使用，并定期對儀器進行自檢、維護。施測時儀器、棱鏡在有滲水處均應(yīng)打傘，做好儀器、棱鏡的防水措施。

(2)測量工作與其他工種應(yīng)相互配合，嚴格執(zhí)行三級檢查，一級審核驗收制度。對于測量工作中發(fā)現(xiàn)的超公差情況，必須及時給予糾正，不能讓問題影響下一道工序施工，以免影響工程進度。

(3)施工機械的震動、胎架模具的遮擋對觀測的通視、儀器穩(wěn)定性等均有影響。所以，測量時應(yīng)采用多種方法測量并相互校核。

(4)安裝過程中，由于自身荷載的作用，及其在拆除支撐后，會產(chǎn)生的變形。因此，應(yīng)對拱梁進行變形監(jiān)測并及時校正，使其符合設(shè)計、規(guī)范要求。

5.3 鋼結(jié)構(gòu)施工測量精度的保證措施

(1)用于本工程的所有測量工具必須經(jīng)計量單位檢測合格才可使用，并定期對儀器進行自檢、維護。施測時儀器、棱鏡在有滲水處均應(yīng)做好儀器、棱鏡的防水措施。

(2)不同的氣溫對測量儀器、工具、構(gòu)件尺寸都有不同影響，測量結(jié)果也不一樣。所以，測量工作在同一氣溫內(nèi)進行較為準確，根據(jù)現(xiàn)場施工情況一般安排在早晨和傍晚進行。

(3)測量工作與其他工種應(yīng)相互配合，嚴格執(zhí)行“三檢制”，一級審核驗收制度。對于測量工作中發(fā)現(xiàn)的超公差情況，必須及時給予糾正，不能讓問題影響下一道工序施工，以免影響工程進度。

(4)施工機械的震動、胎架模具的遮擋對觀測的通視、儀器穩(wěn)定性等均有影響。所以，測量時應(yīng)采用多種方法測量并相互校核。

(5)安裝過程中，由于自身荷載的作用，及其在拆除支撐后，會產(chǎn)生的變形。因此，應(yīng)對拱梁進行變形監(jiān)測，并及時校正符合設(shè)計、規(guī)范要求。

6 結(jié)語

通過楊房溝水電站廠房大跨度吊頂施工采用桁車作為施工人員操作平臺的應(yīng)用，系統(tǒng)性地闡述了廠房大跨度吊頂施工程序和方法，經(jīng)現(xiàn)場實際應(yīng)用情況，有效地解決了鋼結(jié)構(gòu)制作精度要求高，吊頂與廠房混凝土澆筑及機電安裝上下交叉施工的安全難題，構(gòu)建了一套完整的廠房大跨度吊頂施工技術(shù)，為后續(xù)廠房大跨度吊頂施工提供借鑒。