特殊環(huán)境條件下的大跨度鋼桁架吊裝施工技術(shù)研究

肖威

（中交二航局第二工程有限公司，重慶 401121）

1 特殊環(huán)境條件概述

某工程二期建設(shè)東側(cè)4#、6#倉庫及門衛(wèi)、配電水泵房等配套設(shè)施，建筑面積合計38521.25m2，計容建筑面積69325.25m2，其中4# 配送倉庫8562.21m2，6# 配送倉庫25123.25m2，其余為配點(diǎn)水泵房及門衛(wèi)室。建筑消防高度為13.5m，規(guī)劃高度為12.65m，一層樓面標(biāo)高為±0.000=7.70m，總寬度為156.00m，總寬度為269.00m，最大跨度為25.00m。建筑為地上10 層+地下1 層結(jié)構(gòu)，總高度52.30m。地上1層～3 層劃分為3 個工藝操作端，劃分依據(jù)為2 條伸縮縫。以地上3 層為起始節(jié)點(diǎn)，利用8 根變截面Q345B“H”型鋼梁劃分2 個塔樓，成為大跨度鋼桁架連體結(jié)構(gòu)的重要組成部分。

2 特殊環(huán)境條件下的大跨度鋼桁架吊裝工藝實(shí)施難點(diǎn)

2.1 大跨度易失穩(wěn)

案述工程為大跨度鋼桁架連體結(jié)構(gòu)，跨度、柱距均處于較大的水平，在連體結(jié)構(gòu)未形成前，整體穩(wěn)定度喪失而垮塌風(fēng)險極大[1]。

2.2 桁架下空不易控制

案述工程9 層鋼桁架下空為標(biāo)高7.70m 的樓板，樓板厚度為80.00m，無法滿足吊車停放、作業(yè)要求，也無法為基于滿堂腳手架的卷揚(yáng)機(jī)電動提升提供控制依據(jù)，且存在沖擊荷載超標(biāo)隱患。

2.3 吊裝水平位移不足

鋼桁架組裝用變截面Q345B“H”型鋼梁架長度較大，一般需現(xiàn)場分段搬運(yùn)、對稱拼接組裝。而在組裝完畢后，平行吊裝水平位移多低于2.00m，加之吊裝場地較狹窄，無法滿足鋼桁架梁拼裝、組裝要求[2]。

3 特殊環(huán)境條件下的大跨度鋼桁架吊裝工藝實(shí)施順序

為規(guī)避整體穩(wěn)定度喪失而垮塌問題，工藝實(shí)施者可以從鋼結(jié)構(gòu)起吊安裝工藝實(shí)施順序著手，以攜帶支撐柱距控制為重點(diǎn)，進(jìn)行變截面Q345B“H”型鋼梁架安裝，以便壓縮連體結(jié)構(gòu)空間穩(wěn)定體系形成時間[3]。在變截面Q345B“H”型鋼梁架安裝后，以穩(wěn)定體系為基準(zhǔn)，循序擴(kuò)展，確保大跨度鋼桁架起吊安裝階段整體結(jié)構(gòu)自始至終為穩(wěn)定體系。在鋼柱進(jìn)入穩(wěn)定體系后，工藝實(shí)施者可以在纜風(fēng)繩的幫助下，給予變截面Q345B“H”型鋼梁一個約束力，奠定穩(wěn)定平面建構(gòu)基礎(chǔ)。在第一榀變截面Q345B“H”型鋼梁起吊安裝作業(yè)進(jìn)入尾聲時，立即進(jìn)行連接系桿安裝，并配備支撐件、檁條，從側(cè)向給予穩(wěn)定度維護(hù)。

圖1 桁架結(jié)構(gòu)示意圖

4 特殊環(huán)境條件下的大跨度鋼桁架吊裝工藝實(shí)施方案

4.1 準(zhǔn)備安裝工具

根據(jù)前期設(shè)置工藝方案，工藝實(shí)施者可以預(yù)先準(zhǔn)備以下工具。具體如下：

表1 工藝實(shí)施所需工具

4.2 組裝起吊平臺

為了順利完成起吊安裝作業(yè)，工藝操作者可以在標(biāo)高7.70m 的3 層樓板上進(jìn)行平臺組裝，以此為拼裝桁架[4]。進(jìn)而將4 個吊架設(shè)施設(shè)置在標(biāo)高38.52m 端部，具體位置為對應(yīng)數(shù)量型鋼混凝土柱頂，并逐一配置3.00×103kg 手拉葫蘆、2.00×103kg 手拉葫蘆，滿足同一時刻、同一步伐起吊安裝需求。其中3.00×103kg 手拉葫蘆主要完成鋼桁架提升作業(yè)，提升底座為4 根20#工字鋼搭設(shè)的方框，工字鋼之間連接方式為20#鋼槽。在最高一層鋼梁柱混凝土強(qiáng)度完全達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)后，可以將吊臂鋼架設(shè)置到鋼梁、鋼柱交叉節(jié)點(diǎn)，并懸挑至鋼桁架承受起吊荷載節(jié)點(diǎn)，以此為3.00×103kg 手拉葫蘆提升點(diǎn)，鋼桁架最近節(jié)點(diǎn)、變截面Q345B“H”型鋼柱邊緣之間的距離等于吊臂鋼架長度。

在3.00×103kg 手拉葫蘆以及輔助設(shè)施承受荷載時，將組裝平臺拆除，繼續(xù)向上提拉起吊，配合鋼桁架兩個端部分別設(shè)置的纜風(fēng)繩滿足就位調(diào)整需求。同時為降低高空作業(yè)風(fēng)險，工藝實(shí)施者應(yīng)將型鋼制作的安全操作平臺設(shè)置在最高層相鄰榀鋼桁架之間。

圖2 組裝平臺示意圖

4.3 拼裝鋼桁架

在拼裝作業(yè)開展前期，工藝實(shí)施者可以根據(jù)分段鋼構(gòu)件長度將鋼構(gòu)件運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場。對于長度處于較低水平的分段鋼構(gòu)件，工藝實(shí)施者可以借助汽車上部、側(cè)面完成鋼支架搭設(shè)；對于長度處于較高水平的分段鋼構(gòu)件，工藝實(shí)施者可以拖車頭、拖拉機(jī)為牽引，以鐵路平臺車為載體，在木質(zhì)支撐桿、8號鐵絲栓固下按順序運(yùn)輸。在運(yùn)輸期間，鋼質(zhì)構(gòu)件支撐點(diǎn)應(yīng)處于水平對稱狀態(tài)，必要時經(jīng)倒鏈、固定架固定，形成均勻的載荷重量，并利用墊木、隔板將鋼構(gòu)件隔離，同一垂直線上的墊木重合，結(jié)合楞木、草袋以及法蘭螺栓、鋼絲繩的應(yīng)用，可以規(guī)避大高寬比、若干層疊放鋼構(gòu)件在運(yùn)輸時傾倒。

在鋼構(gòu)件運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場后，工藝實(shí)施者應(yīng)根據(jù)構(gòu)件明細(xì)表，對進(jìn)入現(xiàn)場的鋼構(gòu)件進(jìn)行核對，并進(jìn)行相應(yīng)鋼構(gòu)件質(zhì)量證明單、設(shè)計更改文件的檢查驗(yàn)收。一旦發(fā)現(xiàn)鋼構(gòu)件形狀異變，立即記錄并根據(jù)有關(guān)規(guī)定校正。確認(rèn)鋼構(gòu)件質(zhì)量無誤后，工藝實(shí)施者可以選擇上空安裝點(diǎn)垂直投影面下，將每一個跨度作為1 個組裝拼接單元，1 個組裝拼接單元即1 個吊裝單元，全部在地面組裝成型，并利用手拉葫蘆固定[5]。在若干個吊裝單元組裝拼接完畢后，可以參照放樣尺寸，檢查、核對組裝單元并記錄。進(jìn)而在鋼構(gòu)架吊裝到上空（距離地面10.00mm）時，促使其下落到安裝牛腿并在拉桿上套入不銹鋼套管，促使拉桿、鋼構(gòu)件連系梁最大夾角達(dá)到45.00°、最小夾角達(dá)到30.00°，配合現(xiàn)場定位線下降手拉葫蘆，以便最大限度降低高空作業(yè)量，滿足吊裝構(gòu)件自身穩(wěn)定性要求。

4.4 設(shè)置吊點(diǎn)及綁扎點(diǎn)

在地面上完成鋼桁架組裝拼接后，工藝實(shí)施者應(yīng)對預(yù)埋件軸線位置、上線偏差、平整度、標(biāo)高進(jìn)行再次檢查，確認(rèn)無誤后，工藝實(shí)施者可以彈出十字中心線，標(biāo)注引測高度，獲得底部標(biāo)注。在這個基礎(chǔ)上，工藝實(shí)施者可將可拆卸式安全繩安裝到手拉葫蘆鋼桁架上，并將兩條晃繩分別設(shè)置到鋼梁兩端，每一個端口分配1 個牽引方，控制空中鋼構(gòu)件提升角度。因案述工程鋼桁架跨度達(dá)到25.00m，可以根據(jù)鋼構(gòu)件重量，選擇兩點(diǎn)綁扎起吊工藝。若鋼構(gòu)件長度處于較高水平，則可以改用平衡梁四點(diǎn)吊裝工藝，吊裝點(diǎn)為兩邊對稱點(diǎn)。一般選擇鋼構(gòu)件頂部設(shè)置吊點(diǎn)，吊點(diǎn)之間距離為18.20m，與兩條伸縮縫距離為2462.00mm。同時利用專用夾具（起重鉗）夾持鋼構(gòu)件頂部封頭板（或鋼構(gòu)件上翼緣兩側(cè)），上弦利用焊接法，焊接Q345B“H”型鋼梁，鋼梁長度為550.00mmmm，寬度為350.00mm，厚度為14.00mm，下弦焊接方法與上弦相同。并將木枋設(shè)置在鋼構(gòu)件下方，在同一時刻經(jīng)雙股φ44.00mm 鋼絲繩綁扎鋼桁架上弦、下弦，規(guī)避起吊階段地面拖拉損傷鋼柱表面致使鋼構(gòu)件變形問題。

4.5 垂直提升

在垂直提升前期，因案述工程選擇多吊點(diǎn)安裝工藝，在鋼構(gòu)件臨近安裝位置后，工藝實(shí)施者應(yīng)在保證非工作區(qū)鋼構(gòu)件完整性、主要承受荷載重力構(gòu)件穩(wěn)固性的前提下，根據(jù)預(yù)先估測的搭接長度，撤除對鋼桁架梁具有約束作用的隔斷骨架（厚度達(dá)5.00mm 的方管）。即在送入結(jié)構(gòu)內(nèi)前，割開鋁塑板骨架橫梁，促使隔斷軸、地面距離在3.00m 左右。同時利用氧氣乙炔火焰配合切割機(jī)完成隔斷骨架切割后，將伸出鋼桁架結(jié)構(gòu)外的鋼構(gòu)件連同系梁垂直下落，移動到牛腿上方。此時，鋼桁架連系梁伸出端、混凝土柱之間相距最小為10.00mm、最大為20.00mm，而混凝土柱子表面上方鋁塑板骨架橫梁、混凝土柱子墻面之間相距最大為250.00mm，最小為190.00mm。

圖3 桁架提升至牛腿處示意圖

在風(fēng)力低于6 級、最終鋼架小于4.00×103kg、每處吊點(diǎn)抗拉拔力達(dá)到7.50kN 時，工藝實(shí)施者應(yīng)以結(jié)構(gòu)兩個端點(diǎn)為著手點(diǎn)，輪流起吊安裝，起吊安裝過程自始至終處于對稱狀態(tài)，且鋼桁架連系梁與鋁塑板骨架橫梁緊密相抵。在室外起吊運(yùn)送時，利用兩臺汽車吊的默契配合（同一時刻、同一步伐），根據(jù)遞送原理，完成相應(yīng)層的整根鋼構(gòu)件運(yùn)送。在鋼構(gòu)件其中一個端頭伸入樓內(nèi)后，第一時間使用手拉葫蘆，向結(jié)構(gòu)內(nèi)拉入鋼構(gòu)件，在拉入鋼構(gòu)件的瞬時逐步卸載臨近結(jié)構(gòu)外側(cè)的汽車吊。

4.6 牽引就位

在吊點(diǎn)設(shè)置完畢后，工藝實(shí)施者可以將起吊安裝基礎(chǔ)平面完全清理，開展預(yù)先埋設(shè)件復(fù)測放線。完成預(yù)先埋設(shè)件復(fù)測放線后，進(jìn)行保溫塊的平整、緊密放置，并完成底部螺絲帽調(diào)整。進(jìn)而利用吊機(jī)將鋼構(gòu)件起吊到安裝位置，促使鋼構(gòu)件四個方向中心線、基礎(chǔ)放線中心線重合（或偏差控制在規(guī)范允許范疇內(nèi)）。在這個基礎(chǔ)上，在2 個3.00×103kg 手拉葫蘆牽引下，穿入壓板緊固螺栓，并在纜風(fēng)繩幫助下促使鋼桁架移動到安裝軸線位置。同時由2 個3.00×103kg 手拉葫蘆再次提升鋼桁架到設(shè)計位置，完成鋼構(gòu)件就位。鋼構(gòu)件就位后，進(jìn)行底部二次灌漿，上弦擱置擋板平齊焊接，提高鋼構(gòu)件穩(wěn)固性。若鋼構(gòu)件臨時落位存在偏差，則需要利用兩臺經(jīng)緯儀順著兩個垂直方向完成鋼柱垂直度校正，完成校正后重復(fù)上述穩(wěn)固步驟。在牽引就位后，工藝實(shí)施者可以卸除纜風(fēng)繩鉤，利用相同的方法完成下一榀鋼桁架的吊裝就位，并利用木方臨時連接相鄰的兩榀鋼桁架。完成全部鋼桁架安裝后，工藝實(shí)施者可以進(jìn)行沿水平方向校正、固定桁架，形成穩(wěn)定的體系。

5 特殊環(huán)境條件下的大跨度鋼桁架吊裝工藝質(zhì)量控制要點(diǎn)

5.1 明確安裝尺寸控制標(biāo)準(zhǔn)

在大跨度鋼桁架吊裝前，工藝實(shí)施者應(yīng)明確安裝尺寸控制標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀再次測量獲得的牛腿標(biāo)高、軸線記錄值，進(jìn)行同一標(biāo)高點(diǎn)以及底部墊塊厚度的控制。具體如表2。

表2 鋼桁架誤差控制指標(biāo)

5.2 加強(qiáng)現(xiàn)場拼裝細(xì)節(jié)控制

現(xiàn)場拼裝是特殊環(huán)境條件下大跨度鋼桁架起吊安裝的關(guān)鍵程序，為保證這一程序操作質(zhì)量，工藝實(shí)施者應(yīng)從鋼桁架各鋼構(gòu)件工程分段散件現(xiàn)場拼接安裝著手，選擇專用的拼接安裝平臺，結(jié)合相應(yīng)鋼構(gòu)件外形尺寸以及軸線劃定位置，進(jìn)行鋼桁架拼接安裝胎架的設(shè)置。進(jìn)而進(jìn)行上弦桿件、下弦桿件、桁架腹桿的順次安裝。具體操作時，工藝實(shí)施者應(yīng)在現(xiàn)場放線，根據(jù)地面放置完畢的桿件中心投影線進(jìn)行胎架拼接安裝。進(jìn)而利用5.00×104kg 汽車驅(qū)動吊裝工具完成上弦桿件、下弦桿件向胎架上方的移動。完成位置移動后，工藝實(shí)施者可以進(jìn)行上弦桿件位置調(diào)整，并進(jìn)行另外一片鋼桁架安裝以及桿件位置劃定。進(jìn)而將腹桿安裝到上弦桿件、下弦桿件上。同時將另外一段桿件起吊安裝到與前一段桿件對稱位置，劃定桿件位置后，進(jìn)行耳板、臨時連接板的焊接，并完成高空安全通道的搭設(shè)。

5.3 明確現(xiàn)場吊裝校正方法

在完成鋼桁架垂直提升作業(yè)后，工藝實(shí)施者應(yīng)根據(jù)鋼桁架結(jié)構(gòu)分段最終位置，選擇模板脫離后、起吊運(yùn)輸前（或安裝就位前）的時期，利用履帶式起重裝置調(diào)節(jié)與吊索連接的手拉葫蘆，通過變更連接鋼索的起吊長度進(jìn)行分段位置傾斜角度的調(diào)整，實(shí)現(xiàn)分段位置承受荷載力的均勻變化。比如，在案述工程鋼桁架分段起吊安裝過程中，若相應(yīng)分段位置一端高度超出另外一端，則可以利用全站儀+千斤頂，結(jié)合平臺上測放構(gòu)件定位軸線、兩側(cè)纜風(fēng)繩，進(jìn)行調(diào)節(jié)。即將鋼桁架停留在超出安裝位置2.00m 上空，利用纜風(fēng)繩完成分段朝向調(diào)整后緩慢伸長起重裝置吊索，將其下降1.50m，稍微進(jìn)行起重臂旋轉(zhuǎn)并伸縮臂長，確保分段兩端高度相同。進(jìn)而以一個較小的速度伸長起重裝置吊索并牽拉纜風(fēng)繩，確保分段、周邊結(jié)構(gòu)無接觸。

結(jié)束語

綜上所述，特殊環(huán)境條件下，傳統(tǒng)大跨度鋼桁架起重吊裝工藝無法實(shí)施，需要在現(xiàn)場自行組拼起吊安裝設(shè)施。進(jìn)而以支撐柱距控制為依據(jù)，以連體結(jié)構(gòu)空間穩(wěn)定體系為基礎(chǔ)，進(jìn)行變截面Q345B“H”型鋼梁的逐榀起吊安裝，解決大跨度起吊安裝易失穩(wěn)、桁架下空不易控制等難點(diǎn)問題，確保特殊環(huán)境條件下大跨度鋼桁架起吊安裝工藝的實(shí)施效率與質(zhì)量。