大型鋼構(gòu)件的制作和提升的監(jiān)理控制要點(diǎn)

戴永強(qiáng)（陜西兵器建設(shè)監(jiān)理咨詢有限公司， 陜西 西安 710054）

0 引 言

隨著建筑業(yè)綠色健康的發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)工程施工周期短、經(jīng)濟(jì)合理、結(jié)構(gòu)跨度大且能夠?qū)崿F(xiàn)空間自由分隔等特點(diǎn)，深受社會的廣泛應(yīng)用，同時也推動著建筑業(yè)綠色健康、節(jié)能環(huán)保地發(fā)展。目前在高層建筑中局部使用鋼結(jié)構(gòu)，使用鋼結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)大跨度的鋼筋混凝土連接和前廳的高大空間，應(yīng)用大型鋼結(jié)構(gòu)整體提升安裝技術(shù)（厚壁鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)和鋼結(jié)構(gòu)整體提升技術(shù)）存在施工難度大、工藝復(fù)雜、精度要求高、一次性提升安全風(fēng)險大等難度。要實(shí)現(xiàn)工程質(zhì)量和安全管理目標(biāo)的有效控制，監(jiān)理工作尤為重要。筆者作為西安融僑城五期 2 號樓中銀大廈總監(jiān)理工程師，對此感觸頗深。

西安融僑城五期 2 號樓中銀大廈項(xiàng)目的總建筑面積約65952.10 m2，地下 2 層，地上 20 層；結(jié)構(gòu)形式為（框剪+鋼桁架）連體結(jié)構(gòu)，其中第十八層至屋頂結(jié)構(gòu)采用鋼結(jié)構(gòu)連廊將主體結(jié)構(gòu)連成整體。本項(xiàng)目鋼結(jié)構(gòu)桁架部分的重量為 1490 t，由兩榀連廊和一榀井字梁結(jié)構(gòu)組成，整體吊裝施工分三個階段進(jìn)行，安裝底標(biāo)高達(dá) 75.56 m，頂標(biāo)高92.06 m。其中：連廊一由兩榀 GHJ1 連結(jié)組成，共 3 層，總重量 360 t，長 37 m，高 16.75 m，寬 13.70 m，每端有8 個焊接連接點(diǎn)；連廊二由三榀 GHJ2 連結(jié)而成，共 3 層，總重量 650 t，長 32 m，高 16.75 m，寬 16 m，每端共有12 個焊接連結(jié)點(diǎn)；井字梁由 H 鋼連結(jié)而成，長 37.5 m，寬 32.4 m，重量為 280 t。本項(xiàng)目鋼結(jié)構(gòu)提升采用計(jì)算機(jī)控制液壓同步提升技術(shù)，運(yùn)用柔性鋼絞線承重、提升油缸集群、計(jì)算機(jī)控制、液壓同步提升新原理。該項(xiàng)技術(shù)是一項(xiàng)新穎的構(gòu)件提升安裝施工技術(shù)。

監(jiān)理本項(xiàng)目的施工過程中，重點(diǎn)抓好對整體提升過程中質(zhì)量和安全的有效控制，使鋼結(jié)構(gòu)提升安裝順利進(jìn)行，并一次性拼接成功。筆者就監(jiān)理如何做好大型鋼結(jié)構(gòu)整體提升施工工程的質(zhì)量安全控制工作進(jìn)行闡述。

1 施工準(zhǔn)備階段監(jiān)理主要工作

1.1 指導(dǎo)文件的編制與審核

監(jiān)理在準(zhǔn)備階段的工作主要是編制監(jiān)理規(guī)劃和鋼結(jié)構(gòu)專項(xiàng)監(jiān)理實(shí)施細(xì)則，針對本工程的施工難度及質(zhì)量安全的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行分析，編制監(jiān)理規(guī)劃和專項(xiàng)監(jiān)理實(shí)施細(xì)則，確定出本工程的監(jiān)理工作主要控制點(diǎn)和控制措施方法。

監(jiān)理在規(guī)劃編制時，確定施工圖二次設(shè)計(jì)、鋼結(jié)構(gòu)實(shí)施方案論證為監(jiān)理工作的控制點(diǎn)。在鋼結(jié)構(gòu)監(jiān)理實(shí)施細(xì)則中明確了施工圖二次設(shè)計(jì)、鋼結(jié)構(gòu)實(shí)施方案論證、原材料及半成品的質(zhì)量驗(yàn)收、核查加工制作人員的資質(zhì)要求、控制焊接變形、鋼結(jié)構(gòu)組裝和提升的質(zhì)量安全控制措施。

1.2 施工圖二次深化設(shè)計(jì)

檢查鋼結(jié)構(gòu)二次設(shè)計(jì)作為監(jiān)理工作的控制關(guān)鍵點(diǎn)，核查深化設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)單位是否具有相應(yīng)資質(zhì)，設(shè)計(jì)出的文件是否經(jīng)過原設(shè)計(jì)單位的審核同意，即設(shè)計(jì)的主體及程序是否合法。

在對施工圖二次深化設(shè)計(jì)的審核中，我們發(fā)現(xiàn)原設(shè)計(jì)院對梁柱節(jié)點(diǎn)和吊裝需加固部位缺少細(xì)部做法；若不進(jìn)行二次深化設(shè)計(jì)，勢必造成加工的構(gòu)件在安裝時出現(xiàn)不相吻合，影響加工和安裝的質(zhì)量。因此監(jiān)理工程師重點(diǎn)提出，要解決好鋼筋的錨固和鋼筋與鋼結(jié)構(gòu)之間的相互合理避讓問題，即在柱梁節(jié)點(diǎn)處，當(dāng)梁鋼筋遇到型鋼時鉆孔通過。計(jì)算鋼結(jié)構(gòu)加載前后變形，消除了鋼結(jié)構(gòu)變形影響的問題，確保鋼結(jié)構(gòu)吊裝安裝完成后的幾何尺寸和外形與原設(shè)計(jì)相一致。

1.3 專項(xiàng)方案審查

在本項(xiàng)目的施工準(zhǔn)備階段，監(jiān)理工程師組織對專項(xiàng)施工方案進(jìn)行審查。審查時發(fā)現(xiàn)，方案中缺少對鋼結(jié)構(gòu)的受熱不均勻發(fā)生變形所采取的措施，鋼結(jié)構(gòu)組裝時的起拱高度不能滿足要求。為了控制焊接過程受熱不均勻所產(chǎn)生的變形，要求采用專用的組裝模板操作臺，臨時加活桿焊接固定在腹板處，確保鋼結(jié)構(gòu)在焊接構(gòu)成中不變形。由于本鋼結(jié)構(gòu)桁架最大跨度 37.5 m，跨度很大，要求在桁架鋼結(jié)構(gòu)組裝時的起拱高度必須考慮后期裝飾裝修時荷載引起的變形。通過計(jì)算，使起拱高度達(dá)到 70 mm。同時，審查施工方案的鋼結(jié)構(gòu)加工焊接、拼裝和吊裝安裝的質(zhì)量安全控制措施情況。

1.4 專項(xiàng)施工方案論證

按照推廣應(yīng)用十項(xiàng)新技術(shù)的要求，本項(xiàng)目的鋼結(jié)構(gòu)工程屬于推廣應(yīng)用新技術(shù)、新工藝。施工安裝的高度是75.56 m，屬于危險性較大的分部分項(xiàng)工程，按照相關(guān)規(guī)定，本施工方案必須經(jīng)過專家論證。監(jiān)理工程師參與了專家論證，同時對方案中的編審程序、工程質(zhì)量措施、安全生產(chǎn)的技術(shù)措施等內(nèi)容進(jìn)行審核。對連廊一及連廊二的上部吊點(diǎn)和下部吊點(diǎn)提升結(jié)構(gòu)及井字梁上部吊點(diǎn)提升結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度校核，核驗(yàn)提升點(diǎn)的強(qiáng)度均滿足要求。

在方案論證過程中，專家提出：在提升時由于鋼結(jié)構(gòu)的變形（微變），若兩端的連接不是活段連接，在碰口過程中的難度很大，應(yīng)每端各備 1 m 左右的活節(jié)，在鋼結(jié)構(gòu)吊裝到位后，復(fù)核該活節(jié)的尺寸并對活節(jié)進(jìn)行修整，以滿足最快安裝的連結(jié)，使鋼結(jié)構(gòu)安裝到位就能固定。這條建議解決了方便施工和吊裝完成后的快捷連接，并且提出吊裝處的鋼結(jié)構(gòu)利用本鋼結(jié)構(gòu)的支架進(jìn)行加固。

2 施工過程監(jiān)理的主要工作

2.1 對施工人員的資質(zhì)和企業(yè)資質(zhì)審查

本項(xiàng)目由于是工廠化加工，監(jiān)理工程師嚴(yán)格審核鋼結(jié)構(gòu)加工單位的資質(zhì)、質(zhì)量管理體系和特種作業(yè)人員的資格。審查特種作業(yè)人員的證件時，對特種作業(yè)人員的證件與施工人員進(jìn)行了逐一對照，確保加工制作鋼結(jié)構(gòu)的特種人員均持證上崗。

2.2 工程原材料及半成品質(zhì)量控制

監(jiān)理工程師對工程原材料及半成品質(zhì)量進(jìn)行控制，對材質(zhì)證明原件進(jìn)行審核，確保所提供的證明文件與進(jìn)場的原材料相符合且合格。要求在材質(zhì)證明文件上注明相關(guān)的使用部位、進(jìn)場時間、抄件人的姓名等，保證過程中形成的資料具有可追溯性；對進(jìn)入現(xiàn)場的原材料及半成品的外觀尺寸、錨釘長度和直徑、規(guī)格型號等進(jìn)行檢測，確保相關(guān)的數(shù)據(jù)符合設(shè)計(jì)要求，并且根據(jù)相關(guān)規(guī)定對原材料進(jìn)行見證取樣和送檢，在復(fù)檢報告合格后，方可用于本工程。對于半成品構(gòu)件，做好驗(yàn)收明顯編號標(biāo)志及驗(yàn)收臺賬，臺賬中注明存放地點(diǎn)等信息，在鋼結(jié)構(gòu)示意圖中標(biāo)注構(gòu)件編號，能夠清晰地看到缺少的構(gòu)件，也方便后期的安裝選取。

2.3 加工過程質(zhì)量控制

本工程焊接施工采用 CO2氣體保護(hù)焊和以半自動化焊為主、手工焊為輔的焊接工藝。

監(jiān)理工程師采用駐廠監(jiān)理，檢查所有母材的規(guī)格型號是否滿足施工圖紙要求。下料前先放樣，保證每塊材料的下料準(zhǔn)確，同時對下料坡口、打孔及拼接的幾何尺寸等進(jìn)行嚴(yán)格的控制。檢查所用的焊條、焊絲是否能滿足要求，在使用前先要進(jìn)行焊接試驗(yàn)，并且應(yīng)調(diào)整好焊接的工藝參數(shù)，即焊接電流、電壓及焊接速度等一系列參數(shù)。

在焊接過程中監(jiān)理工程師進(jìn)行全過程檢查，要求嚴(yán)格按照焊接操作規(guī)程實(shí)施焊接。工廠焊接時大部分采用自動焊接，質(zhì)量比較穩(wěn)定，但是構(gòu)件焊接容易變形，變形直接影響到后期的安裝質(zhì)量，控制焊接變形是控制質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在焊接中為了預(yù)防變形，采用專用的組裝模板操作臺，臨時加活桿焊接固定在腹板處，以及對母材的焊縫兩側(cè) 100 mm 范圍內(nèi)進(jìn)行預(yù)熱等措施。監(jiān)理工程師采取逐次全數(shù)檢查構(gòu)件的質(zhì)量，對變形不符合要求的構(gòu)件采用H鋼機(jī)械進(jìn)行矯正，直至合格。

2.4 半成品進(jìn)場驗(yàn)收

由于該工程的鋼結(jié)構(gòu)是以工廠化加工的形式并且在現(xiàn)場組裝，因此對進(jìn)場材料的合格證、檢驗(yàn)報告以及加工成型的半成品，組織各參建方進(jìn)行聯(lián)合驗(yàn)收。出廠前對預(yù)拼裝的構(gòu)件進(jìn)行標(biāo)識，以后安裝時方便找相應(yīng)的構(gòu)件，避免構(gòu)件錯誤連接。對“T”字型、“+”字型、“口”字型和“H”字型等斷面的結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行復(fù)核，尤其是對兩兩相連構(gòu)件的幾何尺寸以及接觸坡口的大小位置等部位進(jìn)行復(fù)核。在安裝以前必須進(jìn)行先拼裝校對；位置都能準(zhǔn)確后進(jìn)行預(yù)拼接，主要是對加工過程中的變形和位置不準(zhǔn)確引起的誤差進(jìn)行提前調(diào)整，確保該構(gòu)件在組裝過程中能夠準(zhǔn)確拼裝。

2.5 現(xiàn)場拼裝

現(xiàn)場拼裝前，監(jiān)理工程師對現(xiàn)場支墩的位置和標(biāo)高進(jìn)行復(fù)核。因?yàn)樵摻Y(jié)構(gòu)的跨度較大，中部支墩標(biāo)高應(yīng)滿足起拱要求。起拱的主要原因是，吊裝時消解鋼結(jié)構(gòu)自重引起的變形和后期裝飾裝修過程中的荷載產(chǎn)生的撓度變形。在現(xiàn)場拼裝時，首先要復(fù)核構(gòu)件的位置是否準(zhǔn)確，組裝過程的連接處的位移偏差是否滿足要求，并對焊縫的飽滿度、夾渣等進(jìn)行質(zhì)量控制；其次對組裝時的每一個焊接部位的觀感進(jìn)行全數(shù)檢查，并通過探測儀對每個焊縫進(jìn)行探傷，保證所有的焊縫均合格；最后檢查連接構(gòu)件的噴砂除銹和涂刷質(zhì)量是否滿足要求，鋼結(jié)構(gòu)的銹蝕直接影響鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和使用年限，而構(gòu)件的噴砂除銹和涂刷質(zhì)量又是容易被忽視的，所以監(jiān)理在檢查中必須加強(qiáng)構(gòu)件的除銹和涂刷質(zhì)量。

2.6 鋼結(jié)構(gòu)的提升控制點(diǎn)

本次采用柔性鋼絞線承重、提升油缸集群、計(jì)算機(jī)控制、液壓同步提升新原理，實(shí)現(xiàn)超大型構(gòu)件超高空整體同步提升。根據(jù)施工方案要求，首先應(yīng)要求施工單位的施工組織人員召開提升前的交底會議，監(jiān)理人員參與，會議中對相關(guān)的提升指揮管理、提升步驟、提升關(guān)鍵點(diǎn)的處理以及遇到緊急情況的處理等內(nèi)容均交代到位，同時明確職責(zé)分工。其次，在提升過程中必須嚴(yán)格按照方案要求完成提升，即：第一次提升 0.2 m 后，停 24 h 后觀察無變形且滿足要求后，進(jìn)行第二次提升；第二次提升高度為 2.5 m，再停 24 h 后，觀察無變形后進(jìn)行整體提升，不允許有隨意提升的行為。再次，在提升過程中每 3 m 應(yīng)停止提升并進(jìn)行檢查，用測距儀測量其距地面的高度，保證鋼結(jié)構(gòu)在提升過程中的平穩(wěn)。由于四個油缸所提升的重量不一致，導(dǎo)致鋼結(jié)構(gòu)提升的高度會出現(xiàn)一些偏差，因此在提升過程中用測距儀測量來控制整體平衡比較慢。監(jiān)理工程師通過觀察發(fā)現(xiàn)，鋼絞線的導(dǎo)筒是很好的參照物，通過觀察鋼絞線在導(dǎo)筒的位置可以達(dá)到控制提升平衡的效果。因?yàn)橛^察鋼絞線在導(dǎo)筒中的位置偏向某一側(cè)，說明鋼結(jié)構(gòu)提升不平衡，若四個點(diǎn)的提升高度出現(xiàn)不同步，應(yīng)采用單個油缸的提升來確保鋼結(jié)構(gòu)的平穩(wěn)。通過觀察實(shí)現(xiàn)施工安全目標(biāo)，比較方便，也加快了鋼結(jié)構(gòu)的提升速度。

在鋼結(jié)構(gòu)提升到頂點(diǎn)時，應(yīng)及時連接最上面四個點(diǎn)和最下面四個點(diǎn)，以確保鋼結(jié)構(gòu)免受高空風(fēng)力引起擺動的影響。固定完成后，開始聯(lián)結(jié)焊接。

2.7 鋼結(jié)構(gòu)連接質(zhì)量的控制

連廊一縱向是 2 道梁組成的鋼結(jié)構(gòu)桁架，連廊一提升點(diǎn)的變形較少。連廊二是縱向 3 道梁組成的鋼結(jié)構(gòu)桁架，端頭每層有 3 個梁節(jié)點(diǎn)，而連廊二端頭的中間連接點(diǎn)鋼梁變形較大，主要是由于吊點(diǎn)在兩邊、中間處產(chǎn)生的撓度所致。避免變形所采取的措施是：先提升至端頭兩邊連接的高度；兩邊連接后開始下落，再連接中間端頭節(jié)點(diǎn)。這樣也使三點(diǎn)的受力較均勻，確保使用的安全。包括井字梁每邊的連接也是這樣處理。監(jiān)理工程師及時檢查連接處的位移偏差，要求其連接正確就位方可開始施焊。在“口”字型梁連接處的焊接應(yīng)在上口處先不封板；待連接處四周連接且焊縫檢測合格后，才可封上口板。

鋼結(jié)構(gòu)梁在連接焊接中對柱的預(yù)埋件的焊接變形要加以控制，在焊接中每次焊接長度不宜過長，不超過 2 cm，若焊接過長會引起對柱中連接件的變形翹起。對混凝土中預(yù)埋鐵件鋼板翅起的部位，應(yīng)采用環(huán)氧樹脂進(jìn)行灌入，確保連接件與混凝土表面的粘合性。

2.8 對鋼結(jié)構(gòu)的防銹、防凍和防火涂料的監(jiān)理檢查驗(yàn)收的要點(diǎn)

鋼結(jié)構(gòu)在出廠前已經(jīng)進(jìn)行了除銹。該項(xiàng)目鋼結(jié)構(gòu)的除銹等級為 Sa2?，噴砂除銹全部構(gòu)件，在出廠前全部除銹完成且先刷環(huán)氧富鋅底漆。監(jiān)理工作要求對所有構(gòu)件的除銹和刷漆進(jìn)行全面檢查。若有一處生銹，則可能會從生銹的地方開始銹蝕，對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。因此，發(fā)現(xiàn)有遺漏現(xiàn)象必須返廠重新除銹處理，且要求對漆膜的厚度進(jìn)行測量。對防火涂料的涂刷，監(jiān)理按照同時控制涂刷遍數(shù)及厚度的原則，確保每處都不能生銹，且涂料涂刷厚度也能夠滿足要求。對在高空拼接完成的節(jié)點(diǎn)，監(jiān)理進(jìn)行全數(shù)檢查，確保除銹和涂刷符合要求。

3 工程的實(shí)施效果

3.1 工法先進(jìn)性

本項(xiàng)目鋼結(jié)構(gòu)的提升采用計(jì)算機(jī)控制液壓同步提升技術(shù)及柔性鋼絞線承重、提升油缸集群、計(jì)算機(jī)控制、液壓同步提升新原理，整體提升到預(yù)定位置安裝就位。該項(xiàng)技術(shù)是一項(xiàng)新穎的構(gòu)件提升安裝施工技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了大噸位、大跨度、大面積的超大型構(gòu)件超高空的整體同步提升。

本工程案例證明了大型鋼結(jié)構(gòu)工程整體提升工藝的適應(yīng)性和先進(jìn)性，也越來越多地被施工企業(yè)和業(yè)主所接受。這次在中銀大廈項(xiàng)目上的應(yīng)用，對業(yè)主來說也是建設(shè)工程施工工藝上的一個亮點(diǎn)。

3.2 質(zhì)量保證，安全可靠，工期縮短

（1）質(zhì)量保證。在地面上直接把連廊拼裝成為一個整體，在提升過程中基本沒有改變連廊結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)受力狀態(tài)，施工質(zhì)量可以保證。

（2）安全可靠。主體的主要施工過程在地面進(jìn)行，安全防護(hù)措施的投入相應(yīng)減少。提升過程通過微機(jī)控制，整體提升。提升過程的各種工況均經(jīng)過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件校驗(yàn)，采取一系列措施保證施工的安全可靠性。

（3）工期縮短。在地面利用汽車吊對連廊井字鋼梁進(jìn)行拼裝，避免利用大型起重設(shè)備，作業(yè)人員、工具不用在超高空進(jìn)行作業(yè)，增加了工作效率。若在高空實(shí)施組裝，工期最少需要 180 d，還存在高空作業(yè)的安全隱患；而地面施工整體提升的安裝實(shí)際工期為 100 d，節(jié)約工期 80 d，為提前完工奠定了基礎(chǔ)。

3.3 經(jīng)濟(jì)性

鋼連廊和井字鋼梁采用整體在地面拼裝的施工工藝，人工增效效果明顯。不用長期配備高空作業(yè)的大型起重設(shè)備，只需吊車能滿足鋼結(jié)構(gòu)的地面拼裝施工即可，機(jī)械臺班費(fèi)用可大大降低；相比搭設(shè)各種腳手架施工、利用大型起重裝備，在其他常規(guī)措施費(fèi)用相同情況下，專項(xiàng)措施費(fèi)用減少；同時因工期縮短可降低一部分成本，因此總體從經(jīng)濟(jì)性上來講比較合理。

4 結(jié) 語

本項(xiàng)目已投入使用，整體效果很好，對以后同類型鋼結(jié)構(gòu)施工中運(yùn)用該項(xiàng)新技術(shù)積累了相當(dāng)豐富的經(jīng)驗(yàn)，同時也加快了新材料、新工藝、新技術(shù)的推廣應(yīng)用和綠色建筑發(fā)展的步伐。