大型雙面傾斜爬坡桁架單車吊裝工藝

龐學(xué)龍

中國石油天然氣第七建設(shè)有限公司，山東青島 266300

隨著煉油化工裝置規(guī)模越來越大，裝置內(nèi)的管廊遍布全廠，連接管廊之間的跨路桁架、跨障礙桁架以及爬坡桁架隨處可見，空曠場地上各種桁架的安裝施工比較容易實現(xiàn)；但山體上大型山體爬坡桁架的安裝施工缺少預(yù)制場地及吊裝設(shè)備站位點，則是桁架安裝中面臨的主要難點，合理的吊裝方法對于施工進度、施工安全和經(jīng)濟效益均具有重要意義。

以哈薩克斯坦PKOP奇姆肯特?zé)捰蛷S現(xiàn)代化改造項目爬坡桁架安裝為例，闡述其施工工藝。該桁架是由兩層工藝管道桁架、一層電纜橋架和桁架內(nèi)部走臺組成的多功能一體化大型桁架，桁架跨距43.8 m，寬9 m，兩側(cè)為不等邊雙面四層傾斜結(jié)構(gòu)，整體桁架傾斜13°，桁架兩側(cè)安裝標(biāo)高相差9 m，基礎(chǔ)標(biāo)高相差達(dá)到20 m，桁架質(zhì)量130 t，內(nèi)部工藝管道20 t，總質(zhì)量150 t，鑲嵌在兩個混凝土框架內(nèi)部。

1 施工難點

需要安裝的桁架結(jié)構(gòu)形式見圖1，由大型桁架及兩側(cè)支撐桁架組成。本文主要介紹其中大型桁架的吊裝施工。其施工難點如下：

（1）大型桁架共有四層結(jié)構(gòu)，且每層傾斜角度不同，對預(yù)制精度要求高。

（2）大型桁架為山體爬坡桁架，且山坡陡峭，沒有預(yù)制場地及吊裝站位點。

（3）大型桁架跨度大，且為型鋼結(jié)構(gòu)，整體性能柔軟，安裝過程容易變形。

（4）大型桁架在安裝過程中傾斜角度不易調(diào)整。

（5）大型桁架鑲嵌在混凝土基礎(chǔ)內(nèi)部，安裝間隙狹窄，需有效控制安裝過程中的傾斜角度。

2 施工方法論證

2.1 常用吊裝方法

現(xiàn)有桁架常用的吊裝方法主要有三種：單件吊裝、成片吊裝、整體吊裝。

圖1 某安裝桁架的結(jié)構(gòu)形式

單件吊裝重量小，但吊裝工作量大、高空作業(yè)多、安全隱患大、施工進度慢，適用于場地空曠的小型桁架安裝；對于大型桁架中的主梁安裝，難以控制型鋼自身的結(jié)構(gòu)變形，單件吊裝不適用于大型桁架的安裝。

成片吊裝重量適中，但單片豎立后需要封固，對作業(yè)場地有較大影響，各片之間的連接工作也存在較多的高空作業(yè)，因此適用于場地空曠的中、小型桁架安裝。本桁架跨距達(dá)到43 m，且場地局限，因此不能滿足單件吊裝強度要求和豎立后封固錨點的設(shè)置要求。

整體吊裝重量較大，需要大型吊裝機械及預(yù)制場地，但是整體吊裝大大增加地面預(yù)制量，大大減少高空作業(yè)量，安全隱患小，施工進度快，因此適用于有預(yù)制場地的大、中、小型桁架安裝。在具備施工條件的前提下，整體吊裝是目前大型桁架吊裝的首選[1]。

2.2 本工程的吊裝方法

整體吊裝中的水平桁架安裝常采用單吊車主吊或雙吊車抬吊吊裝就位，對于傾斜桁架常采用雙吊車進行抬吊吊裝就位，雙吊車便于桁架傾斜角度的調(diào)整。但本桁架屬于山體爬坡桁架，場地受到限制，且海外施工沒有大型吊裝設(shè)備可供選擇，施工現(xiàn)場僅有一臺國內(nèi)調(diào)遣的1 000 t履帶吊車可以使用，根據(jù)桁架的結(jié)構(gòu)尺寸及現(xiàn)場吊裝設(shè)備情況，決定采用該桁架在地面水平整體預(yù)制后，利用1 000 t履帶吊車，采用單吊車直吊的方法整體吊裝就位。在正式吊裝前，采用兩臺50 t汽車吊配合1 000 t履帶吊車將桁架傾斜端的前部抬起，抬吊過程中測量傾斜角度，角度到位后撤出兩臺50 t汽車吊，而后用1 000 t履帶吊車將桁架安裝就位。

采用此方法進行吊裝有如下優(yōu)勢：第一，加大了地面預(yù)制深度，增強了桁架整體的剛性強度；第二，整體預(yù)制有效控制桁架的尺寸及傾斜度；第三，減少高空作業(yè)量，有效控制安全風(fēng)險；第四，增加施工效率，縮短施工周期；第五，有效利用施工資源，解決實際困難。

3 解決施工難點的措施

雖然采用一臺1 000 t履帶吊主吊、兩臺50 t汽車吊配合整體吊裝水平桁架的方案進行吊裝，但施工難點依然存在，在實施過程中主要采取如下措施解決了施工難點問題。

（1）此桁架在國內(nèi)預(yù)制，在國外施工，為保證每層桁架的傾斜角度達(dá)到預(yù)制精度，在國內(nèi)預(yù)制過程中派專人監(jiān)造，對每個構(gòu)件進行逐個檢查和編號，在現(xiàn)場組裝過程中按照圖紙對應(yīng)構(gòu)件編號進行組裝，采用分層組裝，每組裝一層進行現(xiàn)場實際測量，符合要求后再進行后續(xù)工序，保證現(xiàn)場預(yù)制滿足精度要求。

（2）此桁架安裝基礎(chǔ)為混凝土結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)低端側(cè)位于山坡的下坡處，高端側(cè)位于山坡的上坡處，山坡和山坡底部缺少預(yù)制場地及吊裝站位點，山坡上部場地雖凸凹不平，但有足夠空間可供桁架拼裝和吊裝站位，通過采用工程機械對場地進行平整、換填及夯實，解決了施工場地問題。桁架安裝場地見圖2。

圖2 桁架安裝場地

（3）此桁架采用整體拼裝雖然增強了桁架的整體強度，但桁架跨度大，重量重，吊裝過程中會產(chǎn)生變形，為控制吊裝過程中的變形量，增加了吊點的設(shè)置，使桁架重量分散到每個吊點位置，有效控制了安裝過程的變形量。

（4）此桁架為傾斜結(jié)構(gòu)，傾斜角度不易調(diào)整，通過桁架重心計算，選用合適的主吊索具，并在安裝前采用單側(cè)抬吊的方法將桁架的傾斜角度控制在要求范圍內(nèi)。

（5）此桁架通過支架鑲嵌在混凝土基礎(chǔ)內(nèi)部，安裝間隙狹窄，主吊索具的選用至關(guān)重要，索具的選用直接影響桁架的傾斜角度，所以從重心計算到桁架的主吊索具的選擇需多次核算，以保證安裝的順利進行。

4 吊裝方法的實施

4.1 桁架拼裝及擺放

考慮到該桁架雙面傾斜、跨距長、高差大，無法按照安裝傾斜角度進行整體拼裝，需利用底部傾斜面作為水平面，在地面整體拼裝后再進行安裝，以底部為水平面重新核算上部三個面的傾斜度，以便保證整體預(yù)制的精度[2]，其預(yù)制方式見圖3，桁架預(yù)制擺放位置平面布置見圖4。

圖3 桁架水平預(yù)制方式側(cè)面

圖4桁架預(yù)制擺放平面布置

4.2 吊耳設(shè)置

考慮桁架的整體穩(wěn)定性，在桁架的底部橫梁和立柱之間設(shè)置吊點，吊點采用板式結(jié)構(gòu)，每側(cè)各均布設(shè)置4個板式吊耳，共設(shè)置8個吊耳，每個吊耳按照承受30 t質(zhì)量要求設(shè)計，吊耳位置及吊耳結(jié)構(gòu)形式見圖5。

4.3 索具設(shè)置與吊車設(shè)置

單車吊裝傾斜桁架索具的選擇至關(guān)重要，直接決定吊裝的成敗，小型桁架吊裝可通過配置手動葫蘆調(diào)節(jié)桁架的傾斜度，但對于大型桁架吊裝，沒有配套的噸位手動葫蘆，只能采用鋼絲繩等固定長度索具進行吊裝，若索具選擇不當(dāng)會使桁架達(dá)不到預(yù)定的傾斜角度，角度過大或過小都難以將框架精準(zhǔn)安裝就位。

圖5 桁架吊耳設(shè)置位置及吊耳結(jié)構(gòu)形式

選擇索具首先要精準(zhǔn)計算桁架的重心位置，通過重心位置先選用4根滿足吊裝要求的等長鋼絲繩，（因設(shè)置8個吊耳，4根鋼絲繩每根一圈使用，鋼絲繩扣在底部使用），再根據(jù)桁架的傾斜角度計算需要增加的鋼絲繩長度，按照增加的實際尺寸插接鋼絲繩，以滿足吊裝要求。選用卸扣連接時，需注意卸扣的長度，插接的鋼絲繩實際長度應(yīng)為計算增加的鋼絲繩長度減去卸扣的長度。

如本桁架首先選用的是φ52 mm×36 m的鋼絲繩4根，每根一圈使用，通過計算需增加6 450 mm長度，可滿足傾斜角度要求；鋼絲繩繩扣之間采用35 t卸扣連接，35 t卸扣檔距長度為197 mm，所以實際需要增加長度為6 450-197=6 253（mm），為滿足強度要求，增加的鋼絲繩應(yīng)配置一圈使用，鋼絲繩長度為6 253×2=12 506（mm），所以φ52 mm×36 m的鋼絲繩插接2根φ40 mm×12.5m鋼絲繩，以滿足吊裝要求。

主吊索具：φ52 mm×36 m鋼絲繩4根，每根一圈使用，底部斜面連接一對φ40 mm×12.5 m鋼絲繩，并連接2個35 t卸扣，每根一圈使用，8個35 t卸扣再與吊耳連接，索具設(shè)置見圖6。

圖6 桁架主吊索具設(shè)置

輔助索具：φ52 mm×6 m鋼絲繩2根，每根一圈使用。

吊車設(shè)置。1 000 t履帶吊的吊裝參數(shù)為：吊車作業(yè)半徑R=31 m，吊車桿長L=72 m，吊車額定起質(zhì)量Q=210 t（超起配重質(zhì)量160 t）。50 t汽車吊的吊裝參數(shù)：R=6 m；L=18m；Q=23 t。

4.4 吊裝過程

（1）吊裝前檢查。鋼絲繩在穿入桁架內(nèi)部時，應(yīng)考慮在傾斜過程中不能與桁架橫梁相碰，桁架內(nèi)部不能放置計算重心時未考慮的額外部件（否則會影響重心位置變化），吊裝受力前要聯(lián)合檢查桁架、索具等有無掛碰、擠壓、變形等，各項檢查無問題后進行試吊。

（2）試吊。一切就緒后，主吊吊車受力到桁架重量的30%左右，兩臺輔助桁架傾斜的汽車吊將桁架頭部垂直吊起離開地面約0.3 m，停止起繩，檢查吊裝系統(tǒng)包括吊車、承力面、吊耳、索具、桁架等各部位的受力情況。

（3）吊裝。試吊合格后，2臺汽車吊慢慢起繩，主吊吊車配合2臺汽車吊逐步加大吊裝桁架的力度，直至桁架重量全部加載至主吊吊車上后摘除兩臺輔助汽車吊索具。

（4）就位。主吊吊車?yán)^續(xù)起繩直到將桁架最低點拔高到混凝土基礎(chǔ)最高點上方約0.2 m后，擺桿使桁架移動到安裝面正上方，找正方位后，吊車緩慢落繩使桁架沿基礎(chǔ)面平穩(wěn)落到安裝面上，見圖7。

圖7 桁架就位

5 質(zhì)量管理和HSE管理措施

質(zhì)量管理措施。對插接鋼絲繩進行吊裝前試驗，試驗合格后方可使用；對吊裝關(guān)鍵部位和關(guān)鍵環(huán)節(jié)，由相關(guān)人員進行重點監(jiān)控；吊裝過程中設(shè)專人監(jiān)控吊車及桁架狀態(tài)，防止出現(xiàn)刮碰現(xiàn)象。設(shè)計吊點過程中，需充分核算大型桁架的變形量，以保證桁架整體強度要求[3]。

HSE管理措施。實行逐級安全崗位責(zé)任制，并建立安全管理組織機構(gòu)；實行吊裝設(shè)備驗收制度，保證吊裝設(shè)備的完好性；進行吊裝風(fēng)險識別和評價，并制訂相應(yīng)的預(yù)防措施。

6 結(jié)束語

大型傾斜桁架安裝形式多種多樣，不同的施工場地有不同的安裝方法。本工程采用的單車整體吊裝大型雙面傾斜爬坡桁架方法，非常有效地解決了預(yù)制精度、傾斜角度、強度失穩(wěn)以及安裝間隙狹窄等單車吊裝的難題，本工程整體吊裝一次完成，取得了良好的效果。

通過此次吊裝實踐，也得到了以下一些經(jīng)驗體會，希望對以后吊裝此類桁架有借鑒價值：

首先，雙面傾斜桁架水平預(yù)制過程中需準(zhǔn)確計算傾斜度和預(yù)制精度，以免在安裝過程中出現(xiàn)不能準(zhǔn)確定位問題；其次，對于大型桁架，雖能借助三維模型準(zhǔn)確計算重心位置，并通過配置相應(yīng)的索具完成傾斜角度控制，但實際操作中仍難以實現(xiàn)桁架傾斜角度的絕對準(zhǔn)確控制，因此在安裝前，應(yīng)在基礎(chǔ)兩側(cè)準(zhǔn)備好調(diào)整索具進行微調(diào)，以保證桁架的順利就位；其三，設(shè)計單位在設(shè)計時應(yīng)充分考慮安裝的難度，對于大型傾斜桁架，盡量不要采用鑲嵌式安裝結(jié)構(gòu)，最好采用在基礎(chǔ)上面平放的結(jié)構(gòu)，以便于施工單位的安裝。

[1]陳梓洪.舟橋用于跨越管道桁架的吊裝作業(yè)[J].石油工程建設(shè)，1992，18（1）：23-25.

[2]汪映旭.桁架式管橋在山區(qū)滑坡地段跨越中的應(yīng)用[J].石油工程建設(shè)，1992，18（6）：51-52.

[3]張云彩，馬志敏，齊晉章，等.關(guān)于長輸管道跨越工程施工的改進建議[J].石油工程建設(shè)，2014，40（2）：53-55.