大型桁架臨時固結法吊裝工法

(中鐵十九局集團第五工程有限公司，遼寧 大連 116000)

1 桁架結構簡介

京能水洞溝電廠輸煤系統(tǒng)7號棧橋工程為架空結構，共由8榀鋼桁架組成，整個棧橋桁架呈13.7°傾斜，上部鋼結構桁架支承于門式混凝土柱或鋼管柱上(門式混凝土柱3座、鋼管柱3座)，鋼結構共重約318.5t，其中22.1m跨度桁架1榀，21.7m跨度桁架2榀，6m跨度桁架1榀，12m跨度桁架1榀，25.5m跨度桁架3榀，棧橋斷面軸線尺寸為7800mm(寬)×3600mm(高)，橋面布置有H型鋼主梁，I20a次梁，水平支撐，鋼梁上鋪壓型鋼板作為混凝土橋面板底模，屋面為鋼屋架、彩板。桁架支座標高從低端往高端分別為1266.716～1272.103m、1272.103～1277.393m、1277.393～1282.683m、1282.683～1288.899m、1288.899～1290.362m、1290.362～1296.578m、1296.578～1302.794m、1302.794～1505.5m，棧橋下原地面標高為1256.30m。最小施工高度為10.416m,最高施工高度為49.20m，分屬3～5級高處作業(yè)范疇(見圖1)。

圖1 棧橋立面布置(單位：m)

該工程鋼結構超高、超長、超重，施工中的重點和難點集中在吊裝過程中如何確保桁架的穩(wěn)定性和安全系數(shù)，以及吊裝成型后如何保證棧橋的整體線性。

2 傳統(tǒng)施工吊裝方式優(yōu)缺點

2.1 分段吊裝

每榀桁架組裝完成后即進行該榀桁架的吊裝及永久固結，然后循環(huán)進行下榀桁架的組裝及吊裝。這種方法的優(yōu)點是：節(jié)省了施工場地、及時的固結措施保證了桁架的穩(wěn)定性和安全系數(shù)；缺點是：施工周期長，過早的固結也造成了桁架整體吊裝完成后線性無法調整，整體線性較難保證。

2.2 連續(xù)吊裝

桁架全部組裝完成后，連續(xù)依次吊裝，在未完成桁架與支承柱固結的前提下為保證穩(wěn)定性，吊裝后一榀桁架時，前一榀桁架吊機不松鉤，并配合攬風繩將其拉牢，連接成整體后，利用千斤頂、手拉葫蘆等對整體線性進行調整，最后永久固結成型。這種方法的優(yōu)點是：加快了施工進度，保證了桁架整體線形的平順；缺點是：場地要求高，每榀桁架在固結前都需要一臺吊機保證其穩(wěn)定性，因此，機械費用較高，且不適合多榀桁架的吊裝施工。

3 新工法工藝原理

能否在節(jié)省費用的同時做到施工安全及線性美觀，是水洞溝電廠7號棧橋工程能否做到經(jīng)濟、迅速、高效的關鍵。

桁架吊裝施工中需要解決的主要問題是如何確保桁架穩(wěn)定性和安全系數(shù)，以及吊裝完成后如何保證棧橋的整體線形。該工法主要針對超高、超重、超長桁架的吊裝及相類似的大型鋼結構的吊裝施工。

在吊裝過程中，利用預制好的扇形托架，將就位的桁架與支承柱進行臨時的螺栓固結，在增加了桁架受力支承面的同時，大大增加了其穩(wěn)定性，再配合對稱布置的攬風繩進一步保證其安全系數(shù)。整體吊裝完成后，利用扇形托架的螺栓長孔進行平面位置及標高的微調，可以較好地保證棧橋的整體線形。

該工法主要適用于超高、超長、超重的棧橋桁架的吊裝施工，為重型鋼結構的吊裝工程提供了新思路。

4 新工法操作要點

4.1 施工前準備

施工現(xiàn)場達到通電、通路及現(xiàn)場場地平整的要求。施工所用機具、設備到位。

4.2 鋼桁架組裝運輸

7號棧橋為東西走向，中心段南臨1號鍋爐主廠房，北面綜合管架，施工場地狹窄，不利于大型吊裝機械進退場，停機位置限制多，現(xiàn)場組裝場地狹窄，與安裝單位進行平面交叉及立面交叉作業(yè)多，工期緊，高空作業(yè)多且工作量大，施工質量要求高。采用施工現(xiàn)場與鋼結構加工場地聯(lián)合組裝，平行施工。將6m跨度、12m跨度、21.7m跨度桁架(21.7m跨度桁架分兩段進行組裝、運輸)在鋼結構加工場地進行組裝，其余桁架散裝運至現(xiàn)場，就近進行組裝。運輸前，提前做好運輸?shù)缆菲秸ぷ?，辦好施工現(xiàn)場占道手續(xù)。

4.3 扇形托架的制作

扇形托架的制作采用現(xiàn)場廢棄的鋼板與腳手管，利用腳手管焊接成多支點的斜撐，斜撐頂部焊接鋼板，在斜撐腳手管的支點上設置加勁肋，托架側面預設六塊定位鋼板。頂部起主要支承作用的鋼板厚20mm、寬500mm、長500mm，在鋼板上鉆對稱布置的六個螺栓孔(M40長孔)，在制作托架時將頂部支承鋼板的位置設置成0°和13.7°兩種(13.7°與現(xiàn)場棧橋的傾斜角度一致)，利于與桁架之間更好的連接(見圖2、圖3)。

圖2 扇形托架制作立面示意圖

圖3 扇形托架制作平面示意圖

腳手管各節(jié)點的加勁肋，增加了整個托架的剛度和穩(wěn)定性，避免了托架在負載之后的變形，側面的定位鋼板主要起與支承柱的連接定位作用，現(xiàn)場支承柱分混凝土柱與鋼管柱兩種，混凝土柱須在相應位置預埋鋼板，鋼管柱須在相應位置預設定位鋼板。頂板鋼板是主要支承鋼桁架的結構，并將荷載通過腳手管斜撐傳遞給支承柱，頂板鋼板通過螺栓與鋼桁架做整體定位固結前的臨時螺栓連接?？紤]到桁架全部吊裝就位之后的線形調整，將鋼板螺栓孔設置成長孔，為最后的線形調整做準備。

4.4 桁架吊裝

桁架吊裝前，先復測支承柱頂標高，標高復測后在每片桁架兩端標出豎向中心線，并在支承柱頂面放出桁架的縱向中心線、支座縱橫中心線、桁架位置橫線以及每個桁架支座的具體位置。

根據(jù)現(xiàn)場實際吊裝構件重量、吊機性能、所選用鋼絲繩長度等情況，桁架上設置四個吊點，為防止桁架吊裝受力時使桁架主梁H型鋼上下翼緣間產(chǎn)生變形，吊點必須設置在桁架節(jié)點處，并在節(jié)點處加設加勁肋，吊索內力的合力作用點應高于桁架重心，這樣桁架起吊后不易轉動或傾翻，綜合考慮以上因素吊點應設置在桁架上鉉節(jié)點處。

4.5 扇形托架臨時固結

采用增加臨時扇形托架來支撐就位后的桁架，根據(jù)結構受力的情況，于桁架每個支承節(jié)點增設兩個臨時扇形托架，縱橫向各布置一個，對稱位置的橫向托架必須布置于同一平面，縱向托架須與桁架的整體傾斜角度相符。鋼托架利用側面的定位鋼板與支承柱預設的定位鋼板通過焊縫進行剛性連接。頂部與鋼桁架通過螺栓臨時固結，將單榀桁架的受力通過綱托架傳遞給支承柱，使單榀桁架具備抗側向傾覆和抗彎的能力。為增加安全系數(shù)，根據(jù)現(xiàn)場實際情況對攬風繩進行了布置，攬風繩的松緊程度要求適當、達到剛好繃緊吃力的狀態(tài)，攬風繩的拉法采用雙繩構造法，通過比較雙繩的不同下垂撓度，判斷和比較所用攬風繩松緊度，這種布置對于臨時支撐桁架穩(wěn)定性監(jiān)視及危險情況預判起到了一定作用。

4.6 整體線形的調整

所有桁架吊裝完成后即可利用扇形托架上的螺栓長孔進行棧橋整體線形的調整。調整過程中先放出中軸線及標高，通過現(xiàn)場量測確定每榀桁架的頭尾節(jié)點需要調整的距離和方向。使用手拉葫蘆配合千斤頂及卷揚機等設備進行調整，保證其偏差在5～10mm范圍內，固定攬風繩，將接頭螺栓旋緊。

4.7 永久固結

線形調整完成后，即可進行設計要求的永久固結，將支承柱頂埋件與桁架底座鋼板焊死，施焊時宜采用分層、間隔、交錯、對稱的施焊方式，保證焊縫高度和焊縫質量，電焊后將各預埋螺栓與桁架底座連接旋緊，為防止螺帽松動可采用雙螺帽結構，并與螺桿焊死的措施，施焊方式與埋件施焊方式相同。

4.8 臨時固結卸載

臨時固結的卸載必須在永久固結全部完成后才能進行，由于桁架在卸載過程中受到自身重力的作用會出現(xiàn)向低處滑移的趨勢，為了確保臨時固結的安全卸載，宜對所用臨時支撐采用對稱卸載的方式，以保證整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減少附加內力對構件的影響。

5 效益分析

5.1 經(jīng)濟效益

采用扇形托架臨時固結法施工與連續(xù)吊裝法相比，需要配套的機具設備少，節(jié)省了大部分的機械臺班費用；與傳統(tǒng)工藝比較減少了機械費用；與分段吊裝法相比，縮短了工期，節(jié)省了相應的人工及管理費用，具有很好的經(jīng)濟效益。

5.2 社會效益

該工法保證了施工的質量，所動用的機具、設備少，工藝原理簡單易懂，有利于該工法在其他相同或相似的工程中采用；運用此工法施工縮短了施工工期，為土建交付安裝及電廠輸煤系統(tǒng)的運行投產(chǎn)贏得了寶貴的時間，贏得了業(yè)主的好評。推廣使用此工法能產(chǎn)生良好的社會效益。

5.3 環(huán)保效益

施工現(xiàn)場的下場料及其他施工垃圾做到工完場清；檢查發(fā)電機、攪拌機等設備排放廢氣指標；雇用水車對施工現(xiàn)場道路進行灑水，保持路面濕潤；廢棄的焊條集中收集處理。通過上述措施有效降低了空氣中有害氣體濃度，減少了空氣中懸浮顆粒，在改善了施工環(huán)境的同時也減輕了對空氣的污染，保護了施工人員的健康。

6 結 語

該工程經(jīng)國家工程建設質量獎審定委員會審定，榮獲國家優(yōu)質工程銀質獎。工程中運用的鋼桁架結構吊裝新工法，可大量節(jié)約鋼材，縮短工期，節(jié)省投資成本，操作簡單，成本低，效率高，適用范圍廣，社會效益和經(jīng)濟效益顯著。