轉(zhuǎn)運(yùn)塔的塔架鋼結(jié)構(gòu)吊裝與焊接施工技術(shù)

付建震

(中鐵十八局集團(tuán) 建筑安裝工程有限公司，天津 300308)

轉(zhuǎn)運(yùn)塔整體高度較高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、施工區(qū)域受局限性大，由多種鋼結(jié)構(gòu)共同拼接而成，其塔架為鋼結(jié)構(gòu)，需要采取專(zhuān)業(yè)吊裝設(shè)備和吊裝技術(shù)，才能保證塔架鋼結(jié)構(gòu)吊裝的安全性和穩(wěn)定性。吊裝拼接好之后，再選擇合適的焊接施工技術(shù)，將塔架鋼結(jié)構(gòu)焊接成一個(gè)整體，完成轉(zhuǎn)運(yùn)塔塔架施工。但在具體施工中，需要綜合考慮轉(zhuǎn)運(yùn)塔布置結(jié)構(gòu)，需結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況，做好吊裝規(guī)劃，并選擇合適的吊裝設(shè)備，以降低提升吊裝效率，為焊接施工提供良好的條件，保證施工質(zhì)量?；诖?，有必要開(kāi)展轉(zhuǎn)運(yùn)塔的塔架鋼結(jié)構(gòu)安裝、吊裝與焊接施工技術(shù)的分析研究。

1 工程概述

中糧佳悅(天津)有限公司擴(kuò)建4000T/D大豆(兼顧2500T/D菜籽榨油)二廠項(xiàng)目，其工程鋼結(jié)構(gòu)為鋼架結(jié)構(gòu)和棧橋結(jié)構(gòu)。其中包括轉(zhuǎn)運(yùn)塔、提升塔、1#、2#轉(zhuǎn)運(yùn)塔、C16棧橋、B25棧橋、B26棧橋、B27-B30棧橋、C17棧橋、C14AB棧橋、C15棧橋鋼結(jié)構(gòu)的安裝，結(jié)合構(gòu)件形式、重量、安裝位置和施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置吊車(chē)的各項(xiàng)起重參數(shù)性能，本工程鋼結(jié)構(gòu)采用預(yù)拼裝的方式進(jìn)行安裝，先在地面靠近安裝位置區(qū)域組裝，再倒運(yùn)至安裝部位進(jìn)行安裝；其中單體最大跨度棧橋?yàn)锽26棧橋，其跨度為32.4米。

2 塔架鋼結(jié)構(gòu)吊裝技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)

就案例工程而言，塔架鋼結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，需要分批次吊裝，先吊裝鋼柱，再吊裝鋼桁架，再用高強(qiáng)度螺栓緊固，并灌注混凝土。

2.1 鋼柱吊裝

鋼柱吊裝是塔架鋼結(jié)構(gòu)吊裝的重難點(diǎn)之一，案例工程塔架鋼結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，鋼柱和柱間的支撐在相同的基板之上。這就需要在吊裝中，先將鋼柱和支撐全部吊裝到基板上之后，再按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行合理調(diào)整，人工輔助落鉤，吊裝到位之后，及時(shí)繃緊纜風(fēng)繩，為下一道工序施工營(yíng)造良好的條件，鋼柱吊裝時(shí)其誤差允許值如表1所示。

表1 柱子安裝的允許偏差

第一段鋼柱吊裝完成檢驗(yàn)達(dá)標(biāo)之后，及時(shí)恢復(fù)鋼柱頂端的連接板，同時(shí)調(diào)整螺栓孔，保證立柱和連接板能夠一次連接到位，對(duì)鋼柱的垂直度進(jìn)行調(diào)整。達(dá)標(biāo)之后，用經(jīng)緯儀檢測(cè)垂直度，復(fù)查各項(xiàng)尺寸，達(dá)標(biāo)之后報(bào)給質(zhì)監(jiān)部門(mén)進(jìn)行驗(yàn)收。

棧橋支腿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為鋼柱加支撐鋼梁斜撐結(jié)構(gòu)，采用地面組裝形式整體吊裝，可縮短整體安裝工期，確保結(jié)構(gòu)整體的安裝精度，同時(shí)降低了高空作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，在進(jìn)度、質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)性等各方面達(dá)到很好的效果，如圖1所示。

圖1 棧橋支撐鋼柱吊裝現(xiàn)場(chǎng)圖

為保證鋼柱吊裝的安全性，在具體吊裝時(shí)，需要對(duì)鋼絲繩進(jìn)行計(jì)算，具體如下：

吊裝計(jì)算載荷Q計(jì)=16.5t；取安全系數(shù):K=7；鋼絲繩夾角: 50o；鋼絲繩破斷拉力換算系數(shù)：0.82。

鋼絲繩允許拉力按下列公式進(jìn)行計(jì)算：

[Fg]=αFg/K(1)

公式(1)中，[Fg]表示的是鋼絲繩的允許拉力(kN)；Fg表示的是鋼絲繩的鋼絲破斷拉力總和(kN)，查表得：Φ24mm 6×37+1鋼絲繩破斷拉力為358000N；α表示的是換算系數(shù)；K表示鋼絲繩的安全系數(shù)。

使用四根Φ30的鋼絲繩吊裝：

每根鋼絲繩受力：F=Qgsin50°/4=16500×10×sin50°/4=35.71kN

允許拉力[Fg]=αFg/K=0.82×358/7=41.94kN>35.71kN。

由此可得出，選用直徑為30mm，6×37+1的鋼絲繩作為吊裝索具，能夠滿(mǎn)足吊裝條件。

2.2 鋼桁架吊裝

鋼桁架起吊離開(kāi)地面20cm時(shí)，靜置30s，觀察起吊設(shè)備、索具等是否存在異常，沒(méi)有異常之后，再繼續(xù)吊裝，吊裝到設(shè)計(jì)位置約30cm時(shí)，稍作停留，等桁架穩(wěn)定之后，再緩慢落鉤，對(duì)好軸線標(biāo)高，精確安裝。尤其是對(duì)頂部結(jié)構(gòu)及底部結(jié)構(gòu)進(jìn)行吊裝中，必須嚴(yán)格控制軸線標(biāo)高，在吊裝的同時(shí)進(jìn)行檢測(cè)，確保全過(guò)程都符合規(guī)定要求[1]。鋼桁架結(jié)構(gòu)無(wú)法進(jìn)行散裝作業(yè)，只能采用地面組裝整體吊裝形式，在精度、效率各方面達(dá)到良好效果，同時(shí)根據(jù)組裝重量合體組織吊車(chē)進(jìn)行整體吊裝見(jiàn)圖2。

圖2 鋼桁架吊裝現(xiàn)場(chǎng)圖

為保證鋼桁架吊裝質(zhì)量，需要對(duì)吊裝荷載受力情況進(jìn)行精確精算，本工程選擇了150t履帶吊，吊裝計(jì)算荷載公式如下：

Q計(jì)=K1K2Q(2)

此公式中，Q計(jì)為吊裝計(jì)算載荷；K1為動(dòng)載荷系數(shù)；K2為不均衡載荷系數(shù)，因本次吊裝為單臺(tái)吊車(chē)，此系數(shù)不計(jì)；Q指的是一臺(tái)起重機(jī)在吊裝中承受的荷載，含索具及設(shè)備重量。則：Q計(jì)=K1K2Q=1.1×15000=16.5t。

2.3 高強(qiáng)度螺栓緊固

案例工程塔架鋼結(jié)構(gòu)吊裝中，高強(qiáng)度螺栓采用了設(shè)計(jì)圖紙中設(shè)計(jì)螺栓對(duì)構(gòu)件進(jìn)行連接，需要保證每顆高強(qiáng)度螺栓都相對(duì)干凈沒(méi)有污泥。在具體連接中，采用大六角頭螺栓連接，要保證能夠自由穿入孔中，嚴(yán)禁強(qiáng)行敲打，更不能氣割擴(kuò)孔。如果誤差較大，可采用電動(dòng)鉸刀進(jìn)行擴(kuò)孔操作，擴(kuò)孔之后及時(shí)清除鐵屑。在緊固高強(qiáng)度螺栓時(shí)，要分三步進(jìn)行，包括：初擰、終擰、復(fù)擰，并采用高強(qiáng)度螺栓扭力扳手進(jìn)行施工，依次向外施擰，避免高強(qiáng)度螺栓的連接面的表面發(fā)生變化，以保證施工質(zhì)量。

2.4 灌注混凝土

塔架鋼結(jié)構(gòu)吊裝完成之后，經(jīng)過(guò)復(fù)檢驗(yàn)收之后，清除表面灰塵，提前24小時(shí)澆水潤(rùn)濕。柱腳位置搭設(shè)2cm厚木板支模，外部張貼上海綿條。模板需要按照設(shè)計(jì)要求緊貼混凝土外表面，要大于混凝土澆筑標(biāo)高5cm左右，為控制混凝土澆筑質(zhì)量，一側(cè)模板較澆筑面高10cm左右，每側(cè)要比柱腳板寬出10cm左右。灌注混凝土用機(jī)械攪拌，灌漿材料和水的重量比為15%，施工用水要選擇干凈水，溫度控制在25℃左右[2]。在混凝土澆筑時(shí)，需要先將干粉倒入提前準(zhǔn)備好的容器中，充分?jǐn)嚢?min，再加入適量的水，攪拌3min后再使用，隨拌隨用。在混凝土灌注時(shí)要從模板較高的一側(cè)開(kāi)始灌注，表面覆蓋上棉條，灑水保濕，24小時(shí)內(nèi)進(jìn)行振動(dòng)。

3 塔架鋼結(jié)構(gòu)焊接施工技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)

3.1 合理確定焊接順序

在塔架鋼結(jié)構(gòu)焊接施工中，為保證焊接質(zhì)量，提升焊縫成形的美觀性，減少焊接應(yīng)力對(duì)塔架鋼結(jié)構(gòu)造成的不良影響，具體的焊接順序?yàn)椋轰摻Y(jié)構(gòu)經(jīng)常檢驗(yàn)、坡口加工處理、焊件現(xiàn)場(chǎng)組對(duì)、焊接施工、焊縫外觀檢查。

3.2 焊接施工方法

在塔架鋼結(jié)構(gòu)焊接中，都采用電焊進(jìn)行打底，再用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊進(jìn)行蓋面。在進(jìn)行Q345鋼結(jié)構(gòu)焊縫坡口加工和處理時(shí)，可采用氧氣乙炔氣割法進(jìn)行切割加工處理，但需要保證切割之后的坡口形式、尺寸大小等都符合施工圖紙的相關(guān)要求。焊接接頭組對(duì)之前，需要先用手工或者砂輪機(jī)進(jìn)行坡口邊緣打磨處理，保證坡口相對(duì)整潔、平整[3]。在坡口20mm范圍中不能存在油漆、毛刺、銹斑、氧化鐵皮等雜質(zhì)。

3.3 焊接工藝

在塔架鋼結(jié)構(gòu)焊接施工中，嚴(yán)禁在焊件表面位置引弧，更不能有試驗(yàn)電流，以免破壞塔架鋼結(jié)構(gòu)的表面質(zhì)量。在具體焊接過(guò)程中，需要保證引弧和收弧的質(zhì)量，尤其是收弧時(shí)需要盡量填滿(mǎn)弧坑。如果塔架鋼結(jié)構(gòu)破壞深度大，需要進(jìn)行多層焊接時(shí)，接頭應(yīng)該相互錯(cuò)開(kāi)，且錯(cuò)開(kāi)距離不能小于10mm。焊接過(guò)程中，焊接參數(shù)可按照表2的內(nèi)容合理選擇：

表2 焊接施工參數(shù)表

除有特殊要求之外，每條焊縫要連續(xù)焊完，如果因?yàn)閿嚯娀蛘咂渌蛩氐挠绊?，必須中斷，需要做好防裂處理，重新焊接時(shí)需要進(jìn)行詳細(xì)檢查，確認(rèn)沒(méi)有裂紋之后再繼續(xù)焊接[4]。在定位焊接中，所選擇的焊接材料必須和正式焊接選擇的材料相同，而且點(diǎn)焊的高度不能超過(guò)焊縫厚度的三分之二，如果點(diǎn)焊的長(zhǎng)度超過(guò)40mm，則相互之間的距離需要控制在500～600mm之間，最后填滿(mǎn)弧坑。具體的焊接示意圖如圖3所示。

圖3 塔架鋼結(jié)構(gòu)焊接施工示意圖

在塔架鋼結(jié)構(gòu)焊接施工中，為保證焊接質(zhì)量，需要嚴(yán)格控制焊接連接的允許偏差，具體的允許偏差邊緣高差s情況如下：

4mm

8mm

4 施工注意事項(xiàng)

通過(guò)案例工程轉(zhuǎn)運(yùn)塔的塔架鋼結(jié)構(gòu)吊裝與焊接施工，需注意以下事項(xiàng)：

1)先進(jìn)行混凝土柱施工，然后在其上安裝鋼桁架，為保證施工質(zhì)量，混凝土柱中和鋼桁架安裝時(shí)軸線的最大偏差不能超過(guò)10mm。

2)在基礎(chǔ)施工，為保證基礎(chǔ)的平整度，滿(mǎn)足塔架鋼結(jié)構(gòu)施工對(duì)穩(wěn)定性的要求，基礎(chǔ)可采用墊鐵的方法進(jìn)行找平處理，用水準(zhǔn)儀輔助監(jiān)測(cè)，控制找平誤差不超過(guò)±2mm。

3)塔架結(jié)構(gòu)之間都是通過(guò)焊接的方法連接到一起的，需要切實(shí)做好焊接材料的選型和保管工作，避免焊接材料受潮污染。做好焊接設(shè)備檢查維護(hù)工作，保證焊接設(shè)備始終處于良好的工作狀態(tài)，從而更好的保障焊接質(zhì)量[5]。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上，轉(zhuǎn)運(yùn)塔的塔架鋼結(jié)構(gòu)吊裝與焊接施工具有很強(qiáng)的復(fù)雜性，而且施工難度比較大，為保證施工質(zhì)量，降低施工難度，需要轉(zhuǎn)運(yùn)塔的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，從吊裝鋼柱，吊裝鋼桁架，高強(qiáng)度螺栓緊固，灌注混凝土、加強(qiáng)焊接施工質(zhì)量的控制，才能最大限度上保證施工質(zhì)量，更好的控制影響因素。每個(gè)施工環(huán)節(jié)都有其特定的施工方法和技術(shù)措施，在具體施工中，要嚴(yán)格控制好每道工序的質(zhì)量，才能根本上保證施工效率和質(zhì)量。