淺析濱海大風區(qū)域重型鋼結構吊裝技術

林 翔，楊肖年

(福建三峽海上風電產(chǎn)業(yè)園運營有限公司，福建 福州 350309)

與陸上風電相比，我國海上風電具有資源豐富、不占用土地、靠近電力負荷中心、發(fā)電利用小時數(shù)高、適宜大規(guī)模開發(fā)的特點。根據(jù)黨中央、國務院的重大決策部署，三峽集團與福建省政府聯(lián)手打造世界上規(guī)模最大的海上風電基地和國際一流的海上風電裝備制造產(chǎn)業(yè)基地——福建三峽海上風電國際產(chǎn)業(yè)園。

產(chǎn)業(yè)園不僅為海上風電全產(chǎn)業(yè)鏈提供孵化平臺，還建設有分布式光伏(使用新型的一體化光伏屋面板)，試驗風機，儲能系統(tǒng)，是一個集“風光儲”為一體的新能源智慧園區(qū)。園區(qū)內(nèi)設計廠房均為重型鋼結構建筑，面積大，并在屋頂布設一體化光伏，這在福建濱海大風頻繁區(qū)域尚無先例，因此本研究對類似區(qū)域和類似重型鋼結構廠房的安裝具有一定的指導意義。

1 工程概況

1.1 工程簡介

福建三峽海上風電國際產(chǎn)業(yè)園位于福建省福清市江陰港，是國內(nèi)首個海上風電全產(chǎn)業(yè)鏈裝備制造園區(qū)。項目生產(chǎn)區(qū)已開工建設廠房包括風機結構件廠房、風機一廠及配套廠房、東方風電工廠廠房、LM(艾爾姆)工廠廠房，總建筑面積超10萬m2。

1.2 廠房結構特點

項目最大廠房為5連跨，寬度達140 m，單坡屋面寬度70 m；最大單跨42 m、最大高度25 m；墻面為裝配式墻面板，屋面為一體化BIPV綠色環(huán)保光伏屋面板；廠房設有大型起重行車，其中最大起重噸位達300 t，最大跨度達42 m。

項目廠房均為單層格構式重型鋼結構，為上下固接的單層剛接框架。柱子為單階柱，上柱為H型鋼截面，下柱采用格構式截面，根據(jù)上柱和吊車梁傳來的荷載值，柱子肩梁采用單腹板。柱腳采用插入式柱腳，鋼架材質(zhì)為Q345B，鋼柱最大重20.98 t，柱身長27 m，寬3.5 m；鋼梁為焊接H型鋼梁，最大重量8 t，梁身長33 m，梁高1.45 m；最大板厚50 mm。

1.3 地質(zhì)條件

項目所在區(qū)域為吹填砂地塊，在吹填砂之前表層為約3～5 m厚的軟土(或淤泥)，且土層中分布有“硬土球”或混凝土樁(養(yǎng)殖海產(chǎn)時遺留的混凝土樁)，常年地下水位較高，大風天氣頻繁，且經(jīng)常正面遭遇臺風襲擊。

2 施工重難點分析

本項目為國際化產(chǎn)業(yè)基地，自建設初期開始就要求爭創(chuàng)素有鋼結構魯班獎之稱的“鋼結構金獎”，因此對工程質(zhì)量要求高，每道工序要求優(yōu)良。

充分分析項目建筑結構特點和區(qū)域因素影響，判定本項目存在若干施工重難點，情況分別如下：最大行車梁行程282 m，行車梁頂面平整度要求極高；單坡屋面寬度70 m，單坡屋面跨度大，屋面板吊裝困難；廠房內(nèi)最大行車噸位達300 t，大型吊裝機械施工時，屋面結構高度受限，安裝難度大；項目所在區(qū)域臨海，氣候變化較大，海風突發(fā)情況較多，大風頻繁，高空作業(yè)危險性較大，高空焊接質(zhì)量控制難度大。

因此，本項目的安裝質(zhì)量和安全主要受鋼柱、鋼梁的吊裝，高空焊接，海風等氣候變化影響較大，為保證施工質(zhì)量、精度和安全，針對吊裝及焊接的方案和組織實施，氣候影響等進行專門研究，制定對策。

3 主體鋼結構吊裝

3.1 BIM技術應用

通過BIM技術，將現(xiàn)場各個施工階段的作業(yè)內(nèi)容及周期等進行前期的平面規(guī)劃。并通過所建立起的精準場地模型，對鋼結構施工的現(xiàn)場平面布置及設計等進行綜合性的管理。通過BIM技術規(guī)劃，可促使場地平面布置更為緊湊有序，并能合理應用施工用地，以此在節(jié)約用地的基礎上顯著降低場內(nèi)運輸?shù)耐度氤杀尽?/p>

在鋼結構深化設計方面，BIM技術的應用可進行大跨度鋼結構模型的深化放樣，制定出實際的構件尺寸。在進行施工技術的過程中，利用BIM技術的深化設計功能可對構件實際尺寸進行細化分析，進而將其表述出來。通常情況下，在對大跨度鋼結構桁架進行制作的前期可用Tekla軟件對桁架進行分段、桿件切割及板材下料等作出精確設計。而通過地面放線也能快速、精準地完成桁架的拼裝[1-2]。

通過BIM技術建模，可實現(xiàn)桿件碰撞檢查，節(jié)點細部處理、施工過程可視化動態(tài)模擬等問題，模型處理完畢后，直接用模型對管理人員及施工隊伍進行可視化交底，大大加深了管理人員和施工隊伍對工程的認知程度。依照此種BIM技術施工管理方式，便于大跨度鋼結構施工技術的開展及目標的達成。

3.2 鋼構吊裝

3.2.1 使用專用吊耳

H型鋼的翼板尺寸厚度較小，采用傳統(tǒng)的鋼絲繩進行捆扎吊裝，構件表面油漆容易磨損，并且捆扎部位在鋼絲繩作用下容易產(chǎn)生變形，從而致使H型鋼報廢，甚至造成安全風險。因此,在生產(chǎn)加工階段，就根據(jù)每根H型鋼構的尺寸確定出吊點的位置，并在吊點位置焊接專用吊耳[3-4](見圖1)。

圖1 吊耳位置示意圖

3.2.2 使用一種新型的自動脫鉤H型鋼專用吊鉤

施工過程中，H型鋼吊裝時，傳統(tǒng)做法是將工件吊裝至指定地點后，采用人工手動解鎖脫鉤，這樣難免存在一定的安全隱患，為保證吊裝過程中的施工安全，預防意外發(fā)生，現(xiàn)場使用一種新型的自動脫鉤H型鋼專用吊鉤。

本自動脫鉤H型鋼專用吊鉤包括連接板，連接板的頂部設置有掛鉤，連接板的兩側均設置有關節(jié)軸承I，關節(jié)軸承I連接鋼臂的一端，鋼臂的另一端鉸接卡刀，卡刀的內(nèi)側設置有關節(jié)軸承II，關節(jié)軸承II連接套筒，套筒內(nèi)設置有內(nèi)螺桿，內(nèi)螺桿連接制動裝置，所述卡刀的中部鉸接有夾具，結構圖如圖2所示[5]。

圖2 吊鉤示意圖

3.2.3 使用專用扁擔吊梁

由于鋼柱柱頭節(jié)點類型為雙牛腿柱，因此，在吊裝時根據(jù)鋼柱實際尺寸量身制作扁擔吊梁，該吊梁長度跨過牛腿柱頭，使柱頭不影響下端吊裝鋼絲繩垂直受力，保證吊裝過程的穩(wěn)定性。

3.3 行車梁安裝

行車梁頂面平整度要求高，軌道采用高強度低合金材質(zhì)U71Mn，自身對接及與吊車梁之間采用壓板焊接方式連接，不同種材料焊接難度大；相鄰軌端偏差要求不大于1 mm，精度要求高。針對該情況采取下列措施進行質(zhì)量控制。

1)柱腳澆筑前嚴格控制鋼柱牛腿標高，確保牛腿標高誤差在規(guī)范允許范圍內(nèi)，鋼柱牛腿標高主要通過柱腳的墊板來控制；澆筑完畢后，再次觀測牛腿標高，復核無誤后，再進行吊車梁安裝。安裝前對吊車梁進行預先起拱，避免因自重造成下?lián)稀?/p>

2)軌道焊接時，在節(jié)頭兩側20～30 mm范圍內(nèi)進行預先250℃進行預熱，時間大概10 min。每個焊接節(jié)頭需要1個電焊工與1個清渣工相互配合，施焊前先進行試件焊接，合格后方可進行實體焊接作業(yè)。焊接前預先把接頭墊起40～60 mm，鋼軌由下而上進行焊接，先軌底后軌腰、軌頭。

4 降低海風影響

根據(jù)福建省氣象局對項目所在地氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，非季風時節(jié)該區(qū)域風速六級以下(含六級)天氣為125 d，占比63.12%；風速六級以上天氣為73 d，占比為36.88%，大風天氣對鋼結構安裝質(zhì)量和安全影響較大。

4.1 保證焊接質(zhì)量

施工人員密切注意施工現(xiàn)場的天氣狀況，焊接前做好防風、雨棚或防風箱，做到有備無患。防風雨棚應保證施焊空間內(nèi)滿足焊接有關條件，否則不允許施焊。遇下雨、大霧、刮風等不利氣候必須采用全面防護后方可施焊；嚴禁在雨天及母材表面潮濕或大風天氣進行露天焊接。施焊區(qū)域不清潔即有水、鐵銹、油漆、油污等不允許施焊；鋼板表面潮濕或雨后施工，應用烘槍將焊縫兩側100 mm區(qū)域內(nèi)的水分燒烤干凈。

4.2 安全防護纜風繩

在邊柱外側10 m處利用挖掘機開挖3 m長，2.5 m深的錨坑，將2.5 m長的錨塊(利用現(xiàn)場截樁出來的管樁節(jié))放入錨坑，把錨塊上預置露地錨鉤朝向鋼柱放置，然后回填沙土并碾壓密實。

鋼柱吊裝后將纜風繩固定在同向相鄰基礎承臺預埋錨鉤上，用倒鏈配合花籃螺栓進行調(diào)節(jié)；邊柱位置向外的纜繩固定在預先設置的地埋錨塊錨鉤上。

5 結 語

本文分析了濱海大風區(qū)域重型鋼結構吊裝施工技術，希望能夠為濱海大風區(qū)域重型鋼結構施工提供一些經(jīng)驗，保證施工質(zhì)量和安全，打造精品工程。

1)濱海大風區(qū)域重型鋼結構吊裝的重難點在于吊裝精度控制和施工安全；

2)根據(jù)項目特點設計專門性工具有助于施工，如專用吊耳、扁擔梁等；

3)尤其關注大風天氣的影響，如大風天數(shù)所占比例、突發(fā)性等，并針對性做好防護措施。