陳士凱(浙江江南工程管理股份有限公司深圳分公司, 廣東 深圳 518038)
隨著我國國民經(jīng)濟總量的不斷攀升、人們生活水平的提升,對物質(zhì)資源需求也進一步得到增長,工業(yè)廠房的建設(shè)也正處于高峰期。由于鋼結(jié)構(gòu)工程具有工廠化程度高、施工周期短、結(jié)構(gòu)重量輕、材料強度高、材質(zhì)韌性好、抗震性能好、造型美觀等特點,因而被廣泛應(yīng)用于工業(yè)廠房中。但目前鋼結(jié)構(gòu)施工隊伍的技術(shù)水平良莠不齊,特別對于大型工業(yè)廠房的施工,由于結(jié)構(gòu)跨度大、鋼梁重量大、安裝難度高、施工環(huán)境復(fù)雜、施工經(jīng)驗不足、施工方案缺乏針對性與指導(dǎo)性,從而造成工程的質(zhì)量隱患比比皆是,甚至影響建筑物的使用功能,由此對監(jiān)理提出了更高的執(zhí)業(yè)要求。重型鋼結(jié)構(gòu)安裝工程的控制成為當(dāng)下監(jiān)理工程師應(yīng)備的工作技能。
本工程為某電子顯示器生產(chǎn)線項目,位于河北省固安新興產(chǎn)業(yè)示范區(qū),總建筑面積為 587256.30m2,工程設(shè)計±0.000 標(biāo)高相當(dāng)于絕對標(biāo)高 24.3m,主要單體工程有陣列廠房、有機蒸鍍及成盒廠房、觸控及屏體廠房等,結(jié)構(gòu)體系為鋼筋混凝土排架結(jié)構(gòu),抗震設(shè)防烈度為 7 度,防火等級為一級,結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限為 50 a,核心區(qū)屋面為鋼結(jié)構(gòu)+組合式樓板(DECK),鋼梁材質(zhì)為 Q345B,鋼梁安裝相對高度為 13.9m~16.4m,材料使用量統(tǒng)計如表 1 所示。
表1 某電子顯示器生產(chǎn)線項目材料使用量統(tǒng)計表
根據(jù)設(shè)計施工圖紙以及鋼結(jié)構(gòu)工程的施工特點,結(jié)合以往類似工程的技術(shù)控制難點,分析工程中存在的重難點。
排架式鋼筋混凝土高大柱的截面尺寸為 1.4m×1.4m,柱高為 14.6m,地腳螺栓安裝在柱頂。根據(jù) GB 50755—2012《鋼結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范》中第 11.3.2 條規(guī)定,地腳螺栓安裝允許偏差:螺栓中心偏移 5.0mm,螺栓露出長度0~+3.0mm,螺紋長度 0~+3.0mm。鑒于以往施工經(jīng)驗,混凝土澆筑時對螺栓偏移進行控制是非常困難的。
重型鋼梁的安裝于有機蒸鍍及成盒廠房的核心區(qū),即在 339m×201.2m廠房中部 339m×142.2m區(qū)域內(nèi),梁高 2.1m,梁長 17.6m,重量 22 t,屬于超長超重型工字梁,安裝面位于 5.6m二層華夫樓板之上,樓面存有大量的通風(fēng)孔洞,工序交叉作業(yè)多,施工環(huán)境非常復(fù)雜,現(xiàn)有塔吊無法對鋼梁進行吊裝就位。
影響高強螺栓自由穿孔的主要因素有:制孔、孔距的允許誤差,預(yù)埋件安裝允許偏差,測量放線允許偏差,高強螺栓孔徑比螺栓桿大 2.0mm 的調(diào)節(jié)余量。若各道工序控制不力或出現(xiàn)偏差疊加,將導(dǎo)致螺栓桿穿孔困難。
督促施工單位根據(jù)設(shè)計施工圖紙、招標(biāo)技術(shù)文件、驗收規(guī)范等編制鋼結(jié)構(gòu)施工專項方案,在施工單位完成內(nèi)部審核后提交監(jiān)理單位進行審核。根據(jù)施工現(xiàn)場實際情況及施工圖紙的技術(shù)要求,監(jiān)理重點對施工方案中涉及地腳螺栓預(yù)埋的控制措施以及重型鋼梁吊裝方案可行性審核,經(jīng)總監(jiān)簽字確認(rèn)后作為工程的控制依據(jù)。監(jiān)理根據(jù)相關(guān)文件及時編制監(jiān)理實施細則,并組織相關(guān)人員進行交底與學(xué)習(xí),以明確監(jiān)理工作的內(nèi)容、程序以及控制措施,使其掌握鋼結(jié)構(gòu)工程的技術(shù)要點,做到標(biāo)準(zhǔn)清晰明確,措施控制合理,確保監(jiān)理工作能循序漸進地展開。
施工圖是監(jiān)理人員對工程質(zhì)量進行控制的直接依據(jù),而圖紙會審則是保障完成建設(shè)目標(biāo)的重要手段。通過圖紙會審使參建單位熟悉圖紙、領(lǐng)會設(shè)計意圖、掌握工程的難點,找出需要解決技術(shù)難點的措施,使圖紙中的問題得到及時解決,對節(jié)約工程成本和縮短工期均有促進作用。作為監(jiān)理人員應(yīng)重點審查施工圖紙是否齊全,建筑圖與結(jié)構(gòu)圖中軸線位置是否一致,相對標(biāo)高、尺寸是否標(biāo)注清楚,引用的圖集是否整齊、是否存有違返強制性條文的規(guī)定等,將圖紙審查的意見整理成稿,由設(shè)計單位簽署回復(fù)意見,作為施工和監(jiān)理人員現(xiàn)場質(zhì)量控制的依據(jù)。
監(jiān)理人員對涉及結(jié)構(gòu)安全和功能使用的原材料必須進行驗收,并嚴(yán)格落實見證取樣送檢制度。鋼梁在加工制作完成后運至現(xiàn)場,監(jiān)理應(yīng)會同質(zhì)檢人員對鋼梁進行全面驗收檢查,并做詳細記錄作為鋼梁安裝就位的依據(jù),以防因制作誤差太大影響安裝精度。檢查構(gòu)件的編號、外觀幾何尺寸、螺栓孔位置、焊接坡口的角度是否符合圖紙設(shè)計,焊縫外觀是否存有缺陷,鋼板厚度是否符合驗收規(guī)范,鋼梁的摩擦面是否存有油漆、氧化皮,螺栓孔周邊是否有飛邊、毛刺,表面油漆是否存有露底現(xiàn)象等,同時核查隨車攜帶的質(zhì)保資料,主要包括:產(chǎn)品合格證及技術(shù)文件;高強度螺栓摩擦面抗滑移系數(shù)試驗報告;鋼材、連接材料、涂裝材料的質(zhì)量證明和試驗檢測報告;焊縫無損檢驗報告及涂層檢測資料;鋼構(gòu)件發(fā)貨運輸清單。
地腳螺栓定位預(yù)埋準(zhǔn)確與否是鋼結(jié)構(gòu)能否實現(xiàn)順利安裝的重要環(huán)節(jié),故高大柱頂?shù)啬_螺栓的定位預(yù)埋成為監(jiān)理控制工作的重中之重。
(1)高大柱模板采用鋼模板安裝施工,通過軸線彈出高大柱的位置,在鋼模板的四角采用 U 型鋼筋埋入二層華夫樓板混凝土內(nèi),以便纜風(fēng)繩在鋼模板的四角進行固定,通過纜風(fēng)繩拉結(jié)作用對鋼模板的垂直度進行調(diào)整,經(jīng)校正驗收合格后,在鋼模四周每邊用 2 根鋼管作頂拋桿與鋼管架進行鋼性固定。
(2)根據(jù)現(xiàn)場施工要求,采用水準(zhǔn)儀中絲讀數(shù)法將標(biāo)高基準(zhǔn)點引測到高大柱模板的側(cè)面上,并用紅漆畫出三角形來作為控制混凝土澆筑面的標(biāo)高標(biāo)識,混凝土澆筑面按設(shè)計要求應(yīng)低于鋼結(jié)構(gòu)柱腳板 50mm 為準(zhǔn),再根據(jù)混凝土澆筑面確定地腳螺栓頂標(biāo)高以及定位鋼板的安裝固定位置。
(3)采用 2″ 級經(jīng)緯儀將高大柱軸線投放到鋼模上口形成十字線,并用紅油漆標(biāo)識清楚,再將鋼模上口的“十”字中心線投測到螺栓定位板上,據(jù)此調(diào)節(jié)地腳螺栓進行就位,經(jīng)監(jiān)理驗收精度滿足 ±2mm 要求后,再用Φ14mm 定位鋼筋頂緊在鋼模板的四周與地腳螺栓及柱鋼筋進行焊接固定。
(4)混凝土澆筑時,在高大柱兩個軸線方向架設(shè)經(jīng)緯儀,對高大柱的垂直度進行監(jiān)測,一旦發(fā)現(xiàn)偏差超H/1000mm 時應(yīng)立即糾正,通過此法控制地腳螺栓的預(yù)埋位置。在鋼柱模板拆除完成后,對地腳螺栓進行測放“十”字中心線,并對偏差進行復(fù)核記錄,作為柱頂鋼梁安裝就位的依據(jù)。
監(jiān)理人員應(yīng)嚴(yán)格督促施工單位嚴(yán)格按驗收規(guī)范、施工方案等落實鋼梁的安裝控制,重點做好調(diào)節(jié)螺母標(biāo)高的復(fù)核、鋼梁吊裝過程的旁站。
(1)由于重型鋼梁安裝在 339m×201.2m廠房中部339m×142.2m區(qū)域內(nèi),現(xiàn)場塔吊無法滿足鋼梁吊裝需求,且數(shù)量眾多,考慮吊裝的經(jīng)濟性及方便性,在每側(cè)核心區(qū)與支持區(qū)的交接部位預(yù)留卸車通道,待鋼梁安裝完成后再對通道區(qū)進行施工??紤]重型鋼梁重量及施工進度要求,在每棟廠房的華夫樓板上設(shè)置4臺 QUY80 型履帶吊由中部向兩側(cè)分別吊裝,在履帶吊行走路線上鋪設(shè) 20mm 厚鋼板以均布施工荷載,經(jīng)對樓板承載力驗算,滿足行走及吊裝荷載要求。
(2)督促鋼結(jié)構(gòu)加工廠應(yīng)按照施工順序進行鋼梁的下料、制作加工,并按鋼梁順序進行發(fā)貨運輸,鋼梁通過卸車通道運輸至待安裝單元區(qū)域,經(jīng)監(jiān)理人員現(xiàn)場驗收合格后再吊運至二層華夫樓板面進行堆放整齊,堆放時應(yīng)采取適當(dāng)分散集中荷載的原則,同時應(yīng)有防傾倒的安全措施。
(3)鋼梁的安裝首先進行柱頭梁的安裝,安裝前在地腳螺栓底部擰入一個調(diào)節(jié)螺母及鋼墊板,作為對柱頭梁標(biāo)高的控制,再用履帶吊將鋼梁緩緩吊起移動,并用兩根溜繩作牽引,保持鋼梁的平衡穩(wěn)定,當(dāng)?shù)踹\至待安裝柱頂位置時,將柱腳板螺栓孔對正穿入地腳螺栓,用全站儀對鋼梁的頂標(biāo)高、軸線進行調(diào)整,達到標(biāo)準(zhǔn)后及時擰緊螺母。
(4)在同一單元區(qū)域的柱頭梁安裝完成后,進行重型鋼梁的安裝。首先在鋼梁上安裝安全繩以保障施工人員操作安全,其次清除高強螺栓摩擦面上的防護包裝紙。起吊前在鋼梁兩端分別設(shè)置溜繩以便鋼梁的控制就位,鋼梁安裝時需兩臺履帶吊進行抬吊安裝,履帶吊作業(yè)時應(yīng)保持有足夠的安全操作距離。在抬吊過程中應(yīng)有指揮人員進行協(xié)調(diào)指揮,做到同步緩慢進行,待鋼梁就位后穿入安裝螺栓作臨時固定,用扳手?jǐn)Q緊使連接面結(jié)合緊密,臨時安裝螺栓數(shù)量不少于節(jié)點螺栓數(shù)量的 30% 且不少于 2 顆,然后對鋼梁的水平度、錯縫進行校正調(diào)整,直到滿足驗收規(guī)范要求。
(5)在重型主框鋼梁安裝形成一個穩(wěn)定單元區(qū)域后進行次鋼梁安裝,由于次鋼梁重量較輕,在塔吊起重能力范圍內(nèi)作優(yōu)先吊裝施工,若不在起重范圍的則采取一臺履帶吊進行起吊安裝,起吊前在鋼梁兩端分別設(shè)置溜繩以便對鋼梁進行控制。次梁安裝時應(yīng)注意方向正確和就位準(zhǔn)確,就位后穿入安裝螺栓作臨時固定擰緊,并對標(biāo)準(zhǔn)單元區(qū)域的鋼框架進行校正調(diào)整。
在完成標(biāo)準(zhǔn)區(qū)域鋼梁吊裝后,應(yīng)對重型(次)鋼梁進行擰入高強螺栓作置換出安裝螺栓,即進入高強螺栓施工環(huán)節(jié)。
(1)工程采用 10.9S 扭剪型高強螺栓,監(jiān)理人員應(yīng)檢查高強螺栓連接副隨箱攜帶的扭矩系數(shù)和緊固力檢驗報告,并督促施工單位及時對高強螺栓作扭矩系數(shù)復(fù)驗,復(fù)驗用螺栓連接副應(yīng)在施工現(xiàn)場待安裝的螺栓批中隨機抽取,同一批號按每 3000 套/批,隨機抽取 8 套為 1 批,復(fù)驗合格后方可使用。
(2)高強度螺栓的安裝應(yīng)能自由穿入孔,嚴(yán)禁強行穿入,如不能自由穿入時,該孔應(yīng)用鉸刀進行修整,修整后孔的最大直徑應(yīng)小于 1.2 倍螺栓直徑。修孔時,為了防止鐵屑落入板迭縫中,鉸孔前應(yīng)將四周螺栓全部擰緊,使板迭密貼后再進行修孔,嚴(yán)禁采取氣割擴孔。
(3)將安裝螺栓替換成扭剪型高強度螺栓,連接板處螺栓的緊固應(yīng)從中間開始,對稱向周圍的順序進行。緊固分兩次進行,初擰采用專用定扭電動板手,初擰值達到螺栓標(biāo)準(zhǔn)軸力的 50% 左右,終擰則以梅花卡頭擰掉視為合格。
(4)高強度螺栓終擰后,要保證有 2~3 扣的余絲露在螺母外圈,其中允許有 10% 的螺栓絲扣外露 1 扣或 4 扣。
(5)當(dāng)高強螺栓緊固完成后,對該片區(qū)的鋼梁再次進行整體觀測,并做好記錄,根據(jù)記錄的偏差值大小及偏差方向,決定對焊接前偏差是否還需要進行局部尺寸調(diào)整以及確定焊接順序、焊接方向、焊接收縮的傾斜預(yù)留量,然后交付焊接班組進行施焊。
鋼結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場焊接工作是確保鋼結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量非常重要的環(huán)節(jié)之一,監(jiān)理應(yīng)做好施焊、外觀檢查、無損探傷等各道環(huán)節(jié)的控制。
(1)現(xiàn)場鋼梁節(jié)點焊接主要是H型鋼梁上下翼緣板的對接,采用 CO2氣體保護焊,焊接質(zhì)量等級為二級,鋼梁材質(zhì)為 Q345B,焊絲采用 ER50-3 系列實芯焊絲,主要壁厚有 20mm、25mm、30mm、35mm 和 38mm。
(2)現(xiàn)場焊接順序應(yīng)先焊接約束度較大而不能自由收縮的焊縫,后焊接約束度較小而能自由收縮的焊縫,由此先焊接主梁,后焊接次梁的順序進行施焊。
(3)鋼梁對接焊接時,應(yīng)先焊接一端,然后再焊接另一端,禁止兩端同時開焊。在鋼梁的一個對接口焊接時,先焊接下翼緣,然后焊接上翼緣,此種焊接順序可減小因焊接變形造成的鋼梁下?lián)稀?/p>
(4)因現(xiàn)場焊接屬于高空作業(yè),故應(yīng)在現(xiàn)場搭設(shè)穩(wěn)固的操作平臺和防護棚,并在施焊部位的下部設(shè)置接火盆。施焊前應(yīng)采用鋼絲刷、砂輪等工具對焊縫表面的氧化皮、鐵銹等雜物進行清除干凈。
(5)現(xiàn)場的焊縫應(yīng)冷卻到環(huán)境溫度后進行外觀檢查,焊縫表面不得有電弧擦傷、氣孔、夾渣、裂紋、焊瘤等缺陷,檢查時應(yīng)配備放大鏡并在適合的光照條件下進行,當(dāng)存有疑義時,應(yīng)采用磁粉探傷或滲透探傷進行復(fù)查。
(6)現(xiàn)場所有焊縫的外觀檢查合格,且在焊接完成24 h 后,應(yīng)組織第三方檢測單位做好現(xiàn)場焊縫無損探傷檢測工作,并督促施工單位對鋼柱腳采用 C40 無收縮灌漿料進行二次灌漿。
綜上所述,通過對某大型工業(yè)廠房屋面鋼結(jié)構(gòu)工程的施工方案進行針對性、可行性審核,對實施中過程中的地腳螺栓預(yù)埋、重型鋼梁安裝、高強螺栓安裝、鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場焊接等主要控制要點進行闡述。經(jīng)施工單位精心組織并實施各項技術(shù)措施,工程未出現(xiàn)質(zhì)量問題。在監(jiān)理見證下對現(xiàn)場焊接的翼緣板焊縫作無損探傷檢測,質(zhì)量等級符合 GB 50205—2012《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》二級焊縫質(zhì)量驗收規(guī)定,各項工程的質(zhì)量指標(biāo)滿足驗收規(guī)范要求,也取得了較為理想的工作成果。為復(fù)雜環(huán)境下實現(xiàn)重型鋼結(jié)構(gòu)安裝工程的監(jiān)理控制提供了有益借鑒。