某環(huán)保能源鋼結(jié)構(gòu)工程施工關(guān)鍵技術(shù)

謝貽軍，童林浪，黃立夏，唐旭 （長江精工鋼結(jié)構(gòu)（集團）股份有限公司，安徽 六安 237161）

0 引言

環(huán)保能源項目建設(shè)是近年來國家大力發(fā)展的一項改善環(huán)境及節(jié)能新舉措。項目主要由卸料平臺、垃圾池、焚燒間、凈化間和控制室構(gòu)成。由于工藝要求，一般建筑高度高、跨度大，結(jié)構(gòu)體系采用混凝土框架、鋼結(jié)構(gòu)格構(gòu)柱及網(wǎng)架或者桁架等形式。此類項目格構(gòu)柱超長超寬，網(wǎng)架安裝條件復雜，給項目安裝造成了較大困難，因此本文結(jié)合某環(huán)保能源鋼結(jié)構(gòu)工程施工重難點及相關(guān)技術(shù)進行探討。

1 工程概況

某環(huán)保能源項目占地面積約15hm2（232余畝），采用國內(nèi)一流機械爐排爐工藝，設(shè)計能力為日處理生活垃圾4200噸，配置6臺700噸/天的焚燒爐，年發(fā)電量4億 kW·h，項目總建筑面積為154945m，總計分兩個區(qū)，以主控室為軸分為一區(qū)和二區(qū)，每個區(qū)主要功能為卸料間、垃圾間、焚燒間以及煙氣凈化間4個功能區(qū)，其中卸料間及垃圾池區(qū)域主要為單層鋼筋混凝土框架+屋面網(wǎng)架，焚燒間和煙氣凈化間主體為單層格構(gòu)鋼柱+屋面網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，主控機房為5層混凝土結(jié)構(gòu)。

圖1 建筑效果圖

圖2 結(jié)構(gòu)示意圖

卸料大廳垃圾車輛通過坡道進入8m層的卸料平臺，建筑高度為22.21m；屋面結(jié)構(gòu)為螺栓球網(wǎng)架，上弦支承到混凝土柱頂，結(jié)構(gòu)跨度30.6m。垃圾池單層建筑高度為42.02m，采用混凝土框架柱，軌頂32m設(shè)置有三臺的20t抓斗吊；屋面為焊接球網(wǎng)架，上弦支承柱頂高度41.6m；結(jié)構(gòu)跨度35.45m。焚燒間建筑高度為50.82m，主鋼架由11根格構(gòu)主鋼柱和2根抗風柱及水平聯(lián)系析架組成；屋面為螺栓球網(wǎng)架，局部焊接球，下弦較支座支撐到非對稱的11根鋼柱頂；柱頂標高45.9m，網(wǎng)架平面尺寸94m×43.6m，網(wǎng)架自身最大高度3.5m。煙氣凈化間單層建筑高度為47.18m，鋼架由10根格構(gòu)柱和8根抗風柱及水平析架組成，屋面為螺栓球網(wǎng)架，局部焊接球，平面尺寸77.05m×57.5m，跨度49.65m，下弦支座柱頂標高42.5m，并在網(wǎng)架下弦設(shè)置有通常1臺3t懸掛吊。

格構(gòu)柱主要由500×18/14四肢，腹桿中168×8，140×8及HN250×125×6×9，柱肩梁t=14mm，t=20mm鋼板組合而成。網(wǎng)架鋼管材質(zhì)為Q235B，桿件規(guī)格由6O×3.5、114×4.0、159×6.0、159×8.0、180×14等；螺栓球材質(zhì)45號鋼，規(guī)格從BS100～BS240；焊接球材質(zhì)Q235B，規(guī)格中280×8、350×12、450×14、500×22等。

2 工程實施重難點分析

2.1 施工場地狹小，施工組織困難

一、二區(qū)焚燒廠房對稱布置，中間區(qū)域被汽機廠房、煙囪及主控廠房混凝土框架隔斷；加上卸料大廳、垃圾池、焚燒間以及煙氣凈化間4個功能區(qū)連續(xù)布置，長軸位置方向沒有施工場地，只有短軸端跨方向有兩條施工通道，其造成中間區(qū)域垃圾池、焚燒間和煙氣凈化間按常規(guī)方法施工屋蓋網(wǎng)架困難極大。

2.2 交叉工序多，拼裝場地有限，安裝不連續(xù)

由于焚燒間和煙氣凈化間格構(gòu)鋼柱需隨鍋爐鋼架進度吊裝，屋面網(wǎng)架需按照下部三臺鍋爐和設(shè)備順序安裝完成后方可實施；加上卸料大廳、垃圾池屋面網(wǎng)架也需混凝土框架到頂后才能安裝，故造成現(xiàn)場土建、鍋爐、設(shè)備等多工序交叉作業(yè)。同時由于焚燒廠房外圈的滲濾液處理池、辦公輔房的同步施工，焚燒廠房四周拼裝場地有限，造成屋面網(wǎng)架拼裝無場地，分片吊裝不連續(xù)的現(xiàn)狀。

2.3 高空作業(yè)風險大，安裝精度要求高

由于屋面網(wǎng)架跨度大，最大跨度為49.65m；單根格構(gòu)柱長45.9m，主肢寬度為4.0m，最大單重約80t；格構(gòu)柱超長、超寬，且重量大，格構(gòu)柱的制作采用成套的工藝和技術(shù)，確保構(gòu)件加工精度和質(zhì)量。

表1 格構(gòu)柱及網(wǎng)架安裝

3 施工關(guān)鍵技術(shù)

由重難點分析可知，本工程重點在于格構(gòu)柱制作、運輸方案及現(xiàn)場的安裝方案及屋面網(wǎng)架的安裝方案確定以及相關(guān)技術(shù)質(zhì)量控制。格構(gòu)柱采用250t履帶吊進行四節(jié)柱安裝，并采用順時針與逆時針交替安裝，降低安裝誤差，并結(jié)合柱間系桿提高格構(gòu)柱安裝穩(wěn)定性。鋼柱對接均為全熔透焊縫；現(xiàn)場高空對接，搭設(shè)防風棚，多層多道對稱焊接，確保焊接質(zhì)量。屋面垃圾池網(wǎng)架由于空間狹小采用利用吊車進行滑移的方式，其余采用大吊機分塊安裝。

3.1 超長超寬格構(gòu)柱制作

工程單根格構(gòu)柱長45.9m，主肢寬度為 4.0m，最大單重約 80t；格構(gòu)柱超長、超寬，且重量大，格構(gòu)柱的制作采用成套的工藝和技術(shù)，確保構(gòu)件加工精度和質(zhì)量。

格構(gòu)柱加工分為肩梁段、標準段及柱腳段分段制作，對于牛腿、肩梁處需要開槽焊，嚴格控制焊縫間隙和坡口尺寸，確保鋼柱的牛腿、肩梁等集中傳力位置全熔透焊縫質(zhì)量。鋼柱四肢圓管和斜腹桿加工工藝是關(guān)鍵，通過焊接工藝控制直線度和變形；格構(gòu)柱整體組拼采用定制工裝工法，鋼柱設(shè)置吊耳，拼裝胎架考慮翻身工藝，確保格構(gòu)柱組拼過程中焊縫能夠全方位焊接。

圖3 格構(gòu)柱制作

3.2 單層超高廠房鋼柱安裝

工程單層鋼柱頂標高45.9m，鋼柱分成4段，選用大型施工機械250t履帶吊分層分段吊裝；每層鋼柱配套安裝及抗風桁架走道連梁，確保結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。安裝過程中嚴格測控鋼柱分段和整體垂直精度，確保焊接質(zhì)量和控制焊接收縮變形。鋼柱對接設(shè)置吊耳和連接耳板，吊裝設(shè)置需要考慮起吊工藝和重心，方便高空對接安裝；鋼柱對接焊制定合理的焊接工藝及工序控制變形，采用對稱多層多道焊接工藝，嚴格控制焊接電流和速度；焊接時要求搭設(shè)操作平臺及防風篷來保證焊接操作的安全性。

圖4 格構(gòu)柱安裝

3.3 屋面網(wǎng)架利用行車滑移技術(shù)

垃圾池屋頂網(wǎng)架平面尺寸100m×35m，上弦支撐，柱頂標高 41.5～42.7m單坡屋面，焊接球節(jié)點，網(wǎng)架總重約150t。網(wǎng)架下方為垃圾池，支座高，無法進吊車也不便于搭設(shè)腳手架高空散拼平臺，故拼裝、吊裝難度大。采用在行車安裝完成后，在行車上搭設(shè)網(wǎng)架支撐架，充分利用行車能夠自由移動的特點和優(yōu)勢，每側(cè)采用1個卷揚機作為牽引設(shè)備，采用汽車吊地面拼裝，利用履帶吊將單片網(wǎng)架吊裝至支撐架，滑移至安裝位置。該片網(wǎng)架滑移就位后，拼裝下一片網(wǎng)架，拼裝完成后，采用相同方法，將網(wǎng)架滑移就位。并對各施工階段進行模擬分析，找出薄弱環(huán)節(jié)并進行加固處理。該技術(shù)解決起重機械無法吊裝到位的困難，上部鋼結(jié)構(gòu)和其余工種可同步施工，利用吊車作為平臺大大降低了措施費并提高了網(wǎng)架安裝質(zhì)量。

表2 垃圾池網(wǎng)架安裝

圖5 垃圾池網(wǎng)架分塊滑移

3.4 深化設(shè)計建模及BIM技術(shù)的應(yīng)用

項目主要以我司自主開發(fā)的精筑BIM+智慧項目全生命周期管理平臺為基礎(chǔ)，其融合物聯(lián)網(wǎng)，云計算及GIS等技術(shù)，實現(xiàn)工程全生命周期協(xié)同化資料管理，可視化實施進度管理，智能化項目預警，移動化信息互聯(lián)，構(gòu)件質(zhì)量可追溯性等，利用信息化手段改造傳統(tǒng)施工管理模式，提供實時、高效率、高精度的信息化管理，有效降低項目運營成本。

圖6 精工BIM管理平臺

3.4.1 碰撞檢查

以×steel軟件為BIM系統(tǒng)的應(yīng)用基礎(chǔ)，在施工深化階段實現(xiàn)傳統(tǒng)圖紙無法高效率解決的“錯/漏/碰/缺”問題，及時地進行更正，并利用BIM技術(shù)中的碰撞檢測可以三維/直觀顯示問題，并根據(jù)構(gòu)件ID碼精準定位和顯示，提高制作和施工質(zhì)量。

圖7 格構(gòu)柱節(jié)點碰撞示意

3.4.2 可視化交底

BIM技術(shù)是建筑行業(yè)從二維平面到三維立體的革命，展示在人眼前的是一個“真實”建筑，所見即所得，可以看到未來建造完成后的真實狀態(tài)。本項目在技術(shù)交底過程中增加了可視化交底，業(yè)主和施工方可以看到竣工后的建筑效果，從整體到單體，從單體到細節(jié)，都能夠真實的呈現(xiàn)，方便彼此之間的交流溝通，減少彼此的誤解和不明確問題。對于業(yè)主方，可以更細致地了解設(shè)計模型是否符合業(yè)主要求。

圖8 三維交底模型

3.4.3 漫游體驗

利用BIM技術(shù)建立虛擬人物了解整個建筑空間及發(fā)現(xiàn)設(shè)計是否符合人體工學，同時可以更好地掌握施工關(guān)鍵工序及檢驗施工方案是否合理。

當然本項目主要是在施工階段應(yīng)用BIM技術(shù)，實際客戶可以從前期規(guī)劃、設(shè)計階段等均可采用BIM技術(shù)從而有效提高各個環(huán)節(jié)的工作質(zhì)量。

4 結(jié)語

環(huán)保能源項目由于具有鮮明的行業(yè)特征，結(jié)構(gòu)系統(tǒng)一般采用格構(gòu)柱及網(wǎng)架體系或者桁架結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，同時內(nèi)部復雜的處理工藝及相關(guān)設(shè)備，給設(shè)計和施工都帶來了一定的挑戰(zhàn)。本項目采用的超長超寬格構(gòu)柱制作、運輸及安裝技術(shù)及利用吊車作為滑移平臺的安裝技術(shù)及BIM技術(shù)的給項目的高質(zhì)量的實施提供前提保證，也為類似項目的制作、安裝提供了一定的參考價值。