大型工業(yè)廠房天基板屋蓋施工技術(shù)

劉 文 革

(浙江環(huán)宇建設(shè)集團有限公司，浙江 紹興 312000)

隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，城市生活垃圾已成為制約城市化發(fā)展的重要因素，以往填埋式垃圾處理已無法滿足時代發(fā)展的新要求[1,2]。建立垃圾焚燒發(fā)電廠，可初步實現(xiàn)垃圾“減量化、無害化、資源化”，達到“變廢為寶”的效果。但如何解決超大、超高垃圾坑屋蓋結(jié)構(gòu)施工，也成為一項新難題。

1 工程介紹

紹興濱海循環(huán)生態(tài)產(chǎn)業(yè)園(二期)焚燒廠項目(見圖1)，位于浙江省紹興市濱海新區(qū)，項目用地面積230 416 m2，主廠房高60.3 m，是一座日處理2 000 t的生活垃圾焚燒發(fā)電廠，單體工程多，專業(yè)工種多，工程量大，鋼筋混凝土工程及鋼結(jié)構(gòu)工程占主導(dǎo)地位，其中垃圾坑區(qū)域位于主廠房中心區(qū)域(見圖2)。

由于垃圾坑存放的垃圾具有腐蝕性，從承重、防火、防水、防腐綜合性考慮，可采用新型無機輕質(zhì)節(jié)能材料[3]——天基板作為主要屋面板。天基板屋面鋼結(jié)構(gòu)施工包含屋面造型鋼架與屋面承重桁架，天基板穿插于兩者之間(如圖3所示)。

垃圾坑屋面鋼架(如圖4所示)由框架柱、框架梁構(gòu)成，框架柱采用焊接H型鋼，截面規(guī)格為H1 100×400×22×28，框架梁采用焊接H型鋼，截面規(guī)格為H500×300×10×16，H700×300×10×16，H1 600×400×22×25。鋼梁、鋼柱材質(zhì)均為Q235B鋼，其中主梁跨度為40.0 m，共15榀，單榀重量約20.2 t，鋼柱共10根，單根重量約為4.7 t。

屋面桁架(如圖5所示)采用焊接圓鋼管，主桁架跨度為38.5 m，單榀重量約12.8 t，共15榀。次桁架共84榀，單榀次桁架重量約為3.5 t。

2 施工重難點

難點一：垃圾坑屋面天基板安裝懸空高度51 m，為超高作業(yè)。雙向跨度為88 m×38.5 m，跨度大，危險性高，且勞動強度大、安裝效率低。

難點二：天基板施工穿插于屋面造型鋼架及承重桁架兩者之間，屋面造型鋼架主梁最重高達20.2 t，加上吊索具3 t，最大總重量達23.2 t，經(jīng)受力計算采用350 t履帶吊，常規(guī)工序為屋面桁架→天基板→屋面鋼架，此方案需要履帶吊反復(fù)移位，且吊裝工期長，故對吊裝工況分析及工序模擬優(yōu)化顯得尤為重要。

難點三：鋼架、桁架與混凝土結(jié)構(gòu)之間采用預(yù)埋件技術(shù)，預(yù)埋件節(jié)點的施工質(zhì)量直接關(guān)系到屋面鋼結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)受力安全與完成后屋面外觀成型質(zhì)量。

3 天基板材料性能要求

天基板是一類集承重、防火隔熱、防水、防腐等功能為一體的新型輕質(zhì)屋面預(yù)制板材，以鋼骨架為主要承力部件，由鋼結(jié)構(gòu)骨架和芯材結(jié)合為一體的平均密度不大于1 500 kg/m3的輕型板材[4](見圖6)。

對新進場的天基板塊，應(yīng)對其尺寸偏差及外觀質(zhì)量進行檢查，符合表1要求。

用于屋面的天基板芯材立方體抗壓強度應(yīng)不小于3.5 N/m2，其芯材技術(shù)性能應(yīng)符合表2規(guī)定。

表1 尺寸偏差及外觀質(zhì)量要求

表2 芯材技術(shù)性能指標(biāo)要求

鋼骨架為承重結(jié)構(gòu)，宜選用Q235或Q345級鋼，強度設(shè)計值按表3采用，物理性能應(yīng)符合表4規(guī)定。

表3 鋼材強度設(shè)計值 N/mm2

表4 鋼材的物理性能

4 道路設(shè)置及吊裝機械選擇

為滿足天基板運輸及廠區(qū)鋼架吊裝時履帶吊行走要求，本項目廠區(qū)道路采用永臨結(jié)合的道路結(jié)構(gòu)形式，即先做水泥混凝土路面的道路，此路面作為施工期間的臨時道路，等到工程后期再鋪設(shè)瀝青混凝土面層作為最終的廠區(qū)路面，構(gòu)造作法見表5。實拍圖見圖7。

表5 廠區(qū)道路做法

對屋面吊裝工況進行分析：采用350 t履帶吊(見圖8)，臂長60 m，角度87°，幅臂長52 m，起重量為31.0 t，垃圾坑主桁架12.8 t，主鋼梁約20.2 t+吊索具3.0 t=23.2 t<31.0 t，吊裝滿足要求。

吊裝吊索計算：垃圾坑屋面主桁架重約12.8 t，主鋼梁重約20.2 t，均采用4點吊裝，吊裝角度控制在60°左右，則每根鋼絲繩受力為：T=20.2×1.2÷(3×sin60°)=9.3 t，即93 kN。計算公式：N<[Fg]=α×Fg/K。其中，[Fg]為鋼絲繩的允許拉力；Fg為鋼絲繩的鋼絲破斷拉力總和；α為換算系數(shù)，0.82；K為鋼絲繩的安全系數(shù)，作吊索用時取6。根據(jù)《建筑施工手冊》規(guī)定(見表6)，選用φ36.5，6×37+1的鋼絲繩,公稱抗拉強度1 700 N/mm2。[Fg]=0.82×959.5/6=131.1 kN>93 kN，滿足要求。

表6 鋼絲繩主要規(guī)格及荷重性能

卡環(huán)計算：垃圾坑鋼結(jié)構(gòu)吊裝時選用13.5 t的D型卸扣，通過查閱表7數(shù)據(jù)，工作負荷 13.5 t>9.3 t，滿足要求。

表7 卡環(huán)工作負荷表

5 鋼結(jié)構(gòu)安裝方案優(yōu)化

垃圾坑屋面鋼結(jié)構(gòu)原安裝思路(見圖9，圖10)：先安裝屋面承重桁架，然后再安裝屋面造型鋼架及相應(yīng)檁條和屋面天基板，現(xiàn)場安裝時由南至北逐步進行施工。

通過建立的BIM模型，可以直觀發(fā)現(xiàn)天基板吊裝未考慮到天基板為模數(shù)化預(yù)制板，采用此施工工序，不利于最后預(yù)制天基板的安裝，易造成已完成的鋼架在天基板吊裝焊接時破壞。

對此，對屋面吊裝進行優(yōu)化，將屋面桁架、屋面鋼架安裝劃分為三個區(qū)域(見圖11，圖12)，吊裝工序為分區(qū)塊逐步進行，順序如下：1區(qū)桁架吊裝→2區(qū)桁架吊裝→1區(qū)天基板吊裝→3區(qū)桁架吊裝→2區(qū)天基板吊裝→1區(qū)鋼架吊裝→3區(qū)天基板吊裝→2區(qū)鋼架吊裝→3區(qū)鋼架吊裝。

通過優(yōu)化后的方案，整體工期提前了6 d，直接經(jīng)濟效益152 000元，同時為北側(cè)幕墻專業(yè)的龍骨堆放提供了場地，對項目整體進度把控效果顯著。

6 預(yù)埋節(jié)點施工要點

6.1 桁架—混凝土節(jié)點施工

本工程大跨度桁架支座為混凝土柱子，因此控制好預(yù)埋件的安裝質(zhì)量至關(guān)重要，最大的難題就是預(yù)埋件精確定位和標(biāo)高控制，經(jīng)過與鋼結(jié)構(gòu)施工單位商討，確定了桁架支座處預(yù)埋件(如圖13所示)水平向的容許誤差為±2 mm，角度誤差不超過±15′，為滿足要求，采取以下措施：

1)預(yù)埋板采用30 mm厚度，尺寸為600×600，底部插入混凝土錨筋采用HRB400，直徑25，采取穿孔塞焊，鋼板開孔φ27。

2)鋼板錨栓高出預(yù)埋板200，與預(yù)埋板不焊接。

3)預(yù)埋件下復(fù)雜結(jié)構(gòu)使混凝土澆搗困難，經(jīng)設(shè)計同意，鋼板預(yù)留注漿孔φ80，并預(yù)留φ50的出氣孔方便觀察埋件下的填充情況，避免混凝土出現(xiàn)空洞。

6.2 鋼架—混凝土節(jié)點施工

鋼架柱子是上部鋼梁傳力構(gòu)件，為了便于調(diào)整鋼柱安裝標(biāo)高，在下部混凝土柱施工時，預(yù)留100 mm高度(見圖14)，待鋼柱安裝、調(diào)整后對柱底采用C30微膨脹混凝土二次灌注，采用此法，能方便精確控制鋼柱的安裝標(biāo)高。

7 天基板安裝

主要工藝流程[5,6]為：放線→吊裝→調(diào)整板縫間距→焊接→檢查→嵌縫→驗收。

1)放線：備齊連接件、配套材料，根據(jù)排版圖，放出水平和高度控制線。

2)吊裝：有序吊裝，遵循“一吊一固定”原則，逐塊安裝，不宜累積多塊成批固定，板擱置在支座上的長度不得小于60 mm(見圖15)。

3)調(diào)整板縫間距：安裝后板縫應(yīng)均勻一致，最大縫寬不宜超過30 mm，板上洞口不應(yīng)大于30 mm。

4)焊接：預(yù)制板應(yīng)與桁架連接節(jié)點焊接，焊接點位不得小于3處，焊縫長度不小于60 mm，焊縫高度為4 mm，并應(yīng)均勻一致，焊接完成后進行涂漆，防止銹蝕。

5)檢查：安排專人逐一檢查，避免漏焊少焊接，對不合格點進行重焊，并對吊裝過程中漆膜脫落部位及嵌縫兩側(cè)漏漆處進行補漆。

6)嵌縫：采用2φ6通長鋼筋點焊于桁架面板上，用φ20的發(fā)泡聚乙烯棒塞入縫隙中，最后用水泥砂漿封堵縫隙(見圖16)。

7)驗收：嵌縫完成，自檢無誤，將現(xiàn)場雜物清理完畢后，填寫報驗資料，并申請現(xiàn)場驗收。

8 結(jié)語

新型綠色預(yù)制材料應(yīng)用具有劃時代意義，桁架+天基板組合結(jié)構(gòu)形式在未來具有廣闊的應(yīng)用空間。針對這項新工藝，要注意準(zhǔn)備工作，能應(yīng)用BIM等新技術(shù)輔助攻克難題，改進方案，在質(zhì)量控制中要注意預(yù)埋件的定位與澆搗措施，使項目安全順利進行，質(zhì)量得以創(chuàng)優(yōu)。希望通過本項目總結(jié)下來的成功經(jīng)驗，能為后續(xù)類似工程提供參考經(jīng)驗。