鬧市中心狹小場(chǎng)地大跨度超厚板鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)

李世民，余自強(qiáng)，李舉輝，孟召虎，何 路，漢光昭，黎建寧，李 艷，王志剛

(中建三局集團(tuán)有限公司，湖北 武漢 430040)

1 工程概況

1.1 項(xiàng)目概況

蘭州市城關(guān)區(qū)清華小學(xué)綜合樓建設(shè)項(xiàng)目位于蘭州市城關(guān)區(qū)酒泉路，地處鬧市區(qū)。項(xiàng)目規(guī)劃為1棟綜合性教學(xué)樓，地下3層(含隔震層)，地上6層，框架結(jié)構(gòu)，基坑設(shè)計(jì)開(kāi)挖深度為-14.85m，地下水位為-2.100m。項(xiàng)目效果如圖1所示。

圖1 清華小學(xué)綜合樓效果

1.2 周圍環(huán)境概況

項(xiàng)目南、北兩側(cè)各為1棟5層建筑物，距基坑邊緣平均距離為3m；東側(cè)為夜市一條街，距擬建建筑最近距離為1.8m,東側(cè)沿?cái)M建建筑基坑邊為一條10kV高壓電線；西側(cè)緊鄰酒泉路主干道，酒泉路人行道距擬建建筑平均距離僅1.5m，且順酒泉路人行道靠基坑一側(cè)為軍用電纜溝和通信電纜溝，現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地狹小，施工環(huán)境復(fù)雜(見(jiàn)圖2)。

圖2 清華小學(xué)綜合樓周圍環(huán)境

1.3 籃球場(chǎng)和會(huì)議室建筑概況

地下1層為籃球場(chǎng)，上部為隔震層，6層為大跨度會(huì)議室。3根104t箱形鋼梁為轉(zhuǎn)換梁，位于地下1層籃球場(chǎng)頂板，隔震層下部，由9根33t箱形柱支撐。6層局部為25m×22m大跨度鋼結(jié)構(gòu)井字梁屋面板，單構(gòu)件最重8.5t。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 受力分析

箱形梁承受上部整棟樓近一半荷載，梁變形過(guò)大直接影響上部結(jié)構(gòu)安全，要求箱形梁在滿足使用功能的前提下截面小、剛度大。教學(xué)樓側(cè)立面結(jié)構(gòu)模型如圖3所示。

圖3 側(cè)立面結(jié)構(gòu)模型

2.2 設(shè)計(jì)方案確定

結(jié)構(gòu)選擇考慮2個(gè)方案：①鋼筋混凝土現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)梁自重大、截面大、抗震性能較差，但受場(chǎng)地影響較小，施工方便，技術(shù)難度較低；②采用特種鋼材Q390GJ鋼，工廠加工箱形轉(zhuǎn)換梁，自重小、截面小、剛度大、抗震性能好，但受場(chǎng)地影響，加工、運(yùn)輸、吊裝困難，技術(shù)難度較高。根據(jù)以上分析，最終選擇鋼箱梁和箱形鋼柱為轉(zhuǎn)換梁柱。

3 施工整體思路

3.1 施工重難點(diǎn)分析

1)鬧市中心，場(chǎng)地狹小 該項(xiàng)目位于蘭州市鬧市中心，東側(cè)與夜市一條街僅一圍墻之隔，建筑物四周外輪廓線與用地紅線多處重合，基坑開(kāi)挖后，坑頂距四周施工圍墻平均只有2m，北側(cè)緊鄰大清真寺，南側(cè)緊鄰原有建筑明德宮，場(chǎng)地非常狹小，所有材料和人員只能從西側(cè)酒泉路出入，鋼結(jié)構(gòu)主要在地下和屋面結(jié)構(gòu)涉及，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法設(shè)置材料、構(gòu)件堆場(chǎng)，鋼結(jié)構(gòu)吊裝起重機(jī)無(wú)站位，酒泉路主干道車流量大，交通疏導(dǎo)困難。

2)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面大、鋼梁跨度大、對(duì)構(gòu)件撓度變形要求高 本項(xiàng)目鋼結(jié)構(gòu)施工重難點(diǎn)主要為地下部分9根箱形柱和3根箱形梁。箱形柱截面為1 500×1 300×60×60，單根鋼柱長(zhǎng)11.5m、重32t；箱形梁截面為2 000×1 100×90×100，單根鋼箱梁長(zhǎng)20.75m、重104t。3根鋼箱梁為轉(zhuǎn)換梁，承受整棟建筑近一半的荷載，由于6層為20m×25m大跨度會(huì)議室，對(duì)鋼箱梁的剛度要求非常高，所有荷載施加完成后鋼箱梁撓度變形不得超過(guò)15mm。單根鋼箱梁質(zhì)量大、跨度長(zhǎng)，整體運(yùn)輸、吊裝難度非常大。

3)超厚板焊接質(zhì)量要求高 箱形梁鋼板厚100mm，箱形柱鋼板厚60mm，焊縫質(zhì)量均要求全熔透一級(jí)焊縫。焊接變形后矯正非常困難。

4)梁柱節(jié)點(diǎn)復(fù)雜 為保證鋼箱梁整體剛度，控制撓度變形，采用梁穿柱的節(jié)點(diǎn)形式，柱截面為1 300mm×1 500mm，梁截面為1 100mm×2 000mm，梁穿柱非常困難；大鋼箱梁穿柱節(jié)點(diǎn)中心有垂直于鋼箱梁的H形次梁穿過(guò)柱與大箱梁焊接，無(wú)焊接空間，焊接非常困難；大箱梁跨中及柱頂部位為隔震支座XZD,由于鋼箱梁板厚100mm，XZD板厚60mm，XZD與鋼箱梁現(xiàn)場(chǎng)焊接工作量大，焊接質(zhì)量不易保證。

3.2 施工方案確定

合理安排構(gòu)件、機(jī)械進(jìn)場(chǎng)計(jì)劃，做到構(gòu)件隨到隨吊，連續(xù)作業(yè)。起重機(jī)站位借用人行道和機(jī)動(dòng)車輔車道。由于起重機(jī)在坑頂作業(yè)，鋼結(jié)構(gòu)吊裝前，需對(duì)基坑進(jìn)行驗(yàn)算、加固軍纜管溝、編制專項(xiàng)施工方案并進(jìn)行專家論證。加強(qiáng)基坑監(jiān)測(cè)，合理規(guī)劃安排吊裝時(shí)間和交通疏導(dǎo)路線。

綜合考慮場(chǎng)地起重機(jī)站位、構(gòu)件質(zhì)量、起重機(jī)貨源，選擇400t汽車式起重機(jī)，根據(jù)起重機(jī)起重量、結(jié)構(gòu)受力要求、現(xiàn)場(chǎng)焊接量和焊接質(zhì)量、運(yùn)輸?shù)冗M(jìn)行合理分段，將每根鋼箱梁分為52.5，32.5，19t 3段，同時(shí)對(duì)每段吊點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

通過(guò)深化設(shè)計(jì)，合理分段，厚鋼板焊接最大限度在工廠完成，以減少現(xiàn)場(chǎng)厚板焊接量；施焊前需進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)焊接工藝評(píng)定，確定焊接方法；嚴(yán)格控制厚板焊縫焊接速度，焊接過(guò)程中進(jìn)行應(yīng)力消除，做好過(guò)程檢查；焊接完成后100%進(jìn)行結(jié)構(gòu)外觀尺寸檢查和探傷檢查；做好鋼箱梁施焊前后及施焊過(guò)程中的撓度檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)偏差及時(shí)糾偏。

鋼構(gòu)件加工前進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，在柱頂留主、次梁吊裝豁口(見(jiàn)圖4)，主梁帶次梁整體加工，次梁隨主梁整體運(yùn)輸、整體安裝。待主梁安裝后，次梁在箱形柱外與另一段次梁連接，解決次梁穿箱形柱與主梁焊接困難問(wèn)題；準(zhǔn)確深化XZD與鋼箱梁的相對(duì)位置，將隔震支座XZD與鋼箱梁在工廠整體加工、運(yùn)輸、安裝，減少現(xiàn)場(chǎng)焊接量，確保施工質(zhì)量。

圖4 箱形柱柱頂預(yù)留吊裝豁口

3.3 施工方法

3.3.1現(xiàn)場(chǎng)布置及交通組織

吊裝施工前，將占道方案報(bào)交通主管部門(mén)和市政道路主管部門(mén)批準(zhǔn)，根據(jù)批準(zhǔn)的方案確定起重機(jī)站位，在地面上標(biāo)出每次站位每個(gè)支腿的準(zhǔn)確位置，確定占道區(qū)域，用硬質(zhì)圍擋封閉管理，提前加固占道區(qū)域內(nèi)所有管線，對(duì)基坑側(cè)壁進(jìn)行安全驗(yàn)算，并通過(guò)專家論證，起重機(jī)站位區(qū)域滿鋪20mm厚鋼板。吊裝時(shí)占道區(qū)域兩端張貼占道區(qū)域及非機(jī)動(dòng)車和行人繞行圖，設(shè)專人疏導(dǎo)交通。由于此路段為主干道，車流量大，封閉交通前申請(qǐng)交通管理部門(mén)調(diào)整疏導(dǎo)區(qū)域交通。所有鋼構(gòu)件0:00后進(jìn)場(chǎng)，白天吊裝，連續(xù)進(jìn)行。

3.3.2吊裝方法

起重機(jī)3次站位，每次吊裝同軸線3根箱形柱和1根鋼箱梁，距起重機(jī)最遠(yuǎn)的箱形柱分2段加工、運(yùn)輸、吊裝，較近2根整體運(yùn)輸、吊裝。每根鋼箱梁吊裝前先吊裝箱形柱胎架，第1段一端放在箱形柱上，一端放在胎架橫梁上，靠胎架一端鋼箱梁端部在工廠加工成碼板；第2段鋼箱梁吊裝時(shí)一端擱置在第1段鋼箱梁碼板上，另一端安裝在第2根箱形柱上；第3段與第2段安裝方法相同。鋼箱梁吊裝完成后，移動(dòng)起重機(jī)站位，依次吊裝第2，3排箱形柱、鋼箱梁，如圖5所示。

圖5 起重機(jī)站位及鋼箱梁分段位置示意

鋼箱梁吊裝過(guò)程中及時(shí)定位、校準(zhǔn)、固定，安裝工人和焊工配合安裝，確保一次安裝準(zhǔn)確。

通過(guò)深化設(shè)計(jì)，在箱形柱上一次加工混凝土頂升孔，外墻箱形柱頂升孔朝室內(nèi)，其余箱形柱頂升孔朝起重機(jī)站位，方便后期混凝土頂升。

3.3.3質(zhì)量控制

焊接前，須進(jìn)行相應(yīng)焊接環(huán)境下的工藝評(píng)定試驗(yàn)，評(píng)定合格后進(jìn)行焊接?？己撕腹に剑瑱z查焊接工具是否正常。

焊接時(shí)，嚴(yán)格按焊接方案施焊，先除銹、打磨和清除坡口兩側(cè)油污及水分，焊接過(guò)程中及時(shí)清除層間焊渣、飛濺、毛刺等，采用設(shè)計(jì)焊條型號(hào)施焊，嚴(yán)格控制焊接速度，檢查焊接設(shè)備是否正常運(yùn)行。加大焊接能量密度，減少熱輸入；采取小電流、快速度、多層、多道焊接工藝措施，采取火焰加熱的方式對(duì)構(gòu)件進(jìn)行去應(yīng)力回火處理、電加熱設(shè)備進(jìn)行焊接后熱處理等措施消除焊接應(yīng)力。

焊接后，檢查焊接外形尺寸和缺陷，對(duì)所有焊接接頭進(jìn)行質(zhì)量探傷檢驗(yàn)。上部荷載施加過(guò)程中做好鋼箱梁撓度變形監(jiān)測(cè)。

3.4 安全管理

箱形柱吊裝前，在柱頂安裝防墜器，柱身安裝爬梯，與箱形柱連接牢固。在鋼箱梁上部焊防護(hù)欄，掛φ8鋼絞線，用于掛安全帶。施焊部位四周和下部鋪掛防火布，每個(gè)焊接點(diǎn)配置≥2個(gè)滅火器。嚴(yán)格落實(shí)動(dòng)火審批手續(xù)，設(shè)專職看火人。

起重機(jī)嚴(yán)禁超載起吊，設(shè)置吊裝區(qū)域，配置專職安全員全程旁站，設(shè)專人疏散道路行人及非機(jī)動(dòng)車，道路封閉兩端掛揚(yáng)聲器，持續(xù)宣傳安全警示及疏散線路。

4 結(jié)語(yǔ)

在鬧市中心狹小場(chǎng)地進(jìn)行超大、超重、超厚板鋼結(jié)構(gòu)施工，不僅要綜合考慮加工、運(yùn)輸、堆放、吊裝場(chǎng)地，吊裝機(jī)械、吊裝方式、交通疏導(dǎo)等多方面因素，還要考慮經(jīng)濟(jì)性、可靠性和可操作性。蘭州市城關(guān)區(qū)清華小學(xué)綜合樓建設(shè)項(xiàng)目鋼結(jié)構(gòu)的成功實(shí)施極大地降低了施工成本，在保證施工質(zhì)量的同時(shí)提高了施工效率，也為類似工程積累了經(jīng)驗(yàn)。