火電廠大跨度輸煤鋼桁架棧橋整體安裝工藝研究

中國(guó)電建集團(tuán)福建工程有限公司 楊黎峰

鋼桁架具有布置自由、跨度大、整體美觀、結(jié)構(gòu)輕巧、便于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛推廣應(yīng)用?；痣姀S高大跨度輸煤棧橋鋼桁架安裝最大難度在于棧橋鋼桁架吊裝就位。棧橋通常采用鋼構(gòu)件散裝或分榀吊裝，其高空工作量大、危險(xiǎn)性高、安裝工期長(zhǎng)。我公司在福能晉南熱電廠圓形煤場(chǎng)棧橋鋼桁架安裝中對(duì)傳統(tǒng)工藝進(jìn)行改進(jìn)，創(chuàng)新性采用鋼桁架整體吊裝技術(shù)，解決了高空焊接和吊裝作業(yè)量大的難題，確保了施工安全和工期進(jìn)度。

1 鋼棧橋吊裝就位方案的確定

福能晉南熱電廠圓形煤場(chǎng)內(nèi)的輸煤棧橋鋼桁架，水平總長(zhǎng)度47.6m，懸挑端長(zhǎng)度4.4m，質(zhì)量81.8t，就位離地高度為32.607m。由于鋼桁架就位高、跨度和重量大，中間還必需跨越高度16.5m的圓形煤場(chǎng)擋煤墻建筑物。若采用傳統(tǒng)的安裝工藝，即鋼構(gòu)件散裝或者分榀吊裝，其高空作業(yè)量大、危險(xiǎn)性高、安裝工期長(zhǎng)。為了減少鋼桁架高空拼裝工作量，降低安全風(fēng)險(xiǎn)，決定對(duì)傳統(tǒng)工藝進(jìn)行改進(jìn)，將鋼桁架零散鋼構(gòu)件集中至地面組裝，拼裝完成后整體吊裝。

1.1 鋼桁架的整體組合

由于在施工階段，圓形煤場(chǎng)內(nèi)地面高低起伏而場(chǎng)外地面高差大，基礎(chǔ)附近未回填壓實(shí)，周圍建筑物多、空間狹小、施工場(chǎng)地小。根據(jù)鋼桁架的外形尺寸，結(jié)合場(chǎng)地現(xiàn)狀，決定在圓形煤場(chǎng)內(nèi)組裝鋼桁架。由于鋼桁架外形龐大，所以必須盡可能選擇在鋼桁架就位下方位置邊緣處作為組合吊裝場(chǎng)地，桁架在地面拼裝完畢后經(jīng)驗(yàn)收合格，即進(jìn)行橋面壓型鋼板底模的鋪設(shè)、栓釘焊接，鋼筋綁扎、花紋鋼板鋪設(shè)、護(hù)欄鋼管、及封閉安裝。

1.2 起重機(jī)械工況和索具的選用

根據(jù)鋼桁架的整體重量、外形尺寸、吊裝高度及作業(yè)環(huán)境，對(duì)起重機(jī)械的吊裝工況進(jìn)行選擇，避免機(jī)械超負(fù)荷作業(yè)（雙機(jī)抬吊負(fù)荷率＜80%的額定載荷）或者發(fā)生卡桿的情況；根據(jù)鋼桁架結(jié)構(gòu)的外形結(jié)構(gòu)特點(diǎn)選擇合適的吊點(diǎn)位置，然后根據(jù)力學(xué)計(jì)算和對(duì)吊裝索具的安全要求（需滿足6倍的安全系數(shù)），選擇合適的鋼絲繩。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，將鋼桁架的重量，框架尺寸、起重機(jī)械的工況作業(yè)環(huán)境等相關(guān)參數(shù)確定以后，通過(guò)CAD建立吊裝模型，模擬鋼桁架整體吊裝過(guò)程，并對(duì)模擬過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行分析和調(diào)整相關(guān)參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)鋼桁架在現(xiàn)場(chǎng)整體吊裝的一次性成功。從吊裝模擬的結(jié)果中確定了采用一臺(tái)LMT500和一臺(tái)中聯(lián)500t主臂長(zhǎng)均為57.7m的汽車吊，作為吊裝起重機(jī)。

2 吊點(diǎn)選擇及負(fù)荷計(jì)算

2.1 桁架重心計(jì)算

桁架總質(zhì)量81.8t，分為兩部分（圖1），斗輪機(jī)中心柱上方長(zhǎng)度10m區(qū)域質(zhì)量G1=29.145t，另一部分質(zhì)量G2=52.655t。根據(jù)力矩平衡原理，得：G1×L=G2×(23.8-L)，其中L為桁架重心距斗輪機(jī)中心柱的長(zhǎng)度；所以29.145L=52.655×23.8-52.655L，81.8L=1253.189，L=15.32m，所以桁架重心距桁架一端（斗輪機(jī)側(cè)）15.32+5=20.32m。

圖1 棧橋鋼桁架重心計(jì)算示意圖

2.2 吊車載荷受力計(jì)算

兩臺(tái)吊車吊點(diǎn)如圖2，F(xiàn)1是中聯(lián)500T汽車吊吊點(diǎn)，F(xiàn)2是LTM500T汽車吊吊點(diǎn)。F1+F2=81.8，F(xiàn)1×（20.32-2）＝F2×(47.6-20.32-6.605)，經(jīng)計(jì)算得F1=43.37t，F(xiàn)2=38.42t。

圖2 兩臺(tái)500t汽車吊受力載荷計(jì)算示意圖

依據(jù)《JGJ276-2012建筑施工起重吊裝工程安全技術(shù)規(guī)范》3.0.17中規(guī)定，采用雙機(jī)抬吊時(shí)，宜選用同類型或性能相近的起重機(jī)，負(fù)荷分配應(yīng)合理，單機(jī)載荷不得超過(guò)額定起重量的80%，起重機(jī)性能具體計(jì)算如下：LMT500T汽車吊工況，起吊時(shí)最大工作半徑20m，臂長(zhǎng)57.7m，額定起重量66t。（38.42+0.5）/66×100%=58.97%＜80%，吊裝性能滿足要求；中聯(lián)500T汽車吊工況，起吊時(shí)最大工作半徑14m，臂長(zhǎng)59.1m，額定起重量86t。（43.37+0.5）/86×100%=51.01%＜80%，吊裝性能滿足要求。

2.3 吊裝程序

吊裝作業(yè)過(guò)程中，用CAD軟件模擬棧橋鋼桁架吊裝過(guò)程，結(jié)果如圖3所示，LMT500汽車吊站位于圓形煤場(chǎng)擋煤墻外側(cè)西北方向，吊車初始起吊時(shí)，回轉(zhuǎn)中心距桁架吊點(diǎn)中心20m，桁架就位時(shí)作業(yè)半徑為18m；中聯(lián)500t汽車吊站位于圓形煤場(chǎng)內(nèi)斗輪機(jī)中心柱東南側(cè)，吊車初始起吊時(shí)，中心距桁架吊點(diǎn)中心8m，桁架就位時(shí)作業(yè)半徑為14m。

圖3 鋼桁架吊裝平面位置圖

起吊前，事先在鋼桁架立柱上的中心線掛上線墜，吊裝時(shí)通過(guò)2臺(tái)汽車吊分別承擔(dān)棧橋鋼桁架整體兩端的重量，調(diào)整2臺(tái)吊車的起吊高度，同時(shí)，通過(guò)觀察鋼桁架立柱上中心線與線墜之間的夾角來(lái)判斷桁架的傾斜角度，當(dāng)鋼桁架立柱上中心線與線墜之間的夾角為0時(shí)，即可直接起吊就位。

2.4 鋼絲繩安全系數(shù)計(jì)算：

選用4根12米Φ43mm、規(guī)格為6×37+1+1667鋼絲繩，抗拉強(qiáng)度為1667N/mm2，鋼絲繩最小破斷拉力Sb=116t的鋼絲繩，鋼絲繩4段負(fù)荷p=F1=43.37t，鋼絲繩夾角α=42°。每個(gè)吊點(diǎn)處采用1個(gè)合金鋼額定載荷55t弓形卸扣與Φ43mm鋼絲繩連接。鋼絲繩起吊角度用55噸卸扣進(jìn)行調(diào)整；鋼桁架起吊前在桁架兩端各設(shè)2條攬風(fēng)繩，以便調(diào)整桁架精確就位。

K=(Sb×4cosα)/p=(116×4×cos42°)/43.37=7.95倍，符合安規(guī)規(guī)定千斤繩用作吊索無(wú)彎曲6～7的要求。

3 關(guān)鍵工序總結(jié)

吊裝前必須在斗輪機(jī)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求及斗輪機(jī)中心柱安裝完畢驗(yàn)收合格后進(jìn)行，重點(diǎn)復(fù)驗(yàn)鋼桁架支座及支撐系統(tǒng)的預(yù)埋件，其軸線、標(biāo)高、水平度、預(yù)埋螺栓位置及露出長(zhǎng)度等，超出允許偏差時(shí)，應(yīng)做相應(yīng)的處理。及時(shí)利用水準(zhǔn)儀實(shí)測(cè)牛腿埋件實(shí)際標(biāo)高，盡早對(duì)偏差較大的埋件進(jìn)行處理。利用線墜的垂直原理，在吊裝就位過(guò)程中準(zhǔn)確調(diào)節(jié)鋼桁架傾斜角，就能夠方便在空中傾斜鋼桁架角度至設(shè)計(jì)所需要的角度，滿足安裝就位要求。

采用本施工方法，于2019年10月7日將約重81.8t大跨度的鋼桁架吊裝就位成功。通過(guò)吊裝監(jiān)測(cè)，證明了本吊裝方案是一個(gè)能夠有效解決吊裝場(chǎng)地狹窄，且需跨越圓形煤場(chǎng)擋煤墻等建筑物的成功典型吊裝案例，這得益于事先采用CAD軟件建立與施工現(xiàn)場(chǎng)相似的作業(yè)環(huán)境和吊裝設(shè)備模型，通過(guò)模擬整個(gè)吊裝過(guò)程，直觀的展現(xiàn)整體吊裝方案，提前發(fā)現(xiàn)吊裝方案的不足并及時(shí)糾正，為大件鋼桁架整體順利吊裝奠定基礎(chǔ)。

利用線墜的垂直原理，創(chuàng)新性采用了“鋼桁架空中傾斜角度調(diào)整”技術(shù)，解決了鋼桁架就位過(guò)程中傾斜角度不易控制的難題，提高了鋼桁架就位精準(zhǔn)度。本安裝方法不但適用于大型火電廠輸煤棧橋施工，還可推廣應(yīng)用于其它工業(yè)及民用建筑，為類似鋼桁架吊裝提供了一個(gè)簡(jiǎn)單易行可供參考的施工方法，推動(dòng)了吊裝領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步，具有較好的社會(huì)效益。