淺談某紙業(yè)污水廠鋼膜結(jié)構(gòu)吊裝施工技術(shù)應(yīng)用與質(zhì)量控制管理

耿金彪

上海博丹環(huán)境工程技術(shù)股份有限公司 上海 200940

引言

針對(duì)污水處理過(guò)程中惡臭氣體收集的最有效辦法是對(duì)污水池進(jìn)行加蓋，然后用風(fēng)管連接進(jìn)行換氣，將惡臭氣體引到廢氣處理裝置進(jìn)行凈化處理。污水池體鋼膜結(jié)構(gòu)加蓋是近年來(lái)興起的一種新型技術(shù)，具有結(jié)構(gòu)安全、防腐耐久、美觀大方等諸多優(yōu)點(diǎn)，解決了污水池散發(fā)惡臭異味的難題。但是當(dāng)污水池跨度比較大時(shí)，由于其周邊環(huán)境差，無(wú)堆放物料和合適的吊點(diǎn)，造成施工困難。因此必須針對(duì)此類項(xiàng)目進(jìn)行專題研究，因地制宜地去解決此吊裝問(wèn)題，滿足施工的具體要求。

1 工程概況

本項(xiàng)目位于湖北省黃岡市，是國(guó)內(nèi)一家大型造紙企業(yè)的污水處理工程，為保證惡臭氣體逸散，對(duì)污水池體進(jìn)行鋼膜加蓋。本工程的鋼膜加蓋內(nèi)容為：2座直徑72m的圓形池體（固定式），2座50m的圓形池體（旋轉(zhuǎn)式），2座30m的圓形池體（旋轉(zhuǎn)式）。其中72m圓形池體跨度大，周邊無(wú)物料周轉(zhuǎn)空間，因此施工難度較大。在施工方案中必須要重點(diǎn)進(jìn)行控制，合理安排物料布置、吊點(diǎn)安排、吊裝措施，并進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)吊裝過(guò)程中的各種工況的計(jì)算，確保鋼梁起吊時(shí)的強(qiáng)度和撓度在設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)，結(jié)構(gòu)三維軸側(cè)圖如圖1所示。

圖1 三維軸測(cè)圖

2 施工環(huán)境分析

由于本項(xiàng)目的污水池跨度較大，周?chē)h(huán)境復(fù)雜，障礙物較多，給鋼膜結(jié)構(gòu)的吊裝施工作業(yè)帶來(lái)非常大的困難。6座圓形池體高出地面4m，周?chē)袑捈s6m的廠區(qū)道路，污水池外部無(wú)鋼構(gòu)堆料區(qū)域，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)吊裝施工要求高。另外在污水池體周?chē)乃幚碓O(shè)備和管線較多，吊車(chē)可以站立位置空間狹小。本項(xiàng)目為新建工程，污水池內(nèi)尚未通水，可以利用污水池內(nèi)部空間進(jìn)行物料堆放和吊裝，經(jīng)施工方與業(yè)主方反復(fù)溝通，最終采用了將吊車(chē)放置于池體中央位置的施工方案。

3 施工工藝流程

本項(xiàng)目通過(guò)計(jì)算模擬分析和方案對(duì)比，最終采用了尚未通水的污水池內(nèi)作為鋼結(jié)構(gòu)堆場(chǎng)，將一部150T的吊車(chē)放置于圓形池體內(nèi)部的中央位置，作為起吊點(diǎn)。總體施工工藝流程為：工藝準(zhǔn)備—材料進(jìn)場(chǎng)—基礎(chǔ)板孔對(duì)位、打孔、固定—吊短立柱—校正焊接—焊筋板—吊裝桁架梁—焊縫打磨、上油漆-—吊裝結(jié)束后移出吊車(chē)—池外吊裝膜材—固定張拉膜材—局部整修收尾。

根據(jù)施工順序，組織施工計(jì)劃，按施工方案原定的施工部署流水節(jié)拍順序進(jìn)行各區(qū)段的施工作業(yè)。優(yōu)化安裝方案，使各工序順利搭接，加工、安裝隨結(jié)構(gòu)施工同步跟上。對(duì)本工程實(shí)行施工管理、協(xié)調(diào)、進(jìn)度控制，全面負(fù)責(zé)整個(gè)工程的進(jìn)度、工程質(zhì)量、施工技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)化、安全生產(chǎn)等工作。從施工技術(shù)的先進(jìn)性、吊裝的可行性、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的適應(yīng)性上制訂相應(yīng)的措施，確保達(dá)到優(yōu)質(zhì)工程的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。

4 鋼膜結(jié)構(gòu)吊裝施工要點(diǎn)

4.1 吊車(chē)擺放位置的選擇

72米跨度的圓形池（固定式）的鋼結(jié)構(gòu)梁吊裝難度大。單榀桁架最大為72.15m，必須嚴(yán)格做好吊裝計(jì)劃，嚴(yán)格執(zhí)行吊裝操作。本工程由于跨度太大，采用塔吊及汽車(chē)吊在池外作業(yè)，皆不安全。最終選擇了吊車(chē)在池內(nèi)作業(yè)的方案，確保吊裝安全，也是最經(jīng)濟(jì)的選擇。這樣鋼材的堆放也選擇在池體內(nèi)部，既有堆放空間，又縮短了吊車(chē)的吊臂長(zhǎng)度，節(jié)約了吊車(chē)的費(fèi)用，加快了施工速度[1]。

4.2 池內(nèi)吊車(chē)規(guī)格的選擇

本項(xiàng)目中吊裝是最重要的施工環(huán)節(jié)，吊車(chē)規(guī)格的選擇關(guān)乎吊裝安全，至關(guān)重要。本項(xiàng)目鋼結(jié)構(gòu)單榀桁架最大為36.75m，必須嚴(yán)格做好吊裝計(jì)劃，嚴(yán)格執(zhí)行吊裝操作。將150噸吊車(chē)用200噸大吊車(chē)吊入池內(nèi)。吊車(chē)在池內(nèi)斜坡上作業(yè)時(shí)，用枕木墊高，使支撐點(diǎn)達(dá)到水平狀態(tài)。圓形池鋼結(jié)構(gòu)中心離吊車(chē)中心距有15米，單一主構(gòu)件重量達(dá)2.89噸，故吊裝時(shí)，需用到150噸吊車(chē)。在29米作業(yè)半徑時(shí)的吊重能力是4.5噸，所以吊近3噸的主鋼架是安全的，有一定的安全儲(chǔ)備。將150噸吊車(chē)用200噸大吊車(chē)吊入池內(nèi)。吊車(chē)在池內(nèi)斜坡上作業(yè)時(shí)，用枕木墊高，使支撐點(diǎn)達(dá)到水平狀態(tài)。

4.3 鋼桁架吊點(diǎn)的選擇

正式吊裝前，應(yīng)進(jìn)行大型設(shè)備驗(yàn)算，吊索具驗(yàn)算，合格后方可作業(yè)。吊點(diǎn)設(shè)置及結(jié)構(gòu)驗(yàn)算提升施工方案，對(duì)鋼桁架做實(shí)體建模分析。鋼桁架的上下弦桿及斜腹桿均為鋼管，材質(zhì)為Q235B。整段鋼桁架重量為2.89噸，計(jì)算吊裝應(yīng)力時(shí)，考慮節(jié)點(diǎn)板重量系數(shù)1.2，鋼桁架自重荷載分項(xiàng)系數(shù)1.4，計(jì)算軸力、彎矩時(shí)，分項(xiàng)系數(shù)取為1.4；計(jì)算吊點(diǎn)反力時(shí)，分項(xiàng)系數(shù)取為1.0。吊點(diǎn)分析分為4種工況，即工況1：無(wú)風(fēng)垂直提升，中間部分鋼桁架端部無(wú)預(yù)拉鋼索；工況2：無(wú)風(fēng)垂直提升，中間部分鋼桁架端部設(shè)置預(yù)拉鋼索；工況3：正常提升（5級(jí)風(fēng)工況，預(yù)拉鋼索）；工況4：靜止張拉防風(fēng)纜繩（10級(jí)風(fēng)工況，預(yù)拉鋼索，極端天氣情況）。經(jīng)過(guò)驗(yàn)算得出結(jié)論：鋼桁架在四種工況條件下，上弦鋼最大應(yīng)力比為0.386，下弦鋼最大應(yīng)力比為0.421，斜腹桿最大應(yīng)力比為0.256。鋼桁架在吊裝時(shí)最大垂直下?lián)?65mm，端部水平位移12.5mm，鑒于此變形情況，在鋼結(jié)構(gòu)加工時(shí)采用了預(yù)起拱處理，減少在結(jié)構(gòu)吊裝時(shí)的變形，同時(shí)在吊點(diǎn)處進(jìn)行了局部節(jié)點(diǎn)加強(qiáng)處理。

4.4 鋼桁架梁吊裝方案制定和實(shí)施

本項(xiàng)目為圓形池，跨度72m，跨度較大，因此必須在圓池中心設(shè)置支撐架，作為鋼桁架梁安裝時(shí)的臨時(shí)支點(diǎn)。支撐架采用剛度較大的四肢空間桁架柱，確保自身具有較高的穩(wěn)定性和較小的變形，為鋼桁架梁提供可靠的支撐。鋼桁架梁和支撐架處采用螺栓連接，便于以后進(jìn)行拆除[2]。鋼桁架梁吊裝時(shí)必須要有兩條攬風(fēng)繩來(lái)控制鋼結(jié)構(gòu)件，用吊車(chē)將鋼結(jié)構(gòu)吊放在指定的位置后，與中心的支撐架可靠連接，并用鋼絲繩進(jìn)行預(yù)固定，根據(jù)圖紙桿件編號(hào)，分別將桿件與主鋼架連接。當(dāng)一側(cè)鋼桁架梁固定后，再吊裝下一榀鋼桁架梁。然后用系桿將兩個(gè)鋼桁架梁連接起來(lái)，形成一個(gè)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)體系，依次按上述方式進(jìn)行下一步吊裝。

4.5 膜面的安裝方案制定和實(shí)施

本項(xiàng)目膜屋面共分為12片，每片膜材面積約為380m2。由于單片膜體較大，為保證方便在鋼構(gòu)上部均勻鋪開(kāi)，用鋼管作為中心軸將膜片卷成筒狀，整體進(jìn)行吊裝。本項(xiàng)目的主要功能是防止惡臭氣體逸散，因此密封要求非常高，在整張膜片張拉工作完成后，必須嚴(yán)格進(jìn)行收邊處二次防水膜焊接，并用淋水法對(duì)密封性進(jìn)行檢測(cè)，確保膜材拼縫處不發(fā)生漏水漏氣現(xiàn)象。

4.6 支撐架卸載方案的制定和實(shí)施

在鋼桁架梁全部安裝完畢后，應(yīng)拆除池體中心的鋼支撐架。由于鋼支撐架在施工過(guò)程中承受了所有鋼桁架梁的末端力，拆除后的鋼支撐架的受力會(huì)轉(zhuǎn)移至鋼桁架梁自身承受，會(huì)產(chǎn)生在支撐點(diǎn)處的較大節(jié)點(diǎn)位移。根據(jù)結(jié)構(gòu)計(jì)算的數(shù)據(jù)，支撐點(diǎn)的結(jié)構(gòu)位移為Z向下沉設(shè)計(jì)值為45mm。在實(shí)際卸載中，按兩兩對(duì)稱方向逐步卸下鋼桁架梁和支撐架的連接螺栓，按5mm/分鐘的速度緩慢下移支撐架，最終完成卸載過(guò)程，實(shí)際Z向下沉值為38mm，略小于設(shè)計(jì)值，說(shuō)明本項(xiàng)目鋼桁架梁的剛度非常大，完全滿足設(shè)計(jì)要求。

5 施工質(zhì)量控制與管理

5.1 鋼結(jié)構(gòu)整體變形監(jiān)測(cè)與控制

該工程建立了工地現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)量控制網(wǎng)，采用了6臺(tái)索佳全站儀進(jìn)行安裝控制點(diǎn)監(jiān)測(cè)控制，主要對(duì)各個(gè)基座點(diǎn)、中心點(diǎn)以及主要拉桿連接點(diǎn)的位置進(jìn)行控制，保證建筑外形的精確。工地配備了經(jīng)驗(yàn)豐富的測(cè)量監(jiān)控人員，在整個(gè)吊裝過(guò)程中，記錄所有軸線和標(biāo)高數(shù)據(jù)，隨時(shí)對(duì)施工精度進(jìn)行控制，確保施工質(zhì)量符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求。特別是在鋼桁架安裝過(guò)程中對(duì)所以胎架進(jìn)行檢測(cè)，利用胎架的標(biāo)高差來(lái)控制鋼桁架的拱度。經(jīng)過(guò)嚴(yán)格控制，所有鋼桁架的垂直下?lián)闲∮?38mm，小于設(shè)計(jì)計(jì)算的垂直下?lián)?45mm。所有鋼桁架的端部水平位移8.2mm，小于設(shè)計(jì)計(jì)算的鋼桁架的端部水平位移12.5mm。

5.2 鋼結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定監(jiān)測(cè)與控制

在吊裝過(guò)程中必須進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的定性監(jiān)測(cè)，根據(jù)設(shè)計(jì)人員和施工人員共同確定的方案，工設(shè)計(jì)了12個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，利用安裝在鋼桁架主體的均勻分布的6個(gè)光纖光柵應(yīng)變計(jì)和安裝在對(duì)稱基座處的2個(gè)激光測(cè)距儀來(lái)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。通過(guò)此設(shè)置可以觀察主結(jié)構(gòu)的12組桁架梁的不同施工狀態(tài)的應(yīng)力和應(yīng)變情況。12組鋼桁架全部就位后，鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和應(yīng)變進(jìn)入穩(wěn)定期，每組鋼架的撓度得以監(jiān)測(cè)并與設(shè)計(jì)值進(jìn)行全面比對(duì)，檢測(cè)結(jié)果為偏差在1%以內(nèi)，完全在設(shè)計(jì)誤差范圍內(nèi)。

5.3 膜材預(yù)應(yīng)力監(jiān)測(cè)與控制

本項(xiàng)目的緊繩器布置為每1米一組，每隔5個(gè)緊繩器安裝一組測(cè)力計(jì)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)膜材施加的張拉力，并與膜材施工的設(shè)計(jì)值進(jìn)行比對(duì)。本項(xiàng)目的膜材預(yù)拉力為3kN/m，由于按順序張拉的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生前面的緊繩器的拉力松弛現(xiàn)象，即膜材內(nèi)部拉力的相互影響。因此在張拉過(guò)程中需要施工人員來(lái)回巡視，不斷對(duì)緊繩器進(jìn)行調(diào)整，確保膜材達(dá)到設(shè)計(jì)的預(yù)拉力。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)膜材預(yù)拉力反復(fù)測(cè)試，本工程膜材的縮率控制在0.8~1%，可以達(dá)到預(yù)期的拉力值，與設(shè)計(jì)值非常吻合。在整片膜材安裝到位后，施工人員采用頂緊式膜材測(cè)力儀對(duì)膜面進(jìn)行檢測(cè)，并與測(cè)力計(jì)進(jìn)行了數(shù)據(jù)對(duì)比，誤差在5%以內(nèi)，滿足設(shè)計(jì)要求。

6 結(jié)束語(yǔ)

此項(xiàng)目2018年2月10日開(kāi)始施工，竣工時(shí)間為2018年11月15日。整個(gè)鋼膜結(jié)構(gòu)系統(tǒng)吊裝方案合理，解決了大跨度鋼桁架結(jié)構(gòu)的施工難題，在施工過(guò)程中對(duì)各項(xiàng)質(zhì)量控制指標(biāo)，包括結(jié)構(gòu)變形、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、膜材預(yù)應(yīng)力等進(jìn)行了嚴(yán)格的監(jiān)測(cè)，與設(shè)計(jì)值吻合得非常好。在本項(xiàng)目施工過(guò)程中因地制宜，通過(guò)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)氖┕ぜ夹g(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用，最大限度地控制了施工質(zhì)量，并順利通過(guò)了項(xiàng)目驗(yàn)收，贏得了客戶的充分肯定。