某文旅項(xiàng)目超大型塑石假山鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)

羅 偉 王永生 邢義志 王 賀

中國建筑第二工程局有限公司華東公司 上海 200135

近年來，國內(nèi)文旅項(xiàng)目開發(fā)較多，像上海迪士尼樂園、廣州長隆歡樂世界、北京歡樂谷、蕪湖方特歡樂世界、常州中華恐龍園等，文旅類項(xiàng)目除了本身固有的主題建筑外，還有大量的塑石假山，而塑石假山的核心部分則是框架[1-2]。體量較小的假山可采用鋼筋作為框架，而大型假山則必須采用鋼結(jié)構(gòu)框架，一般包括主鋼結(jié)構(gòu)、次鋼結(jié)構(gòu)[3-4]。高度近50 m的超大型塑石假山在國內(nèi)的應(yīng)用幾乎沒有，而鋼結(jié)構(gòu)施工是一個關(guān)鍵難點(diǎn)。

1 項(xiàng)目概況

某文旅項(xiàng)目采用超大型塑石假山作為主題樂園室外造型結(jié)構(gòu)，假山內(nèi)部采用不規(guī)則鋼結(jié)構(gòu)框架，外部鋼筋采用網(wǎng)片覆蓋并噴漿處理，從底到頂呈山形布置，山體面積為10 000 m2，由約9 000個鋼構(gòu)件組成，總用鋼量約2 800 t，如圖1所示。鋼結(jié)構(gòu)框架主要由梁柱斜撐主結(jié)構(gòu)、懸挑桿件次結(jié)構(gòu)兩部分組成。假山大部分山體結(jié)構(gòu)以東西側(cè)裙房屋頂作為支撐基礎(chǔ)，其中落地鋼柱最高處達(dá)38 m，截面尺寸為1 000 mm×500 mm，壁厚為30 mm。

圖1 超大型塑石假山

該假山鋼結(jié)構(gòu)安裝高度最高達(dá)47 m，假山單體室內(nèi)鋼結(jié)構(gòu)分布范圍較廣、數(shù)量多且尺寸形式多樣，構(gòu)件質(zhì)量為0.1～8.5 t，因此對鋼結(jié)構(gòu)吊裝、焊接、防火施工及安裝精度要求極高。

2 鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)分析

2.1 鋼結(jié)構(gòu)安裝重難點(diǎn)

假山結(jié)構(gòu)較高，造型不規(guī)則，主鋼結(jié)構(gòu)安裝校正規(guī)律性較差，假山次桿件數(shù)量巨大，定位點(diǎn)數(shù)量多，鋼結(jié)構(gòu)安裝精度和假山山皮成形難以保證。

解決方法：不規(guī)則框架分塊利用由梁柱斜撐組成的類桁架單元格布置，依次劃分單元塊并合理布置吊點(diǎn)；利用CAD和Tekla軟件，將分塊框架旋轉(zhuǎn)至水平，結(jié)合框架桁架的特點(diǎn)，設(shè)計拼裝單元與拼裝胎架；考慮分塊單元的質(zhì)量、就位標(biāo)高、分塊面積大小、吊裝作業(yè)通道布置、作業(yè)半徑等施工影響因素進(jìn)行吊機(jī)選擇和工況分析，提前做好標(biāo)記，采用高精度全站儀進(jìn)行監(jiān)測，保證合理高效地進(jìn)行框架單元吊裝施工。

2.2 鋼結(jié)構(gòu)焊接重難點(diǎn)

假山構(gòu)件均須進(jìn)行鍍鋅防腐處理，且存在高空焊接、復(fù)雜工位焊接等難點(diǎn)，對鋼構(gòu)件接口焊接要求較高。

解決方法：提前制定焊接指導(dǎo)方法和制度、防腐處理方案并組織交底，做好節(jié)點(diǎn)設(shè)計及相關(guān)技術(shù)準(zhǔn)備工作。

2.3 鋼結(jié)構(gòu)防火施工重難點(diǎn)

假山鋼構(gòu)件數(shù)量眾多，防火涂料施工作業(yè)量巨大，且多屬于高空作業(yè)，對人員和設(shè)備要求較高。

解決方法：采用流水作業(yè)方式，待鋼結(jié)構(gòu)焊接完成后分層進(jìn)行防火涂料施工，對作業(yè)人員和施工設(shè)備進(jìn)行嚴(yán)格檢查與篩選，保證施工有序進(jìn)行。

3 假山鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)

3.1 假山鋼結(jié)構(gòu)模塊化安裝

3.1.1 鋼結(jié)構(gòu)拼裝模擬

根據(jù)超大型塑石假山的概念圖，利用BIM軟件進(jìn)行正向設(shè)計，形成鋼結(jié)構(gòu)框架效果圖，并進(jìn)行假山鋼結(jié)構(gòu)的拼裝模擬（圖2），合理劃分鋼構(gòu)件數(shù)量、尺寸、節(jié)點(diǎn)形式等，記錄各個節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，最終生成并導(dǎo)出為CAD圖紙，指導(dǎo)現(xiàn)場鋼結(jié)構(gòu)安裝作業(yè)。

圖2 鋼結(jié)構(gòu)拼裝模擬

3.1.2 安裝前期準(zhǔn)備

鋼結(jié)構(gòu)模塊化安裝前期準(zhǔn)備包括人工、機(jī)械、測量設(shè)備等，另外，在實(shí)施前組織專項(xiàng)方案交底和安全技術(shù)交底。為保證假山鋼結(jié)構(gòu)安裝精度，按照先總體、后局部的原則，布設(shè)平面控制網(wǎng)，控制鋼結(jié)構(gòu)總體偏差，并對施工中所使用的儀器、工具進(jìn)行校核。所有控制點(diǎn)位選在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、拘束度大的部位。測量控制網(wǎng)布設(shè)與建筑物平行、分布均勻且閉合。另外，保證各基準(zhǔn)點(diǎn)相互通視，不易沉降、變形。鋼結(jié)構(gòu)安裝前由土建施工單位配合鋼結(jié)構(gòu)安裝單位進(jìn)行基礎(chǔ)復(fù)測，保證基底標(biāo)高與柱底標(biāo)高一致。

3.1.3 模塊化安裝施工

現(xiàn)場使用1臺T8020塔吊可覆蓋假山鋼結(jié)構(gòu)安裝大多數(shù)作業(yè)區(qū)域。在塔吊吊重范圍內(nèi)的構(gòu)件采用塔吊安裝，其他超重構(gòu)件采用汽車吊作為主要吊裝機(jī)械。假山裙房高度為18.5 m，現(xiàn)場可分2個階段進(jìn)行吊裝：

1）18.5 m以下假山鋼結(jié)構(gòu)安裝：鋼柱及鋼梁選擇100 t汽車吊可滿足要求。

2）18.5 m及以上假山鋼結(jié)構(gòu)安裝：T8020塔吊進(jìn)行吊重范圍內(nèi)和盲區(qū)外的鋼結(jié)構(gòu)安裝，其余部分采用100 t汽車吊輔助安裝。

假山鋼結(jié)構(gòu)安裝流程如圖3所示。

圖3 假山鋼結(jié)構(gòu)分階段安裝

假山次鋼結(jié)構(gòu)共約2 900個點(diǎn)位，按從下至上的順序進(jìn)行安裝，每天安排10組，每組8個點(diǎn)位，40 d以內(nèi)完成全部次鋼結(jié)構(gòu)安裝，包括次鋼結(jié)構(gòu)點(diǎn)位的復(fù)核校正。次鋼結(jié)構(gòu)安裝精度控制：待主鋼結(jié)構(gòu)校正固定后，劃分次鋼結(jié)構(gòu)安裝校正的批次，保證同批次的次構(gòu)件校正時全站儀測量站位最少。在拼裝時保證次鋼結(jié)構(gòu)臨時固定在相應(yīng)主鋼結(jié)構(gòu)柱或梁上，并進(jìn)行同步吊裝，有效控制施工進(jìn)度。

假山中不規(guī)則鋼結(jié)構(gòu)框架拼裝是核心難點(diǎn)，通過項(xiàng)目部、設(shè)計單位及安裝單位等多方研究與探討得以解決。具體拼裝流程如下：

1）鋼結(jié)構(gòu)框架吊點(diǎn)設(shè)置。不規(guī)則框架分塊不規(guī)則且呈曲面，為保證分塊框架吊點(diǎn)準(zhǔn)確，避免高空調(diào)整吊裝位置，預(yù)先采用Tekla軟件對其分塊框架的重心進(jìn)行找形，結(jié)合CAD對繩索掛設(shè)位置進(jìn)行定位，再利用Midas受力軟件對分塊框架應(yīng)力應(yīng)變進(jìn)行分析，按分塊框架支撐點(diǎn)布置原則分布設(shè)置吊點(diǎn)。

2）拼裝胎架底座測量控制。拼裝胎架搭設(shè)前，以深化圖紙分塊區(qū)主要立面作為臥拼的水平基準(zhǔn)面，再采用全站儀建立相對坐標(biāo)控制系，同時擺放拼裝胎架底座，加固后再次進(jìn)行復(fù)測和調(diào)整，保證拼裝胎架精度及整體穩(wěn)定性；底座胎架由250 mm×250 mm×12 mm方管組成，待放置平整后，進(jìn)行拼裝主立面桿件的平面放樣。

3）分塊拼裝過程測量控制。根據(jù)框架拼裝流程和順序，對次桿件掛網(wǎng)定位點(diǎn)進(jìn)行測量監(jiān)控，以網(wǎng)片固定長寬為基礎(chǔ)，測量控制點(diǎn)需滿足掛網(wǎng)要求；在模型里測量標(biāo)記長度，地面拼裝時初步校正，吊裝完成后再逐個點(diǎn)位進(jìn)行復(fù)核與微調(diào)。為保證鋼結(jié)構(gòu)安裝精度及鋼構(gòu)件節(jié)點(diǎn)焊接、假山表面鋼筋網(wǎng)片安裝準(zhǔn)確，節(jié)點(diǎn)中心偏移、單元區(qū)跨度、單元區(qū)跨中高度允許偏差分別控制在2 mm、＋5～10 mm和±3 mm以內(nèi)。

4）鋼結(jié)構(gòu)框架吊裝。不規(guī)則鋼結(jié)構(gòu)框架起吊后先試吊，觀察繩索情況以及框架變形情況，確保無誤后進(jìn)行正式吊裝，框架呈傾斜狀，起升和下降時吊車應(yīng)保持勻速。鋼結(jié)構(gòu)框架吊裝時設(shè)置2名信號工，吊裝過程中吊機(jī)與起重工相互配合，嚴(yán)格遵守指揮人員傳遞的信號命令，并保持框架平穩(wěn)吊運(yùn)。不規(guī)則鋼結(jié)構(gòu)框架吊裝如圖4所示。

圖4 不規(guī)則鋼結(jié)構(gòu)框架吊裝

5）鋼結(jié)構(gòu)框架就位加固。吊裝單元高空就位后，在吊裝單元多個方向安裝若干組倒鏈，及時調(diào)整各個對接口距離。由于框架就位節(jié)點(diǎn)標(biāo)高不一致，故要對吊點(diǎn)位置、對接位置掛設(shè)的倒鏈分別進(jìn)行調(diào)整。如不能一次準(zhǔn)確就位，則在就位準(zhǔn)確的節(jié)點(diǎn)點(diǎn)焊固定好后，通過倒鏈進(jìn)行少量調(diào)整，同時觀察已點(diǎn)焊固定的一側(cè)框架，防止開焊。當(dāng)框架就位滿足要求后，再焊接固定框架，完成后松鉤移車。

3.2 假山鋼結(jié)構(gòu)焊接施工

本項(xiàng)目假山鋼結(jié)構(gòu)的焊接施工面臨高空焊接、復(fù)雜工位焊接2個主要難點(diǎn)，經(jīng)過研究，具體采用以下施工方法：

1）針對高空焊接作業(yè)，建立完善的管理體系，進(jìn)行三級安全教育及交底，落實(shí)安全技術(shù)措施，高處作業(yè)人員必須持證上崗，高處作業(yè)使用的工具和各種設(shè)備要確保安全可靠。

2）假山鋼結(jié)構(gòu)復(fù)雜工位焊接存在空間跨度大、焊接工程量大、焊接質(zhì)量要求高、焊接位置復(fù)雜多變等特征，為此，在焊接過程中要實(shí)時進(jìn)行結(jié)構(gòu)標(biāo)高、水平度、垂直度的監(jiān)控，通過改變焊接順序和加熱校正等方法進(jìn)行處理，使焊接結(jié)構(gòu)能夠滿足設(shè)計要求。

焊接施工前，根據(jù)接口焊接位置及坡口形式等編制有關(guān)的焊接工藝文件，進(jìn)行焊接工藝評定，確定適宜的施工方法，并進(jìn)行技術(shù)交底后再指導(dǎo)現(xiàn)場焊接。焊接時主要采用了二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊，同時為保證焊接質(zhì)量及焊后外觀一次成形，減少焊縫外打磨清理，采用配套的藥芯焊絲。校正好一個安裝段后，進(jìn)行焊接，焊接應(yīng)力可順安裝方向自由釋放。

鋼柱焊接施工時采取對稱焊接的方法以減小焊接傾斜，焊接完成后用全站儀復(fù)測鋼柱的垂直度，焊接上節(jié)鋼柱時需考慮下節(jié)鋼柱的傾斜，以減小焊接誤差，通過焊接施工來調(diào)整整根鋼柱的垂直度。為保證框架的精度，擬采用先主后次，先焊收縮量大的再焊收縮量小的焊接方法。為減少焊接變形，原則上同一根鋼柱不得同時開焊。

鋼梁焊接時，若不能同時對一根鋼梁的兩側(cè)進(jìn)行焊接，則應(yīng)在一端焊接完成，待達(dá)到常溫后，再進(jìn)行另一端焊接。當(dāng)H型鋼梁翼緣、腹板都采用焊接連接時，應(yīng)先焊接下翼緣，然后焊接上翼緣，最后焊接腹板；當(dāng)H型鋼梁腹板采用螺栓連接時，應(yīng)先焊接鋼梁下翼緣，然后焊接鋼梁上翼緣。只有當(dāng)鋼梁、鋼柱及各部件均焊接符合要求后，方可進(jìn)行防火涂料施工。

在進(jìn)行分塊框架焊接時，應(yīng)嚴(yán)格按照焊接順序進(jìn)行施焊，施焊過程中做好對分塊框架結(jié)構(gòu)梁柱斜撐的測量控制，偏差較大時，應(yīng)對焊接順序進(jìn)行調(diào)整或者對該位置進(jìn)行校正后再施焊。在施工的同時進(jìn)行抽查，保證焊接過程中框架變形可控。鋼結(jié)構(gòu)局部焊接順序如表1所示。

表1 鋼結(jié)構(gòu)局部焊接順序

3.3 假山鋼結(jié)構(gòu)防火施工

假山鋼結(jié)構(gòu)焊接完成后由專業(yè)持證上崗的工人采用流水作業(yè)方式進(jìn)行防火涂料施工，非預(yù)埋鋼構(gòu)件表面處理主要為厚涂型非膨脹防火涂料、超薄膨脹型防火涂料，其余室外結(jié)構(gòu)采用鍍鋅處理。具體分類及耐火要求如表2所示。

表2 鋼結(jié)構(gòu)防火分類

假山層高16 m以內(nèi)部分搭設(shè)移動腳手架或操作平臺進(jìn)行防火施工，層高超過16 m的部分采用移動操作平臺或?qū)Ｓ玫踯囘M(jìn)行施工。鋼結(jié)構(gòu)施工前清除表面雜物，剛施工的涂層應(yīng)防止臟液污染和機(jī)械撞擊。露天施工情況下，如遇雨天、霧天或構(gòu)件表面有結(jié)露現(xiàn)象，或空氣濕度大于90%時不宜施工。鋼結(jié)構(gòu)厚型防火涂料底層采用滾涂或噴涂，等待12 h至其實(shí)干后，抹涂中層防火涂料，等待8 h后再施涂面層防火涂料。樓層部分混凝土結(jié)構(gòu)澆筑固化受力穩(wěn)定后，方可涂抹防火涂料，避免因澆筑混凝土造成鋼柱、鋼梁和梁軸的承重變化而影響防火涂層與鋼構(gòu)件的附著力。

超薄型防火涂料施工時，大面積鋼結(jié)構(gòu)平面采用滾涂（噴涂）工藝，小面積如槽鋼、角鋼、圓鋼等采用涂刷工藝。施工前，將被涂鋼結(jié)構(gòu)件表面的油污、塵土等清除干凈，用手工打磨、機(jī)械打磨或噴砂處理的方式除去鐵銹。

4 結(jié)語

超大型塑石假山鋼結(jié)構(gòu)的構(gòu)件數(shù)量較多，尺寸及結(jié)構(gòu)形式多樣，常規(guī)的高空散裝及焊接工藝難以保證工期、質(zhì)量和安全。通過預(yù)先采用BIM軟件進(jìn)行拼裝模擬，再利用設(shè)置吊點(diǎn)、分塊拼裝、全站儀點(diǎn)位監(jiān)測與復(fù)測、鋼結(jié)構(gòu)框架吊裝及加固等措施實(shí)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)模塊化吊裝，有效節(jié)約工期。在鋼結(jié)構(gòu)焊接和防火涂料施工時，由專業(yè)工人持證上崗，在過程中實(shí)時進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)點(diǎn)位復(fù)核，充分保證鋼結(jié)構(gòu)施工安全和質(zhì)量，可為今后同類項(xiàng)目的施工提供借鑒。