揚(yáng)州中國(guó)大運(yùn)河博物館今月橋分段吊裝技術(shù)研究

陳曉東 李義俊

(1.江蘇邗建集團(tuán)有限公司 江蘇揚(yáng)州 225100；2.揚(yáng)州萬福環(huán)保機(jī)械鋼構(gòu)營(yíng)造有限公司 江蘇揚(yáng)州 225000)

0 引言

隨著現(xiàn)代建筑和橋梁鋼結(jié)構(gòu)向大跨、重載和多樣化發(fā)展，對(duì)結(jié)構(gòu)吊裝技術(shù)提出了更高的要求，采用合理的吊裝方案和技術(shù)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)施工安全和質(zhì)量至關(guān)重要。本文針對(duì)揚(yáng)州中國(guó)大運(yùn)河博物館今月橋的特點(diǎn)，制定合理的分段吊裝方案，確保工程順利進(jìn)行。

1 工程概況

1.1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概況

揚(yáng)州中國(guó)大運(yùn)河博物館位于江蘇省揚(yáng)州古城的南面,總建筑面積為 79 373.59 m2，其中：博物館74 438.32 m2，地下一層，地上六層；大運(yùn)塔4935.27 m2，地下一層，地上十層。今月橋地上一層，連接了博物館屋面及大運(yùn)塔，為空間鋼管桁架鋼結(jié)構(gòu)。該館是集文物保護(hù)、科研展示、休閑體驗(yàn)為一體的現(xiàn)代化綜合性博物館，工程創(chuàng)優(yōu)目標(biāo)：中國(guó)建設(shè)工程魯班獎(jiǎng)，項(xiàng)目效果如圖1所示。

圖1 項(xiàng)目效果圖

今月橋所有構(gòu)件采用Q355-NH耐候鋼，總用鋼量約300 t，為拱形雙曲管桁架結(jié)構(gòu)，桁架中部支撐在其下的半圓形格構(gòu)鋼拱架上，左右兩端分別懸挑至博物館屋面及大運(yùn)塔樓層標(biāo)高，并與二者之間設(shè)置抗震縫，縫寬250 mm，橋面采用180 mm厚鋼筋桁架樓承板。

1.2 施工難點(diǎn)分析

鋼拱及橋面單榀桁架重量比較大，安裝精度要求較高，吊裝非常困難，必須合理分段進(jìn)行吊裝。由于鋼梁型號(hào)規(guī)格比較大，現(xiàn)場(chǎng)塔吊不能全部滿足吊裝要求，現(xiàn)場(chǎng)采用260 t履帶吊進(jìn)行吊裝。

現(xiàn)場(chǎng)鋼構(gòu)與土建單位同時(shí)作業(yè)，安裝工藝復(fù)雜。且土建施工結(jié)束后，混凝土強(qiáng)度達(dá)到一定等級(jí)要求時(shí)，鋼構(gòu)件才能進(jìn)行安裝，兩方配合工作較多。根據(jù)合同要求，鋼構(gòu)單位從進(jìn)場(chǎng)到交工驗(yàn)收共計(jì)90個(gè)日歷天，施工時(shí)間非常緊迫，所以合理安排各單位的交叉作業(yè)時(shí)間，是保證工程如期竣工的必要手段。

1.2.1 場(chǎng)地受限

因施工前期需在建筑物周邊開挖地下室(圖2)，導(dǎo)致施工道路受阻，吊裝機(jī)械不能直接在東側(cè)施工道路區(qū)域行駛，必須進(jìn)行基坑回填，才能滿足構(gòu)件運(yùn)輸及吊裝要求。

圖2 大運(yùn)河博物館區(qū)段劃分圖

1.2.2 吊裝難

鋼拱及橋面單榀桁架重量比較大，安裝精度要求較高，吊裝非常困難，必須合理分段進(jìn)行吊裝。由于鋼梁型號(hào)規(guī)格比較大，現(xiàn)場(chǎng)塔吊不能全部滿足吊裝要求，必須利用260 t履帶吊進(jìn)行吊裝，施工難度較大,如圖3～圖4所示。

圖3 管桁架吊裝指導(dǎo)

圖4 塔式副臂工作范圍圖

1.2.3 交互作業(yè)多

現(xiàn)場(chǎng)鋼構(gòu)與土建單位同時(shí)作業(yè)，安裝工藝復(fù)雜，且土建施工結(jié)束后，混凝土強(qiáng)度達(dá)到一定等級(jí)要求時(shí)，鋼構(gòu)件才能進(jìn)行安裝，兩方配合工作較多，如圖5～圖6所示。

圖5 今月橋與大運(yùn)塔交互施工

圖6 土建與鋼構(gòu)交互施工

1.2.4 工期緊

該工程根據(jù)合同要求，鋼構(gòu)單位從進(jìn)場(chǎng)到交工驗(yàn)收共計(jì)90個(gè)日歷天，施工時(shí)間非常緊迫，所以合理安排各單位的交叉作業(yè)時(shí)間，是保證工程如期竣工的必要手段。

2 施工過程分析

大跨度鋼拱安裝難度較大，涉及多種施工工藝，如定位放線控制、架體支撐設(shè)置、橋桁架及鋼拱的吊裝、卸載等，其中，橋桁架與鋼拱的分段吊裝及焊接，是整個(gè)施工過程的關(guān)鍵。

根據(jù)鋼拱結(jié)構(gòu)體系分析，并結(jié)合設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)詳圖，在鋼拱未能形成整體桁架之前，鋼拱自身為結(jié)構(gòu)體系的主要支撐構(gòu)件，根據(jù)桿件受力情況，須外加支撐體系來完成分段吊裝。所以，在鋼拱的投影弧形上設(shè)置底部承接支撐，依據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境，同時(shí)結(jié)合本項(xiàng)目的施工順序以及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，合理選擇支撐架體的規(guī)格和形式[1]。根據(jù)模型計(jì)算，每榀鋼拱重量約為49T，共兩榀，每榀擬分5節(jié)吊裝，鋼拱左右對(duì)稱設(shè)置分段，如圖7所示。

圖7 鋼拱設(shè)置分段

橋面部分：支撐鋼架支撐好后在第三、四節(jié)與下方焊接結(jié)束后，安裝第五節(jié)鋼拱，為便于運(yùn)輸，第五節(jié)在工廠分二段制作，現(xiàn)場(chǎng)在地面拼裝好后，整體安裝就位。在整個(gè)鋼拱焊接完成，形成整體結(jié)構(gòu)體系后，開始安裝上方管桁架橋。根據(jù)模型計(jì)算，上方橋重約80 t，擬分3節(jié)從中間向兩側(cè)同時(shí)吊裝，如圖8所示。

圖8 橋面設(shè)置分段

因橋面寬度為8.4 m，分3節(jié)無法運(yùn)輸,在工廠將中間桁架分3段制作，其它桿件在工廠下料，在現(xiàn)場(chǎng)地面分3節(jié)組裝,然后分別吊裝[2]。橋與鋼拱部分連接穩(wěn)定桿件，需在橋先吊裝就位后方可安裝。因此，需在鋼拱的頂面搭設(shè)鋼管腳手架操作平臺(tái)，以便人員進(jìn)行安裝焊接，最終形成整體結(jié)構(gòu)。

3 管桁架施工

3.1 管件制作與涂裝

制作管桁架時(shí)，鋼管采用五維自動(dòng)切割機(jī)下料，同時(shí)預(yù)留收縮余量。切割前將距離切割邊緣50 mm范圍內(nèi)的鐵銹、油污清除干凈，切割后隨即清除邊緣上的飛濺物和熔渣，進(jìn)行下道工序[3]。

防銹底漆施工完48 h后，可進(jìn)行防火主料的涂裝施工，現(xiàn)場(chǎng)溫度控制在0～35℃，濕度必須小于85%。防火涂料施工分兩道工序，第一道干膜涂裝時(shí)，厚度不得超過0.2 mm，后面每道干膜涂裝時(shí)間間隔為24 h，且干膜厚度不得超過0.3 mm。

防火涂料采用酚醛芯滾筒滾涂，每層涂料都應(yīng)交錯(cuò)施工，確保漆膜的耐久性。每次滾涂后，隨即清理滾筒套，除了快干漆，每層都要往復(fù)施工，直到涂勻?yàn)橹?。在涂裝工作的每一道工序前后，對(duì)構(gòu)件表面處理情況進(jìn)行仔細(xì)檢查，等漆膜完全風(fēng)干后，再使用測(cè)厚儀測(cè)出漆膜厚度。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)管桁架單片組裝

胎架作為提供支撐點(diǎn)的工具，在提高桁架的組裝質(zhì)量方面有著重要作用，所以胎架拼裝的精確度把控顯得尤為重要。拼裝平臺(tái)一般用型鋼焊接而成，高度控制在500 mm～700 mm，在平臺(tái)上依據(jù)主桁架尺寸進(jìn)行彈線，同時(shí)安裝好測(cè)量定位的設(shè)備，按1∶1比例放樣進(jìn)行拼裝?，F(xiàn)場(chǎng)嚴(yán)格按圖紙尺寸加工、制作。胎架拼裝如圖9所示。

圖9 胎架拼裝示意圖

上、下弦主管分別用吊車吊至拼裝胎架上，在節(jié)點(diǎn)位置彈線定位，主管對(duì)接時(shí)在接口處增加襯管，并在管周邊進(jìn)行點(diǎn)焊，提高牢固性。依據(jù)弦桿彈線位置，將腹桿安裝到位后點(diǎn)焊固定，復(fù)核管桁架尺寸及節(jié)點(diǎn)尺寸，確認(rèn)直、斜腹桿間的距離是否滿足設(shè)計(jì)要求。

在所有組裝工作做完后，開始復(fù)核整榀桁架的尺寸，檢查每個(gè)安裝節(jié)點(diǎn)之間的距離是否符合設(shè)計(jì)要求，以及直、斜腹桿間節(jié)點(diǎn)的拼裝間隙是否滿足焊接規(guī)范要求，若發(fā)現(xiàn)問題應(yīng)及時(shí)整改。

3.3 焊接施工

焊接時(shí)合理安排施焊順序，由中間向兩端對(duì)稱施焊，撐桿、腹桿處于桁架中間應(yīng)當(dāng)優(yōu)先焊接，盡可能地減少殘余應(yīng)力和焊接變形。管件縱橫交錯(cuò)處為連接焊縫，端部為角焊縫，趾部為溶透焊縫，側(cè)邊由溶透焊縫逐漸過渡到角焊縫，焊道層間接頭應(yīng)平緩過渡并錯(cuò)開，前后兩層焊道的施焊方向應(yīng)相反。多層焊接時(shí)注意連續(xù)施焊，每道焊接工序施工完成后，及時(shí)清理焊渣并進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)焊接缺陷，即時(shí)制定措施補(bǔ)救，確保焊接工作有序進(jìn)行。

焊接完成24 h后對(duì)構(gòu)件抽檢10%，進(jìn)行角焊縫磁粉探傷，然后對(duì)現(xiàn)場(chǎng)所有對(duì)接焊縫進(jìn)行超聲波探傷，抽檢對(duì)象為所有焊縫的20%且不得小于200 mm[4]。

4 橋分段吊裝

今月橋管桁架每榀4個(gè)拱腳深入砼基礎(chǔ)，在砼基礎(chǔ)設(shè)置支撐塔架，采用分段吊裝、現(xiàn)場(chǎng)拼裝焊接。

4.1 定位放線控制及測(cè)量控制

采用全站儀、經(jīng)偉儀、水準(zhǔn)儀進(jìn)行測(cè)量。今月橋結(jié)構(gòu)為圓桁架空間結(jié)構(gòu)，在制作時(shí)考慮了桁架自重引起的標(biāo)高下沉，并由設(shè)計(jì)院提供節(jié)點(diǎn)位移值，支架的上標(biāo)高為加工圖標(biāo)高(設(shè)計(jì)標(biāo)高加起拱值)，拆除支架后，標(biāo)高為加工圖標(biāo)高減自重產(chǎn)生的垂直位移，橋面砼等上部施工結(jié)束后，桁架標(biāo)高為設(shè)計(jì)圖紙標(biāo)高。

鋼結(jié)構(gòu)施工前對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)量控制點(diǎn)和有關(guān)資料進(jìn)行復(fù)核，檢測(cè)點(diǎn)精度必須滿足點(diǎn)位數(shù)要求。平面控制點(diǎn)至少3個(gè)，高程控制點(diǎn)至少2個(gè)，檢測(cè)數(shù)據(jù)收集后，及時(shí)繪制成測(cè)量成果，并定期進(jìn)行復(fù)核及必要的歸化改正。

4.2 拱桁架吊裝及安裝

因第一節(jié)及第二節(jié)需要外包砼，柱腳嵌入砼基礎(chǔ)中，所以需安裝第一榀鋼拱的第一節(jié)和第二節(jié)，如圖10所示。

圖10 吊裝第一、二節(jié)示意圖

等砼澆筑達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%以上，方可吊裝第三、四節(jié)。第三、四節(jié)鋼拱與下方鋼拱連接成整體后，整個(gè)鋼拱的垂直和水平力基本傳遞與鋼拱腳的基礎(chǔ)，如圖11所示。

圖11 吊裝第三、四節(jié)示意圖

最后吊裝第五節(jié)鋼拱，如圖12所示。擬設(shè)置4組2 m×1.5 m支撐構(gòu)架。

圖12 吊裝第五節(jié)示意圖

4.3 拱桁架支撐架體施工

該工程主桁架為拱形雙曲管桁架結(jié)構(gòu)，由于桁架形成整體之前，桁架下弦桿為主要受力構(gòu)件，為保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，在桁架兩側(cè)設(shè)置胎架支撐，分散下弦受力點(diǎn)，使主桁架處于簡(jiǎn)支狀態(tài)，在橋面桁架安裝結(jié)束，形成一個(gè)整體結(jié)構(gòu)后，卸載、拆除。臨時(shí)支撐采用4組2 m×2 m×12 m格構(gòu)式支撐胎架，主桿口150×8方管，肢桿和水平桿使用口80×6,如圖13所示。

圖13 臨時(shí)支撐鋼架

臨時(shí)支撐完成之前，用Φ108×8格構(gòu)式鋼管連接，保證整個(gè)桁架的穩(wěn)定性。因主拱桁架埋入砼基礎(chǔ)4.3 m深，此兩端支撐的情況下，上弦主管安裝時(shí)，對(duì)整體結(jié)構(gòu)的位移協(xié)調(diào)變形基本無影響。

4.4 橋桁架安裝

拱桁架焊接完成后，將原來作為支撐的胎架提升，為橋桁架施工提供工作面。因橋面寬度為8.4 m，分3節(jié)無法運(yùn)輸,在工廠將中間桁架分3段制作，其它桿件在工廠下好料，在現(xiàn)場(chǎng)地面分3節(jié)組裝，然后分別吊裝,如圖14所示。

圖14 橋面胎架準(zhǔn)備到位，橋面第一段橋桁架吊裝

橋與鋼拱部分連接穩(wěn)定桿件，需在橋吊裝就位后方可安裝。因此，需在鋼拱的頂面搭設(shè)鋼管腳手架操作平臺(tái)，以便人員進(jìn)行安裝焊接，最終形成整體結(jié)構(gòu)。

依據(jù)桁架安裝工藝中的要求，卸載后測(cè)量桁架標(biāo)高，標(biāo)高滿足要求后，開始拆除胎架。先拆除上段連接的橫桿，然后由吊車固定住上段，再拆除上段與中段的連接節(jié)點(diǎn)，并松開攬風(fēng)繩，最后吊車將上段胎架吊運(yùn)至地面，依次拆除[5]，如圖15所示。

圖15 今月橋橋面第二、三段橋桁架吊裝完成

5 結(jié)語(yǔ)

今月橋雙曲管桁架結(jié)構(gòu)跨度大，造型新穎，施工難度較大。工程通過對(duì)施工難點(diǎn)仔細(xì)剖析，合理安排布置，采用散件工廠制作、現(xiàn)場(chǎng)地面胎架分段拼裝、空中對(duì)接安裝的施工方法，并全過程進(jìn)度把控，保質(zhì)保量地完成今月橋的分段吊裝任務(wù)，取得良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，也為同類結(jié)構(gòu)吊裝工程提供了參考。