新建湖北鄂州民用機(jī)場(chǎng)轉(zhuǎn)運(yùn)中心鋼結(jié)構(gòu)工程施工方案比選研究

楊 震 陳立軍 呂驊昕 周 映 陳嘉鋒

浙江中天恒筑鋼構(gòu)有限公司 浙江 杭州 310008

1 工程概況

1.1 總體工程概況

新建湖北鄂州民用機(jī)場(chǎng)轉(zhuǎn)運(yùn)中心由主樓、指廊、航材庫(kù)和機(jī)組休息區(qū)組成，平面呈“工”字形，東西最長(zhǎng)695.65 m，南北最寬528 m，建筑面積53.51萬(wàn) m2（圖1）。按設(shè)計(jì)圖紙分區(qū)，分別為A1—A6區(qū)，其中A1—A4主樓4層，A5、A6主樓2層。建筑最大檐口高度為42 m，1—4層層高分別為11.3、10.8、9.8、7.3 m。沿南北方向，機(jī)場(chǎng)綜合管廊從轉(zhuǎn)運(yùn)中心陸側(cè)指廊和主樓地下穿過(guò)，其中主樓段綜合管廊長(zhǎng)約860 m，與轉(zhuǎn)運(yùn)中心共建。

圖1 鄂州民用機(jī)場(chǎng)效果圖

1.2 鋼結(jié)構(gòu)工程概況

本工程主體結(jié)構(gòu)為鋼結(jié)構(gòu)框架結(jié)構(gòu)，樓板采用鋼筋桁架樓承板，其中鋼柱主要規(guī)格為B950 mm×1 900 mm×50 mm×50 mm、B1 000 mm×1 000 mm×50 mm×50 mm等，鋼梁主要為H（1 800～1 200）mm×500 mm×20 mm×35 mm、H1 200 mm×500 mm×20 mm×35 mm等，鋼材材質(zhì)為Q390C、Q355B，總用鋼量約為10萬(wàn) t；根據(jù)設(shè)計(jì)防震縫，將整個(gè)結(jié)構(gòu)劃分為6個(gè)區(qū)塊，分別為A1、A2、A3、A4、A5、A6區(qū)塊，各區(qū)塊布置如圖2所示。

圖2 鋼結(jié)構(gòu)分區(qū)布置示意

2 場(chǎng)地條件

運(yùn)轉(zhuǎn)中心周邊場(chǎng)地條件較為復(fù)雜：運(yùn)轉(zhuǎn)中心南側(cè)為陸側(cè)指廊，北側(cè)、東側(cè)以及西側(cè)均為空側(cè)停機(jī)坪；西側(cè)停機(jī)坪地基已處于施工階段，大部分區(qū)域已進(jìn)行硬化，承載力較高，但其余場(chǎng)內(nèi)路基未經(jīng)處理，僅主要臨時(shí)道路做回填處理，承載力較低；綜合管廊下穿南側(cè)指廊以及轉(zhuǎn)運(yùn)中心東側(cè)主結(jié)構(gòu)，其中轉(zhuǎn)運(yùn)中心段綜合管廊長(zhǎng)約860 m，局部區(qū)段未完成澆筑，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)施工干擾較大；距結(jié)構(gòu)邊線15 m左右為施工道路，且道路為土方、土建、鋼結(jié)構(gòu)、停機(jī)坪等專業(yè)所共用，鋼結(jié)構(gòu)施工可占用時(shí)間短；鄂州每年3—6月為雨季，雨季時(shí)間跨度長(zhǎng)，場(chǎng)地泥濘，施工較為困難。

3 施工重難點(diǎn)

1）施工質(zhì)量要求高。本工程需確保湖北省建設(shè)工程“楚天杯”獎(jiǎng)和中國(guó)建筑工程鋼結(jié)構(gòu)金獎(jiǎng)，爭(zhēng)創(chuàng)中國(guó)建設(shè)工程魯班獎(jiǎng)、詹天佑獎(jiǎng)。梁柱節(jié)點(diǎn)均為全焊接節(jié)點(diǎn)，安裝要求精度高，厚板（最大板厚50 mm）焊接接頭的抗層狀撕裂以及焊后殘余應(yīng)力釋放要求嚴(yán)。

2）施工作業(yè)量大，工期要求緊。結(jié)合總包施工計(jì)劃，本工程地上鋼結(jié)構(gòu)計(jì)劃施工工期為2020年12月18日～2021年7月10日，共205 d，考慮春節(jié)假期以及冬雨季影響，實(shí)際施工工期較短。本工程鋼構(gòu)件數(shù)量約為45 000件，鋼筋桁架樓承板約10 000件，吊次數(shù)量多。如何在205 d內(nèi)完成約55 000件構(gòu)件的安裝是本工程的難點(diǎn)。

3）現(xiàn)場(chǎng)管理難度大。本工程施工占地面積大。如何在A1—A6基礎(chǔ)上細(xì)分區(qū)域，使構(gòu)件從深化、加工制作，直至現(xiàn)場(chǎng)安裝按要求完成是一項(xiàng)難點(diǎn)。鋼結(jié)構(gòu)安裝時(shí)涉及停機(jī)坪、綜合管廊、機(jī)電設(shè)備等多個(gè)專業(yè)穿插施工，如何統(tǒng)籌兼顧，使機(jī)場(chǎng)項(xiàng)目建設(shè)有條不紊地推進(jìn)是現(xiàn)場(chǎng)管理的另一項(xiàng)重難點(diǎn)。

4 基本施工方案的選擇

4.1 基本施工順序

根據(jù)本工程抗震縫設(shè)置，將施工區(qū)域劃分為A1—A6。綜合施工現(xiàn)場(chǎng)條件以及各專業(yè)配合等因素，施工順序可分為以下2種情況。

施工順序1：A1—A4從結(jié)構(gòu)中心脊線開(kāi)始向東西兩側(cè)分別退裝，A5—A6由南側(cè)向北側(cè)進(jìn)行安裝。該施工順序的優(yōu)勢(shì)為：工作面大，可鋪開(kāi)進(jìn)行安裝作業(yè)，有利于工期推進(jìn)；由中間往兩側(cè)對(duì)稱安裝焊接，有利于控制由于焊接收縮導(dǎo)致的整體結(jié)構(gòu)的焊接變形。該施工順序的缺點(diǎn)為：機(jī)電設(shè)備等專業(yè)需從最邊跨施工開(kāi)始施工，無(wú)法形成流水，可能造成其余專業(yè)施工工期壓力較大，但仍可通過(guò)增加機(jī)械和人工或者優(yōu)化調(diào)整局部施工組織減小對(duì)其余專業(yè)的施工影響。

施工順序2：A1—A4均從結(jié)構(gòu)西側(cè)開(kāi)始向東側(cè)進(jìn)行安裝，A5—A6由南側(cè)向北側(cè)進(jìn)行安裝。該施工順序相對(duì)施工順序1，可以與機(jī)電設(shè)備等其余專業(yè)形成流水作業(yè)；該施工順序的缺點(diǎn)是：由于大工作面相較于施工順序1要少一半，雖然可增加機(jī)械采用階梯式安裝，但后期機(jī)械降效仍較為嚴(yán)重；非對(duì)稱安裝以及焊接可造成框架整體結(jié)構(gòu)由西側(cè)往東側(cè)傾斜，不利于安裝質(zhì)量控制。

綜上所述，考慮施工工期壓力、安裝質(zhì)量控制以及人力、機(jī)械降效所可能造成的成本增加，最終選擇施工順序1作為基本安裝順序。

4.2 機(jī)械選擇

僅考慮傳統(tǒng)起重機(jī)械，具體機(jī)械選擇有以下4種可能。

1）沿結(jié)構(gòu)外圈布置移動(dòng)式塔吊。優(yōu)點(diǎn)：利用移動(dòng)式塔吊的機(jī)動(dòng)性，降低塔吊配置數(shù)量的同時(shí)，可實(shí)現(xiàn)施工工作面的全覆蓋；利用移動(dòng)式塔吊較大的工作半徑，可直接將構(gòu)件從堆場(chǎng)起吊，減少構(gòu)件場(chǎng)內(nèi)二次倒運(yùn)；局部鋼構(gòu)件缺失，不影響整體施工（可后期補(bǔ)桿）；塔吊位于主結(jié)構(gòu)外，不設(shè)預(yù)留孔洞，結(jié)構(gòu)一次施工成形。缺點(diǎn)：移動(dòng)式塔吊的起重能力僅能滿足鋼梁吊裝，鋼柱吊裝仍需汽車吊或履帶吊配合；移動(dòng)式塔吊數(shù)量配置相對(duì)較少且塔吊的移動(dòng)以及加固存在技術(shù)間歇期，不利于工期控制；多塔移動(dòng)以及作業(yè)存在較大安全風(fēng)險(xiǎn)。

2）將塔吊固定布置于運(yùn)轉(zhuǎn)中心結(jié)構(gòu)之中。優(yōu)點(diǎn)：局部鋼構(gòu)件缺失，不影響整體施工（可后期補(bǔ)桿）；固定式塔吊規(guī)格較移動(dòng)式塔吊小，經(jīng)濟(jì)性好；塔吊數(shù)量配置多，滿足構(gòu)件吊次需求，施工工期有保障。缺點(diǎn)：設(shè)預(yù)留孔洞，塔吊拆除后仍需進(jìn)行主體結(jié)構(gòu)孔洞施工，不利于質(zhì)量以及工期控制；鋼柱吊裝以及部分未覆蓋區(qū)域仍需汽車吊或履帶吊配合；需配備相關(guān)設(shè)備鋼構(gòu)件二次倒運(yùn)。

3）使用汽車吊進(jìn)行吊裝作業(yè)。優(yōu)點(diǎn)：方便靈活、工作效率高、轉(zhuǎn)場(chǎng)快；可根據(jù)需求及時(shí)調(diào)整機(jī)械數(shù)量及規(guī)格。缺點(diǎn)：需配備相關(guān)設(shè)備進(jìn)行鋼構(gòu)件的二次倒運(yùn)；對(duì)施工場(chǎng)地要求高；局部鋼構(gòu)件缺失對(duì)施工影響大，對(duì)構(gòu)件供給要求高。

4）使用履帶吊進(jìn)行吊裝作業(yè)。優(yōu)點(diǎn)：較方便靈活、工作效率較高、轉(zhuǎn)場(chǎng)較快，起重量大，可以吊重行走；可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需求及時(shí)調(diào)整數(shù)量及規(guī)格；場(chǎng)地適應(yīng)性好。缺點(diǎn)：需配備相關(guān)設(shè)備進(jìn)行鋼構(gòu)件二次倒運(yùn)；局部鋼構(gòu)件缺失對(duì)施工影響大，對(duì)構(gòu)件供給要求高；安拆較煩瑣，起重臂不能自由伸縮，局限性較汽車吊大。

根據(jù)從結(jié)構(gòu)中心脊線開(kāi)始向東西兩側(cè)分別退裝的施工順序，結(jié)合汽車吊的吊裝效率（每日工作量10 h增加至16 h），得到機(jī)械使用時(shí)間約15 000 h，方案1考慮降效至0.5，方案2考慮降效至0.7，方案4考慮降效至0.8，施工方案工效和經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比如表1所示。

表1 施工方案工效及經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比

從表1可知，汽車吊方案相對(duì)較為經(jīng)濟(jì)且工效較高，但結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地條件，本工程最終選擇以履帶吊為主、汽車吊為輔的吊裝作業(yè)方案。

5 施工方案優(yōu)化

5.1 臨時(shí)堆場(chǎng)及施工道路布置

5.1.1 臨時(shí)堆場(chǎng)布置

結(jié)構(gòu)外臨時(shí)堆場(chǎng)主要布置在主結(jié)構(gòu)的東西兩側(cè)；場(chǎng)內(nèi)堆場(chǎng)布置在吊裝機(jī)械站位的下一軸線，隨結(jié)構(gòu)安裝進(jìn)度變化從中心軸向東西兩側(cè)移動(dòng)。構(gòu)件應(yīng)集中設(shè)置、分區(qū)使用，便于管理并盡量鄰近場(chǎng)地，避免二次倒運(yùn)。

5.1.2 施工道路布置

場(chǎng)外施工主干道沿主結(jié)構(gòu)外邊線周圈布置；場(chǎng)內(nèi)進(jìn)貨通道以及臨時(shí)施工道路布置應(yīng)避免干涉主結(jié)構(gòu)且盡量不影響主體結(jié)構(gòu)施工。具體布置如圖3所示。

圖3 臨時(shí)堆場(chǎng)及施工道路布置示意

5.2 施工順序及機(jī)械布置優(yōu)化

為使機(jī)電設(shè)備專業(yè)能提前進(jìn)入施工，做以下調(diào)整：施工區(qū)域在原來(lái)基礎(chǔ)上細(xì)分為7個(gè)施工區(qū)（將A1區(qū)分為A1-1、A1-2這2個(gè)區(qū)域），除A1-1、A5、A6外，每個(gè)區(qū)塊以中心脊線為基準(zhǔn)，劃分為東西兩側(cè)施工分區(qū)，采用退裝法從中間向東西兩側(cè)施工，A2、A3區(qū)塊各安排6臺(tái)80 t的履帶吊，A1-1、A1-2區(qū)塊安排7臺(tái)80 t履帶吊，A1-2區(qū)塊安排3臺(tái)80 t履帶吊；A4區(qū)塊安排8臺(tái)80 t履帶吊，A5、A6區(qū)塊各安排1臺(tái)80 t履帶吊。A1-1區(qū)由25軸向19軸施工，施工至該區(qū)最后跨間時(shí)，從中間向東西兩側(cè)進(jìn)行施工。A4區(qū)塊超重、超長(zhǎng)的構(gòu)件區(qū)域安排2臺(tái)150 t的汽車吊和2臺(tái)110 t的汽車吊吊裝（圖4）。

圖4 施工順序及機(jī)械布置示意

5.3 供貨分區(qū)劃分

根據(jù)本工程的施工順序以及吊裝機(jī)械的選擇，供貨按以下區(qū)域進(jìn)行劃分：A1-1區(qū)塊首先供給（L1—V1）/（24—25）軸以及（1/S1—1/N1）/（20—24）軸區(qū)塊構(gòu)件，接著同時(shí)供給（1/S1—V1）/（20—24）、（1/N1—L1）/（20—24）軸三跨構(gòu)件；A1-2區(qū)塊首先供給（1/S1—1/N1）/（14—19）軸區(qū)塊四跨構(gòu)件，接著同時(shí)供給（1/S1—V1）/（13—19）、（1/N1—L1）/（13—19）軸三跨構(gòu)件，最后供給A1區(qū)塊剩余構(gòu)件；A2—A4區(qū)塊先供給（1/S1—1/N1）軸靠結(jié)構(gòu)脊線四跨構(gòu)件，接著分別同時(shí)供給（1/S1—U1）、（1/N1—M1）軸兩跨構(gòu)件，最后供給剩余構(gòu)件（圖5）。

圖5 供貨分區(qū)劃分示意

6 結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合新建湖北鄂州民用機(jī)場(chǎng)轉(zhuǎn)運(yùn)中心鋼結(jié)構(gòu)工程施工，剖析了工程施工的重難點(diǎn)，分析了可采用各個(gè)施工方案的優(yōu)缺點(diǎn)，并對(duì)實(shí)際采用的施工順序、機(jī)械布置以及劃區(qū)供貨進(jìn)行了細(xì)化[1-2]。整個(gè)過(guò)程可為類似工程借鑒。