防甩擊懸挑混凝土牛腿施工技術*

張 強，劉 軍，汪宇雄

(中國建筑第二工程局有限公司，北京 100160)

1 工程概況

廣西防城港核島安全廠房東、西、北外墻外側扶壁柱8.700～17.600m標高區(qū)域內(nèi)設有防甩擊懸挑混凝土牛腿，共31個。牛腿作為主蒸汽管道的固定點，且結構自身需具備抗大飛機撞擊的功能，因此，結構選用C50混凝土+HRB500E鋼筋設計。防甩擊懸挑混凝土牛腿伸出外墻最大長度為5.2m，牛腿高5.5m、厚1.6m，單個牛腿混凝土重約88.2t。牛腿混凝土總量約為603.4m3，鋼筋約310t，安裝有DN1 000， DN1 400的AW型和AZ型套管，單個套管長1 600mm、重達1.1t，共88個鋼套管，套管總重達83t以上，牛腿剖面如圖1所示。

圖1 BSX廠房牛腿墩剖面(懸桃4 500mm)

核島安全廠房北側與常規(guī)島之間7m寬間隙作為施工期間人員通行、設備引入、材料倒運的主通道，核島防甩擊懸桃混凝土牛腿在該區(qū)域共布置13個，若采用傳統(tǒng)鋼管架或塔架，在結構施工期間整個7m寬間隙主通道需封閉，無法滿足項目整體施工目標要求。經(jīng)分析，結合土建、安裝等各單位的施工需求，該區(qū)域牛腿選用由φ219×6鋼柱+可調(diào)托座+HW250×250×9×14型鋼主梁+I20次梁+三角桁架+模板系統(tǒng)組成的支撐體系(以下簡稱“鋼柱支撐平臺”)。

防甩擊懸挑混凝土牛腿類型及對應支撐體系類型如表1所示。牛腿分布于標高9.000～16.000m，為保證混凝土澆筑質(zhì)量、提高鋼柱支撐體系的安全富余量，牛腿混凝土澆筑高度方向采用2次施工與澆筑，首層澆筑高度約3.6m，剩余約1.9m一次澆筑，2次澆筑時間間隔需滿足養(yǎng)護要求。

表1 安全廠房牛腿類型及對應支撐體系類型

2 防甩擊懸挑混凝土牛腿施工

2.1 施工場地需求

鋼柱支撐平臺主要分布于廠房北側7m寬間隙及西北角和東北角，涉及15個牛腿，鋼柱立于已硬化的C35混凝土正式路面上，混凝土路面下方采用分層回填、分層壓實，地基承載力特征值≥200kPa(即20t/m2)的結構回填料滿足鋼柱支撐平臺承載力要求，路面標高約為-0.300m。

2.2 施工重難點分析及解決方案

針對核島安全廠房防甩擊懸挑混凝土牛腿外挑尺寸大、高度高、施工荷載大(立柱頂部支撐荷載可達131～168kN)預埋物項多且施工精度要求高，工期緊、任務重，場地狹小，地基處理工序繁瑣，作業(yè)環(huán)境復雜多變等特點，項目從安全管理、質(zhì)量管理、技術管理、工期合理安排、施工總平面動態(tài)管理、大體積混凝土質(zhì)量控制、BIM技術的應用等方面入手、保證施工安全和質(zhì)量。

2.2.1安全管理

實行項目安全周檢并成立防甩擊懸挑混凝土牛腿專項施工安全小組，現(xiàn)場設置專職安全員進行實時檢測，事事跟蹤落實，定期組織學習。實現(xiàn)了牛腿施工期間零事故，將生產(chǎn)安全事故和對環(huán)境造成的不利影響降低到合理、可行、盡可能低的水平。

2.2.2質(zhì)量管理

由于核設施的特殊性，嚴格遵照HAF003(1991)《核電廠質(zhì)量保證安全規(guī)定》、國際原子能機構(IAEA)發(fā)布的50-C/SG-Q《核電廠和其它核設施安全的質(zhì)量保證》法規(guī)及其有關導則、現(xiàn)行ISO9001《質(zhì)量管理體系》等要求，結合項目特點制定符合要求且具有可實施性的《質(zhì)量保證大綱》《管理程序》《工作程序》，建立項目質(zhì)量、質(zhì)保管理體系，編制施工方案、質(zhì)量計劃、作業(yè)指導書，以此來指導現(xiàn)場施工；設置各級質(zhì)量管理機構，配備足夠數(shù)量的、高素質(zhì)的質(zhì)保、質(zhì)控監(jiān)督人員，加強過程監(jiān)控檢測措施。實現(xiàn)了牛腿施工質(zhì)量零事故。

2.2.3技術管理

編制牛腿支撐安全專項施工方案，并經(jīng)項目各部門會審，由項目總工程師、項目經(jīng)理審批后上報至公司審查，最終由公司總工程師批準生效；上傳IMS施工管理信息系統(tǒng)經(jīng)工程公司、監(jiān)理單位審核通過后，組織一、二、三級安全技術交底后方可實施。

2.2.4工期合理安排

由項目工程部牽頭制定防甩擊懸挑牛腿施工專項進度計劃并組織各單位進行交底宣貫，成立牛腿專項施工小組，確保各施工任務按計劃如期完成。

2.2.5施工總平面動態(tài)管理

結合現(xiàn)場施工環(huán)境，牛腿施工分批進行，優(yōu)先啟動7m寬間隙牛腿施工，預留時間窗口方便3，9，8號塔式起重機服務其他施工區(qū)域材料轉運需求，根據(jù)施工進度逐一拆除或移位與牛腿施工碰撞的3，9，8號塔式起重機。

2.2.6大體積混凝土質(zhì)量控制

1)鋼筋綁扎 鋼筋綁扎流程為：①安裝里側扶壁柱上預留套管對應的水平鋼筋→②安裝里側豎向鋼筋→③安裝下部水平 U 形筋→④安裝里側水平箍筋(1層水平筋、1層水平箍筋)→⑤安裝里側豎向箍筋→⑥預留放置外側豎向箍筋→⑦安裝外側下部水平箍筋→⑧預留放置外側上部水平箍筋→⑨安裝上部水平 U形筋→⑩安裝外側豎向、水平向預留箍筋→安裝外側豎向直段帶彎拐鋼筋→拉鉤。

2)預埋件及套管安裝 利用起吊設備、吊帶、卸扣將貫穿套管放置于腳手架承重平臺上。承重平臺搭設至套管下緣，套管上方加設手拉葫蘆，利用手拉葫蘆配合塔式起重機將套管初步定位，用與結構鋼筋型號相同的鋼筋將貫穿套管井字形加固，套管頂部加固適當加密，調(diào)整至設計標高后，在套管頂部焊接橫梁措施鋼筋，然后根據(jù)實際位置焊接上、下部附加鋼筋，利用上、下及側向附加鋼筋與墻體支架鋼筋進行點焊制作成六邊形固定框，將套管兩端固定，防止混凝土澆筑過程中套管上浮，如圖2所示。

圖2 套管固定示意

3)模板安裝加固 為防止牛腿在混凝土澆筑過程中發(fā)生側移，采用鋼絲繩+手拉葫蘆配合將模板體系與外墻上的鋼杯拉緊(見圖3)，在牛腿高度方向底部、頂部各設置1道。

圖3 牛腿側模防側移加固措施

4)混凝土澆筑及養(yǎng)護 牛腿混凝土分2次澆筑，首次澆筑高度約3.6m，下料高度≤1.5m，分層澆筑高度≤400mm。采用φ30，φ50振搗棒快插慢拔且按作用半徑的1.4倍均勻排布，即φ50振搗棒作用半徑約為200～300mm，振搗間距為280～420mm；φ30振搗棒作用半徑約為200mm，振搗間距為280mm。

在套管下部設置直徑≥6mm鋼筋制作的彈簧圈，并在套管底部開設振搗孔和觀察孔進行跟蹤查看，確保套管底部混凝土澆筑質(zhì)量。

首層混凝土澆筑完成后，覆蓋塑料薄膜與土工布進行保濕保溫養(yǎng)護，帶模養(yǎng)護時間≥7d，養(yǎng)護期間應保持混凝土表面濕潤。拆模后應及時灑水或噴涂養(yǎng)護液進行養(yǎng)護，保濕養(yǎng)護的持續(xù)時間(帶模養(yǎng)護和拆模后保濕養(yǎng)護時間之和)≥14d。

2.2.7BIM技術的應用

項目成立創(chuàng)新BIM小組，在牛腿施工前通過BIM模型模擬鋼柱安裝就位，牛腿主蒸汽管道系統(tǒng)、循環(huán)冷卻水管道系統(tǒng)、電纜橋架等體系的安裝，分析施工邏輯，檢查防碰撞構件并及時通過設計進行調(diào)整優(yōu)化，避免二次返工。

2.3 牛腿鋼柱支撐平臺施工

2.3.1平臺選擇

根據(jù)施工邏輯分析、各施工單位使用需求、施工場地使用需求及施工現(xiàn)場環(huán)境，經(jīng)支撐平臺設計驗算對比分析，選用鋼柱支撐平臺作為牛腿模板支撐，屆時作為后續(xù)管道、橋架安裝施工平臺，同時滿足7m寬間隙主通道正常通行要求。位于懸挑牛腿底部區(qū)域的鋼柱選用φ219×6鋼管，靠近常規(guī)島側鋼柱為I22，鋼柱之間采用[12連接，主梁選用HW250×250×9×14型鋼，次梁為I20；鋼柱與主梁之間設置可調(diào)節(jié)支座；懸挑牛腿底部斜面選用I16，[10制作成三角桁架。

2.3.2構造要求

1)7m寬間隙牛腿下方支撐鋼柱橫距1 380mm、縱距≤1 100mm， 通道處鋼柱縱距3 750mm，牛腿間鋼柱間距≤4 000mm。 鋼柱間水平拉桿、斜向拉桿選用不小于[12加固，主梁HW250×250×9×14南北向布置，次梁不小于I20、東西向≤600mm間距布置。鋼柱支撐平臺構造如圖4所示。

圖4 7m寬間隙鋼柱支撐平臺構造

2)水平牛腿下方支撐鋼柱橫距≤2 000mm、縱距≤1 100mm，通道處鋼柱縱距3 750mm，鋼柱間水平拉桿、斜向拉桿選用不小于[12加固，主梁HW250×250×9×14南北向布置，次梁不小于I20、東西向≤600mm間距布置。水平牛腿鋼柱支撐平臺構造如圖5所示。

圖5 水平牛腿下方鋼柱支撐平臺構造

2.3.3節(jié)點構造

鋼柱節(jié)點構造主要包含鋼柱分層間、鋼柱間水平及斜向支撐、鋼柱與支撐頂托間、支撐頂托與主梁間、主梁與次梁間等節(jié)點部位。

1)鋼柱整體高度為7～9m，采用分層加工和吊裝，分層高度≤4.5m，鋼柱分層間通過6組≥4.8級M16普通螺栓連接(見圖6)。

圖6 鋼柱分層間連接節(jié)點

2)鋼柱間水平及斜向支撐通過鋼柱耳板采用≥4.8 級M16普通螺栓連接(見圖7)。

圖7 鋼柱間水平及斜向支撐連接節(jié)點

3)為便于調(diào)整及后續(xù)拆除支撐，在柱頂設置可調(diào)支座(見圖8)，可調(diào)支座由4套8.8級M30螺栓+焊接的鋼構件組合而成。經(jīng)壓重試驗數(shù)據(jù)分析可調(diào)支座承載力≥500kN。根據(jù)鋼柱受力計算可知，牛腿單根支撐鋼柱最大承壓176kN，滿足要求。

圖8 柱頂可調(diào)支座立面

4)主梁HW250×250×9×14與鋼柱頂可調(diào)支座通過4顆≥4.8級M16普通螺栓連接。

2.3.4連墻件設置

利用外墻鋼杯+方通管(或槽鋼)+對拉螺栓系統(tǒng)為支點，相鄰支點焊接不小于∟50×5水平角鋼，通過 ∟50×5 連墻角鋼與鋼柱耳板通過M16螺栓、水平角鋼焊接固定，連墻件呈45°～60°夾角布置，間距≤5.5m，豎向設置≥2道。鋼支撐平臺連墻件節(jié)點如圖9所示。

圖9 鋼柱支撐平臺連墻件節(jié)點示意

2.3.5施工工藝流程

車間預制鋼柱、斜撐等桿件→地面硬化處理(鋼柱柱腳設置600mm×600mm×300mm混凝土支墩，底部設置2層間距≤200mm的HRB400E正交鋼筋，允許偏差為0～5.0mm)→測量放線→鋼柱安裝(柱腳與地面支墩膨脹螺栓固定)→鋼柱間水平及斜向支撐安裝→鋼柱頂部可調(diào)支座安裝→主梁安裝(鋼梁與鋼柱螺栓固定)→次梁安裝→鋼跳板鋪設→標高測量及調(diào)整→三角桁架安裝→鋪設模板體系→驗收。

2.3.6搭設

1)根據(jù)鋼柱、鋼梁及支撐桿件加工單進行制作加工。

2)鋼柱在拼裝場地利用≥25t汽車式起重機輔助，選用≥2根質(zhì)量≥2t扁平吊帶，分層組裝成型。

3)根據(jù)鋼柱排布圖測量放線，混凝土地面不平整時進行適當打磨。

4)首層鋼柱吊裝 采用4點吊裝受力，主吊索為額定荷載≥20kN的4根吊帶，通過額定荷載≥20kN的卸扣纏繞在橫梁或鋼柱上作為吊點。

5)使用線錘、卷尺測量鋼柱垂直度，首層鋼柱垂直度按不大于±10mm控制。

6)2層鋼柱吊裝 同層吊裝方式相同并利用連接桿鋪設跳板作為施工通道。安全帶系掛在已穩(wěn)固的鋼柱橫梁、斜桿或安全繩上。

7)主梁吊裝 HW250×250×9×14主梁南北方向布置，采用額定荷載≥20kN的2根吊帶與額定載荷≥20kN的卸扣配合纏繞在鋼梁上，就位于鋼柱頂托上并采用螺栓固定。

8)次梁吊裝 次梁間距嚴格按圖紙要求排布，主、次梁間采用螺栓或點焊固定。次梁上滿鋪鋼跳板作為施工操作平臺。在平臺外側設置高度≥1.2m的防護欄桿和180mm高踢腳板，防護欄桿按要求設置安全網(wǎng)。

9)支撐頂標高測量及調(diào)整 調(diào)整鋼柱可調(diào)支座以滿足標高及平整度允許誤差要求。

10)三角桁架安裝 采用M16高強度螺栓通過外墻預留的對拉螺栓孔拉結固定，桁架間采用直徑≥16mm措施鋼筋固定。

2.3.7拆除

當同條件養(yǎng)護試塊強度達到設計強度100%時組織拆除支撐，同時與安裝單位確認該區(qū)域無管道安裝作業(yè)后再行拆除。按先裝后拆、后裝先拆的原則逐層拆除。拆除流程為：調(diào)整鋼柱可調(diào)支座螺栓降低高度→拆除三角桁架→拆除底模→拆除次梁→拆除主梁→分層拆除鋼柱→材料轉運。

3 結語

核島安全廠房防甩擊懸挑混凝土牛腿荷載最大約900kN，采用鋼管支撐架，間距密集、現(xiàn)場搭設難度大、搭設周期長，影響牛腿施工進度。采用鋼柱支撐平臺設計方案，占地面積小，平臺下方留設充裕的施工通道，保證了牛腿施工期間7m寬間隙主通道正常的人員通行、安裝物項材料轉運、設備引入等預期效果。鋼柱支撐平臺建安一體化、結構承載力大、安全穩(wěn)定可靠、結構安拆便捷、可循環(huán)利用、合理優(yōu)化施工邏輯、大幅縮減工期、提升整體建設效率等優(yōu)點，對有類似結構形式的核電項目支撐體系的選用有一定的借鑒意義。