大跨度結(jié)構(gòu)封閉料場(chǎng)施工分析

任永興

(中冶北方(大連)工程技術(shù)有限公司，遼寧 大連 116600)

0 引言

近些年，隨著國(guó)內(nèi)環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，以及國(guó)家環(huán)保政策的導(dǎo)向，促使鋼鐵企業(yè)的料場(chǎng)進(jìn)行棚化改造。封閉料場(chǎng)具有空間大，施工場(chǎng)地小，且與企業(yè)生產(chǎn)并行等特點(diǎn)，從而導(dǎo)致了封閉料場(chǎng)的特殊的施工工藝，利用料場(chǎng)部分場(chǎng)地搭建拼裝胎架，拼裝后用支撐胎架合攏，再利用滑移設(shè)備把桁架水平推移就位。此種施工方案有效地解決了場(chǎng)地小的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了企業(yè)不停產(chǎn)施工，提高了施工的安全性，降低了施工成本。本文對(duì)江蘇沙鋼集團(tuán)淮鋼特鋼股份有限公司燒結(jié)2#原料場(chǎng)大棚實(shí)際案例中施工重點(diǎn)及難點(diǎn)進(jìn)行分析。

1 總體概況

該項(xiàng)目建設(shè)地點(diǎn)為江蘇省淮安市淮鋼股份有限公司燒結(jié)廠，在原有料場(chǎng)上進(jìn)行棚化改造，長(zhǎng)度514 m，寬度150 m，高度42.5 m。寬度方向橫跨3個(gè)儲(chǔ)料條，其中含有2條膠帶機(jī)，每條膠帶機(jī)上有2臺(tái)堆取料機(jī)，堆取料機(jī)高度為19.8 m。料場(chǎng)南側(cè)為京杭大運(yùn)河，間距為50 m，北側(cè)為廢鋼場(chǎng)地，東西為橫向上料膠帶機(jī)及轉(zhuǎn)運(yùn)站。設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)形式為管桁架結(jié)構(gòu)，屋面系統(tǒng)為壓型鋼板及采光板。

2 工程特點(diǎn)

2.1 構(gòu)件種類

該工程管行架組成構(gòu)件分為上弦桿、下弦桿、豎腹桿、斜腹桿、橫聯(lián)桿、斜聯(lián)桿。

2.2 施工重點(diǎn)及難點(diǎn)

1)焊接要求高。

2)測(cè)量及吊裝精度要求極大。

3)場(chǎng)地緊張。

4)分段對(duì)接精度要求高。

5)鋼結(jié)構(gòu)施工不能影響正常生產(chǎn)。

6)預(yù)應(yīng)力施工工藝復(fù)雜。

2.3 設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介

封閉寬度150 m，長(zhǎng)度514 m，棚高(拱頂最高處)42.5 m，大棚東西向。南北方向?qū)⒁淮瘟蠄?chǎng)3臺(tái)斗輪堆取料機(jī)全部封閉在內(nèi)，預(yù)留堆取料機(jī)運(yùn)行安全距離(見(jiàn)圖1)。管桁架大棚采用兩端鉸支的拱桁架，拱桁架為三角形立體桁架。為減小拱腳推力，在滿足斗輪機(jī)操作空間的前提下，設(shè)置平衡鋼索。結(jié)構(gòu)形式為管桁架，外圍護(hù)采用彩鋼板和采光板間隔圍護(hù)。東西側(cè)抗風(fēng)桁架為四邊形立體桁架，承擔(dān)山墻重量及水平荷載，上端與主桁架焊接連接，下端為固定鉸支座。屋頂檁條及山墻檁條采用C型鋼或高頻焊H型鋼。

圖1 桁架整體示意圖

3 主體結(jié)構(gòu)安裝

3.1 技術(shù)準(zhǔn)備

施工技術(shù)準(zhǔn)備主要包括：①編制結(jié)構(gòu)拼裝技術(shù)方案；②編制結(jié)構(gòu)吊裝技術(shù)方案；③編制預(yù)應(yīng)力施工專項(xiàng)方案；④編制結(jié)構(gòu)滑移施工方案。

3.2 拼裝胎架的制作

拼裝胎架的設(shè)計(jì)要求有以下幾點(diǎn)：

1)拼裝胎架根據(jù)桁架對(duì)稱性設(shè)計(jì)能夠互用的拼裝胎架。

2)拼裝胎架依據(jù)桁架分布單元，要求在拼裝胎架上一次完整拼裝。

3)支撐胎架的對(duì)接點(diǎn)要避開(kāi)胎架節(jié)點(diǎn)位置，滿足焊接空間同時(shí)給胎架重復(fù)利用預(yù)留合理的結(jié)合點(diǎn)。

4)拼裝場(chǎng)地要充分考慮吊裝工序，特別是吊車占位及行走路線要充分考慮，拼裝胎架位置要利于桁架吊裝，盡可能避免桁架吊裝時(shí)空中轉(zhuǎn)體。同時(shí)對(duì)拼裝胎架的桿件及胎架強(qiáng)度要詳細(xì)計(jì)算，確保胎架的剛度及穩(wěn)定性。

5)地面拼裝胎架場(chǎng)地要求硬化，在硬化地面上依據(jù)胎架鋼管的端面及中心線做出固定控制點(diǎn)位，弧線部位要多點(diǎn)控制，每段桁架吊裝后要對(duì)胎架定位重新校驗(yàn)，這樣布置可有效避免胎架重復(fù)組裝時(shí)產(chǎn)生位移變化，從而有效控制桁架的拼裝精度。

6)桁架拼裝先對(duì)上、下弦的主管組裝，上弦先組裝胎架下部主管，確保胎架組裝的操作空間，然后組裝桁架腹桿及支管，并對(duì)其精準(zhǔn)定位、焊接。

7)桁架的主管固定在拼裝胎架的裝配平臺(tái)上，再利用吊車、桁架控制點(diǎn)及固定定位塊定位，利用調(diào)節(jié)板控制精度，確保主管之間的相對(duì)位置準(zhǔn)確。

根據(jù)該工程特點(diǎn)及上述主桁架分段，桁架分段最大重量約20 t。拼裝胎架必須穩(wěn)固、結(jié)實(shí)。地面已被業(yè)主硬化處理，設(shè)置預(yù)埋件。地面鋪設(shè)φ273 mm×12 mm鋼管，鋼管與地面埋件焊接，型鋼上設(shè)置胎架立桿，立桿采用φ219 mm×10 mm，間距隨桁架節(jié)點(diǎn)間距，設(shè)置在跨中(節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)中間)。

3.3 桁架拼裝步驟

桁架主要為三角拱桁架結(jié)構(gòu)，故采用臥式組裝，這樣可減少胎架高度，降低焊接的難度，使焊接質(zhì)量更容易得到保證。

拼裝步驟：拼裝場(chǎng)地基處理→放線→胎架制作→弦桿上胎組拼→腹桿拼裝→桿件組拼完成整體調(diào)整、校驗(yàn)→報(bào)驗(yàn)→焊接→二次報(bào)驗(yàn)→出胎。

3.4 拼裝工況

胎架設(shè)置，先根據(jù)桁架坐標(biāo)轉(zhuǎn)化后的X、Y投影點(diǎn)硬化場(chǎng)地；對(duì)弦桿放X、Y的投影線、放標(biāo)高線、檢驗(yàn)線及支點(diǎn)位置，并提交驗(yàn)收，埋設(shè)預(yù)埋件。根據(jù)支點(diǎn)處的標(biāo)高設(shè)置胎架模板，胎架模板搭設(shè)后牢固可靠。

拼裝精度控制措施：①胎架范圍內(nèi)的下部地面要求碾壓平整，控制沉降，面層要求硬化處理，經(jīng)計(jì)算預(yù)埋埋件，胎架底部與埋件焊接固定，固定后要進(jìn)行檢驗(yàn)，保證胎架的強(qiáng)度要求，從而確保安全可靠；②對(duì)胎架的安裝前后及過(guò)程進(jìn)行放線、復(fù)尺測(cè)量，確保胎架的精度可控；③胎架上要有控制構(gòu)件基準(zhǔn)線和中心線的定位支撐，構(gòu)件吊裝到胎架上利用定位支撐固定，依據(jù)設(shè)計(jì)要求定位校核后點(diǎn)焊固定；④構(gòu)件定位后對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)存檔備案，以便校驗(yàn)后續(xù)構(gòu)件精度。構(gòu)件在點(diǎn)焊的情況下，周邊不能大型機(jī)械、設(shè)備行走，避免震動(dòng)導(dǎo)致構(gòu)架脫焊移位，確保構(gòu)件完整的精度性；⑤焊接必須按照相關(guān)要求規(guī)范焊接，為了減少焊接收縮，要求先對(duì)焊接量大的部位焊接，依次排序同時(shí)采用對(duì)稱焊接；⑥所有焊工均要通過(guò)《焊工技術(shù)考試規(guī)程》考試；⑦雨雪天氣不能露天施工，焊接構(gòu)件表面潮濕需要吹干處理，常規(guī)采用壓縮空氣吹干，也可采用氧氣乙炔火焰烘干。大風(fēng)天氣不利于焊接工作，風(fēng)力8 m/s以上焊接，需要做防風(fēng)措施。根據(jù)氣溫選用合適的焊材，氣溫過(guò)低時(shí)應(yīng)對(duì)構(gòu)件預(yù)熱處理，對(duì)焊條增設(shè)保溫措施，施焊溫度按JGJ81-2019標(biāo)準(zhǔn)確定；⑧高空對(duì)接的弦桿裝配時(shí)應(yīng)采用碼板臨時(shí)固定，待弦桿焊接完成后拆除碼板。

3.5 支撐胎架安裝

3.5.1 支撐胎架安裝順序

第一步，根據(jù)胎架埋件布置圖的深化圖紙導(dǎo)出每個(gè)胎架埋件的位置坐標(biāo)；第二步，將導(dǎo)出來(lái)的坐標(biāo)使用全站儀測(cè)設(shè)到實(shí)地位置，并作標(biāo)記；第三步，在+2.00 m柱腳基礎(chǔ)混凝土澆筑完成后安裝抗震支座，并與埋件焊接；第四步，安裝標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，其中胎架和抗震支座焊接，胎架分段之間采用高強(qiáng)螺栓連接；第五步，為保證胎架的整體穩(wěn)定，胎架安裝到一定高度后，在胎架格構(gòu)柱之間搭設(shè)L90 mm×6 mm雙角鋼水平支撐，其中水平支撐和胎架采用焊接方式連接。

3.5.2 支撐胎架在建安全維護(hù)措施

1)設(shè)置防護(hù)欄桿。這是臨邊防護(hù)所采用的主要方式，山墻胎架周邊、各平臺(tái)臺(tái)階立面均應(yīng)設(shè)置防護(hù)欄桿。欄桿的上部橫桿距離平臺(tái)高度1.0～1.2 m，下部橫桿距離平臺(tái)0.5 m，同時(shí)要求做踢腳板。防護(hù)欄桿必須自上而下用安全立網(wǎng)封閉。接料平臺(tái)兩側(cè)的欄桿，必須自上而下加掛安全立網(wǎng)或滿扎竹笆。所有防護(hù)欄桿必須刷紅黃相間的油漆標(biāo)志。

2)支撐胎架安全通道。在山墻胎架格構(gòu)柱B軸處設(shè)置安全防護(hù)登高通道，便于施工人員上下胎架平臺(tái)，以避免發(fā)生施工人員高空墜落事故。

3.6 桁架安裝

3.6.1 區(qū)域劃分

150 m跨料場(chǎng)總體分為5個(gè)吊裝區(qū)和5個(gè)拼裝區(qū)，采用“散件拼裝、空中合攏、累積滑移”的安裝思路，同時(shí)采用大型吊機(jī)由倒數(shù)第二個(gè)軸作為起始點(diǎn)向倒數(shù)最后一個(gè)軸(山墻)聯(lián)體，每榀桁架均由兩側(cè)向中間的順序吊裝。先完成1段、5段的吊裝，然后完成2段與1段吊裝、4段與5段吊裝連接，最后吊裝3段，左右分別與2段、4段連接。主桁架組裝后連接次桁架，同樣采用由兩側(cè)向中間匯聚施工?；⌒舞旒艿臉?gòu)件采用工廠加工，桿件運(yùn)抵現(xiàn)場(chǎng)后拼裝、吊裝，次桁架沒(méi)有及時(shí)連接時(shí)主桁架需要增設(shè)纜風(fēng)繩固定，待次桁架、檁條連接后，兩榀桁架聯(lián)體合一后再將倒數(shù)第二個(gè)軸位置桁架滑移至倒數(shù)第三軸位置，空出倒數(shù)最后一個(gè)軸(山墻)位置后再依次散拼累計(jì)安裝、滑移。

3.6.2 滑移區(qū)域桁架安裝

建筑結(jié)構(gòu)采用150 m跨預(yù)應(yīng)力鋼拱桁架體系，預(yù)應(yīng)力鋼拱桁架由上弦桁架、下弦拉索，以及拉索和桁架之間的撐桿組成，預(yù)應(yīng)力鋼拱桁架拱腳與混凝土柱鉸接?？v向設(shè)七道縱向聯(lián)系桁架，與橫向鋼拱桁架組成穩(wěn)定空間結(jié)構(gòu)體系。

3.6.3 山墻區(qū)域桁架安裝

1)山墻位置桁架安裝步驟。山墻位置的桁架是在主結(jié)構(gòu)滑移完畢以后單獨(dú)安裝，主要思路是從一側(cè)開(kāi)始，先安裝支撐結(jié)構(gòu)，再安裝主桁架分段結(jié)構(gòu)。

2)山墻支撐的固定方案。由于山墻桁架下端為鉸接，因此在安裝山墻支撐時(shí)，需要增加臨時(shí)加固措施：一是在底部增加加固桿件，將支撐底部做成臨時(shí)固定端；二是在頂部增加攬風(fēng)繩確保側(cè)向穩(wěn)定。

3.7 滑移施工

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際施工條件，在建筑物西側(cè)(2軸和3軸線)設(shè)置固定高空拼裝場(chǎng)地，拼裝后采取累積滑移的施工方法。

3.7.1 滑移主要技術(shù)

1)滑移(液壓)?；剖遣捎靡簤号佬衅髯鳛榛乞?qū)動(dòng)動(dòng)力，液壓爬行器構(gòu)造，后端是楔型夾鐵塊與滑移軌道通過(guò)開(kāi)閉配合連接，另一端通過(guò)爬行器的推桿與桁架的鉸接，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制中間部位的液壓油缸伸縮達(dá)到行走功能。

第一步：爬行器楔型夾鐵塊與滑移軌道夾緊鎖死，液壓缸注油工作，前段活塞銷軸推出，銷軸與桁架連接，桁架利用滑靴在軌道上行走。

第二步：爬行器液壓銷軸伸缸一個(gè)行程，桁架向前滑移一個(gè)行程，行程距離根據(jù)液壓缸銷軸伸縮能力而定，一般一個(gè)行程為300 mm。

第三步：爬行器伸缸完成后，桁架不動(dòng)，爬行器楔塊通過(guò)夾緊裝置與滑移軌道脫離松開(kāi)，爬行器縮缸，從而拖動(dòng)液壓缸及夾緊裝置前移。

第四步：重復(fù)執(zhí)行以上步驟，桁架經(jīng)過(guò)若干個(gè)滑移行程最終到達(dá)指定位置。

2)同步性控制。滑移同步性是通過(guò)計(jì)算機(jī)控制完成，通過(guò)兩側(cè)爬行器控制系統(tǒng)，依據(jù)反饋數(shù)據(jù)統(tǒng)一執(zhí)行操作指令，實(shí)現(xiàn)同步性。

3.7.2 滑移軌道

桁架自身重量巨大，爬行器采用的液壓缸是大型構(gòu)件設(shè)備，為了同步滑移安裝桁架，需要設(shè)置專用軌道，桁架通過(guò)滑靴坐落在軌道上，軌道應(yīng)從桁架初始拼裝位置鋪設(shè)，鋪設(shè)至桁架最終位置，軌道給爬行器提供反推力，同時(shí)保證桁架在軌道上行走通暢。

3.7.3 滑移頂推點(diǎn)

滑移頂推點(diǎn)就是爬行器液壓缸伸縮銷軸與滑移結(jié)構(gòu)的結(jié)合點(diǎn)，連接方式為鉸接，頂推點(diǎn)將爬行器水平推力傳遞給滑移結(jié)構(gòu)，頂推點(diǎn)高度不易過(guò)大，同時(shí)滑移結(jié)構(gòu)頂推點(diǎn)位置的剛度必須保證，桁架之間設(shè)有頂推桿，有效地將頂推力向前傳遞。本案中軌道正上方沿滑移方向設(shè)計(jì)通長(zhǎng)的縱向桁架則無(wú)需額外設(shè)置傳力構(gòu)件，但設(shè)計(jì)中的縱向桁架影響液壓爬行器的安裝，需進(jìn)行相應(yīng)的處理。

3.7.4 滑靴設(shè)計(jì)

桁架結(jié)構(gòu)自重較大、滑移水平推力較大，宜在滑移支座下方設(shè)置滑靴的滑移方式。依據(jù)工程的特點(diǎn)，滑靴可設(shè)計(jì)成80 mm厚的形式，滑板安裝在原結(jié)構(gòu)支座底板下方。設(shè)計(jì)滑板厚度80 mm、滑軌高度140 mm、總高度220 mm?；プ湓谲壍郎?，滑靴兩側(cè)設(shè)有擋板，防止滑靴脫軌，擋板邊緣與軌道預(yù)留縫隙(每側(cè)20 mm)，同時(shí)滑靴前段要光滑處理，避免滑靴與軌道“卡軌”，側(cè)向擋板前端同樣需要圓角，其圓角半徑為該板厚度。

3.7.5 滑移過(guò)程質(zhì)量控制

1)加載檢測(cè)。計(jì)算機(jī)檢測(cè)滑移系統(tǒng)正常后開(kāi)始滑移，爬行器的推力要考慮滑移結(jié)構(gòu)的摩擦力折減系數(shù)，還有液壓缸壓力的的折減?；茣r(shí)，先將液壓缸壓力設(shè)置到40%，檢查系統(tǒng)是否工作正常，正常后逐級(jí)上調(diào)壓力(每次10%直至100%)?；平Y(jié)構(gòu)即將移動(dòng)時(shí)要對(duì)滑移系統(tǒng)進(jìn)行檢查，確認(rèn)各部位工作正常后繼續(xù)滑移。

2)正式滑移?；频倪^(guò)程中，時(shí)刻注意各項(xiàng)數(shù)據(jù)是否正常，例如液壓缸的壓力、荷載變化、兩側(cè)行進(jìn)的同步性等。將相關(guān)數(shù)據(jù)做好記錄，同時(shí)做好比對(duì)，以判斷系統(tǒng)工作是否正常，兩側(cè)的同步性要控制在30 mm以內(nèi)。一方面通過(guò)計(jì)算機(jī)傳感器反饋距離信號(hào)，另一方面人工在軌道上做出標(biāo)記，以確?；频耐叫?。

3)滑移過(guò)程同步監(jiān)測(cè)控制方案。①計(jì)算機(jī)要對(duì)每個(gè)爬行器的推力的最大值做出設(shè)定，當(dāng)遇到卡阻時(shí)，推力大于設(shè)定值時(shí)，爬行器應(yīng)自動(dòng)溢流卸載。防止爬行器間不同步導(dǎo)致滑移結(jié)構(gòu)及爬行器系統(tǒng)破壞。②應(yīng)在液壓系統(tǒng)的回路中設(shè)有自動(dòng)和機(jī)械自鎖裝置。③設(shè)有行程傳感器監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，檢測(cè)相關(guān)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。④計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)通過(guò)各傳感器反饋數(shù)據(jù)及時(shí)調(diào)整工作狀態(tài)。⑤滑移過(guò)程中，要對(duì)滑移狀態(tài)做直觀檢測(cè)，在滑移梁上做出50 mm標(biāo)尺單位的標(biāo)記，時(shí)刻對(duì)比每個(gè)爬行器的行進(jìn)距離，當(dāng)同步偏差大于30 mm時(shí)，要對(duì)爬行器做出調(diào)整，必須保證爬行器的同步性。⑥滑移工作狀態(tài)良好可適當(dāng)加大標(biāo)尺，此種方法更為簡(jiǎn)便直接的監(jiān)控單條軌道桁架滑移具體的距離。

3.7.6 滑移速度

滑移速度由液壓泵源供油及回油流量決定的，該項(xiàng)目設(shè)計(jì)的液壓泵源的主泵流量為36 L/min。根據(jù)實(shí)際工況，每臺(tái)液壓泵帶動(dòng)3臺(tái)TJG-1000型液壓爬行器，滑移速度控制在6 m/h。

4 結(jié)語(yǔ)

以上是根據(jù)封閉料場(chǎng)施工順序系統(tǒng)總結(jié)，其中針對(duì)施工中重點(diǎn)、難點(diǎn)問(wèn)題做了詳談，大型空間結(jié)構(gòu)的特殊施工工藝有效地解決施工場(chǎng)地狹小、企業(yè)不停產(chǎn)、降低施工成本的問(wèn)題，且大幅提高施工的安全性?！熬G水青山就是金山銀山”，在國(guó)家大力提倡環(huán)保的大背景下，露天料場(chǎng)實(shí)現(xiàn)環(huán)保封閉成必然趨勢(shì)，一方面通過(guò)料場(chǎng)的封閉有效控制粉塵、地下水污染，另一方面有效降低物料的損耗、提高資源利用率，做到了保護(hù)環(huán)境、企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的目的，愿用我們的勤勞和智慧建設(shè)國(guó)家美好的未來(lái)。