大跨度超重管廊桁架安装施工技术

摘要：在建筑工程施工中，常会遇到一些大型构件或设备的安装难题，如何在构件组装、焊接控制上采取有效的技术措施，合理选择吊装机械、科学设置吊点位置，是解决大型超重构件安装技术难题的关键所在。

关键词：大跨度超重管廊安装技术

中图分类号：TU74 文献标识码：A

1．工程概况

2012年，我公司承接了武汉石化公共管廊工程施工任务，涉及到一系列大跨度管廊构件安装问题，其中尤以55米跨管廊安装最为关键，直接影响到整个管廊工程能否按期竣工交付。

本次安装的55米跨管廊为焊接H型钢桁架结构，构件单重126吨，外型尺寸55×3.3×6.6米，安装就位后顶部标高13.1米。管廊桁架横跨在21.5米宽的北湖闸渠河沟上，因河边原为农民藕田，地基承载力较差，给吊车站位及吊装作业安全带来严重挑战。

图1--55米管廊安装现场平面示意图

2．工程特点与控制难点

该工程整个管廊横跨在21.5米宽的北湖闸渠之上，吊装位置严重受限，给构件安装带来了很大的困难，其施工特点及控制难点如下：

由于通廊外型较大，工厂整体制作及运输比较困难，需采取分片制作、现场分层组装技术方案，对构件制作尺寸精度及质量控制提出了更高的要求。

该构件安装属典型的大型超重结构吊装作业，需使用大型起重设备才能顺利完成施工，吊装安全不易控制。

构件具有大跨度、超重及吊装位置狭小的显著特点，现场组装后需要旋转、移送、双机抬吊等多道工序，如何选择吊装机械及合理设置吊点，是本工程的关键。

由于现场地基较差，吊车站位前需对地基进行回填压实处理，因此必须重视地基承载力检测试验工作，确保吊装作业安全。

3．施工技术控制要点

3.1施工工艺流程

构件分片制作—进场--现场组装平台搭设—分层组装—焊接控制—吊点设置及加固—构件吊装移送—双机抬吊就位—焊接固定等。

3.2桁架现场组装

3.2.1桁架组装：

组装平台搭设

组装平台搭设时，需充分考虑现场地质条件以及后续吊装作业安全因素，一般应搭设在靠近安装支架边上，且有利于行车站位和吊装作业半径不受影响。

组装平台搭设前应认真检查地基承载力情况，特别是处在软地基区域需采取回填压实等处理措施，确保组装过程中地基稳定，构件不产生较大变形。

在组装区域长度方向横向铺设H型钢，并考虑单片构件对接焊缝操作方便；利用水准仪对组装平台上表面标高进行测设，通过支垫调整标高，高低差控制在10mm以内。

综合以上因素，并考虑到吊装作业特殊要求，现场实际组装平台搭设方案为沿河沟方向铺设H型钢，其后续工序还需考虑桁架转向及调整问题。

图3.2.1-1桁架组装场地现场示意图

图3.2.1-2桁架组装平台搭设示意图

桁架组装

桁架组装采取分层分片组装方式，先下玄，再立柱，后上玄、最后组装斜支撑并固定连接。

桁架组装时要严格控制外型尺寸偏差，重点控制管廊长度、宽度、高度和起拱度偏差要求，确保上下玄结构直线度＜L/1000，且全长不大于25mm。

上下玄单片构件组装完毕后要进行对角线测量工作，保证每个面对角线偏差在±5mm以内，为后续零部件组装精度控制奠定基础。

拱度控制：桁架起拱度严格按照L/500要求进行控制。在构件组装时，通过下玄型钢下部支垫或外力顶压方式，配合现场测量仪器监测，实现构件整体起拱度满足设计要求，同时还需考虑到构件自重对起拱度的影响因素。

3.2.2焊接控制

桁架全部组装完毕，并经各方联合检查，构件组装尺寸、起拱度等技术参数全部满足设计和规范要求，点焊临时固定后，即可开始桁架连接固定工作。本工程设计要求先利用螺栓对连接板进行固定，再进行连接板缝焊接；现场对接焊缝采用CO2气体保护焊，其余焊缝均采用手工焊接。具体焊接工序如下：

焊接前的准备工作

现场施焊人员必须持证上岗，严禁无证施焊或超焊位焊接作业。

焊接材料应符合设计要求，使用前应认真检查焊材包装是否完好，严禁将包装破损的焊材直接用于焊接工程中。雨天焊丝淋湿后严禁使用，焊条使用前应按照规定进行烘烤。

焊接用CO2气体应具有出厂质量合格证，其纯度CO2>99.7%，O2

焊缝坡口检查与清理：按设计图纸要求对焊缝坡口进行检查，检点是坡口大小及表面质量。坡口表面及周边不应有深度凹槽、铁锈、油污和泥水等现象，在施焊前应对坡口进行认真清理并烘烤，确保焊缝质量合格。

焊接工序控制

CO2气体保护焊施焊过程中，如出现雨雪天气、风速超过2m/s、环境温度低于-5℃、相对湿度大于90%以上情况时，严禁焊接作业。

焊缝对接时错边量必须控制在0-3mm之内，通常采用门型卡板及千斤顶等辅助工具对焊缝错边较大问题进行调整。

焊接作业前应进行焊缝预热，一般采用火焰加热方式，预热温度为80℃～100℃范围内。

为确保焊接质量，所有焊缝均采用先外后内焊接顺序，外侧焊完后，采用碳弧气刨对内侧进行清根，最后再完成内侧焊接工作。

高空对焊时，应搭设防风防雨棚，使焊道基本处于无风状态，确保CO2气体保护焊焊接质量合格。

H型钢组对采用“Z”型接头，对焊时先焊腹板对接缝，再焊上、下翼缘对接缝，最后焊腹板与翼缘板的角焊缝。

焊接变形控制

焊口加固措施：为防止施焊过程中构件几何尺寸发生较大变形或错边量超标问题，所有对接焊缝部位均采用门型卡板固定，角焊缝内侧用电焊点焊固定。

焊接工艺措施：在焊接过程中，通常采用两名焊工同步施焊，每条焊缝应连续一次焊完，如因特殊原因停焊，应采取措施防止出现冷裂纹，重新施焊前应仔细检查，确认无裂纹后才能施焊。

焊缝接头处理：腹板对接缝的两端应满焊至翼缘板边缘，上、下翼缘板对接缝边部应加引弧板引弧。

不同板厚焊缝对接：对接时采取一侧平齐，另一侧加适当厚度板材的方法，保证外侧连接板面紧贴母板，利用螺栓固定后才可进行施焊操作。

3.3 吊装控制

3.3.1方案制定

考虑到通廊较长、单重较大，又横跨北湖闸渠河沟上方，现场地基条件受限等客观因素，若采用常规单机吊装方案，在吊装设备选型上无疑要考虑大型吊机，同时还需考虑吊机站位及作业半径对场地的要求以及吊机台班本身费用高等因素，施工成本将会显著上升。

经现场施工技术人员实地勘察，认真进行方案比选，核算吊机费效比，制定了桁架现场单机起吊转向移送后，对岸双机抬吊的技术方案。该方案具有科学合理，质量有保障、安全性高、施工成本低等明显优势。

3.3.2设备选型及吊点设置

为确保吊装安全，充分考虑桁架吊装转向、移送、抬吊等不同作业特点，设置了如图所示吊点位置，确保吊装过程构件重量分配合理，吊装作业安全平稳。

图3.3.2-桁架吊点设置示意图

吊装设备选型时，经查阅起重机相关技术参数，选择300t和240t液压汽车吊配合施工；钢丝绳安全性能经验算，选用了Φ52mm、6×37+1纤维5根18m吊装钢丝绳。全性能计算如下：

吊机起重量计算：

吊装转向移送，选用300t吊车按85%工况，作业半径6m、伸臂26m考虑，其额定起重量138t（参见300t汽车吊工况表）>126t，满足吊装起重量要求。

双机抬吊：选用300t吊车和240t吊车抬吊方案，承载力计算如下：

300t承担通廊71%的重量，即126t*71%=89.46t

240t承担通廊29%的重量，即126t*29%=36.54t

可以满足起重量要求。

钢丝绳安全性能计算：两根钢丝绳长18m，吊点距离8m，夹角β=47.9。，公称抗拉强度1870MPa。

每根钢丝绳受力：Q=1/5×1/2×T/cosβ，经计算为138.55KN

钢丝绳破断拉力总和=公称抗拉强度×钢丝绳总面积（mm2）=1786.8 KN

钢丝绳破断拉力=钢丝绳破断拉力总和×换算系数（0.82）=1465.0 KN

钢丝绳安全载重力=钢丝绳破断拉力/安全载重系数（6倍）=244.17 KN，

244.17KN＞138.55KN

由以上计算可知，选择300t、240t汽车吊，采用Φ52mm吊装钢丝绳，能够满足通廊吊装安全性能要求。

3.3.3吊装作业控制

地基处理：因现场为原藕田回填地基，承载力明显不足，为确保吊装作业安全，对吊车站位位置进行了砂石回填处理。300t吊机站位处在原乡村公路老土上，不需换填，本次换填主要是针对对岸240t吊机位置，换填深度1米以上，下部为砂加碎石层，表面为矿渣层，经专用机具充分压实后，采用灌砂法进行了压实试验，实际压实度达93%以上，满足吊装安全技术要求。吊装作业前，先铺设好路基板，方可正式吊装作业。

吊装准备：吊机到位后，应仔细检查设备性能及安全装置是否完好，吊装用钢丝绳是否存在断丝或其它损伤；每个吊点选用一根钢丝绳兜吊，钢丝绳与型钢边缘接触部位加垫管皮防护；作业前对现场操作人员进行详细的安全技术交底，并做好现场安全维护和监控工作。

桁架起吊转向移送

现场桁架组焊完成后，先利用300t汽车吊中间吊点1位起吊，将桁架整体吊起转向90度，水平移送6米至河对岸平放，以便进行下一步的抬吊工作。如一次移送未能达到240t吊机理想抬吊位置，可调整300t吊机吊点至2位，重新挂设钢丝绳，对岸240t吊机吊点设置在端部5位，采用双机抬吊方式进行进一步移送，直至240t吊机预定吊点位置，然后平放至地面。

图3.3.3-1桁架起吊旋转移送示意图

图3.3.3-2 现场300t吊机单机起吊旋转移送

双机抬吊就位

桁架移送到位放置平稳后，300t吊机调整吊点至3位，240t吊机调整吊点至4位，采用双机抬吊方式，将桁架吊装至安装支架上准确就位。双机抬吊过程中，要求做到统一指挥，两台吊机起吊移送动作保持一致，确保吊装安全。

图3.3.3-3桁架双机抬吊示意图

焊接固定：桁架就位后，对桁架中心、标高进行实测，必要时可采用千斤顶等机具对桁架位置进行微调，全部满足设计和规范要求后进行焊接固定。

至此，整个55米跨管廊桁架安装工程就基本完成，下一步就是对桁架所有连接位置、焊接位置等进行除锈补漆工作。

图3.3.3-4桁架安装竣工图

4．结束语

通过本次武汉石化公共管廊工程的施工，顺利完成了复杂条件下大跨度、超重管廊桁架的安装控制技术，丰富了我们在大型设备安装、大跨度桁架安装方面的施工经验，在保证工程进度、质量、安全的前提下，显著降低了工程成本，对今后类似工程施工、吊装方案制定、施工质量安全控制技术和成本管理上都具有指导意义。