宜陽晟陽硅業L106皮帶廊鋼結構制作、吊裝技術

孫信

【摘要】宜陽晟陽硅業L106皮帶廊由于所建地形復雜，最大跨度33米，其中需跨越高差9米的坎坡、110KV變電站；經對幾種吊裝方法比較后，選擇合理、經濟適用的方案進行施工。

【關鍵詞】 支架；格構柱；桁架；工藝流程；分片組裝；整體吊裝

1. 工程概況

宜陽晟陽硅業L106皮帶廊，是整個皮帶廊L101至L106輸送系統的一部分；L106皮帶廊全長300余米。其中鋼結構部分從篩分站混凝土坡道到主廠房電爐車間，全長266.03米分為9跨，最大跨度33米，由低至高從西向東布置，途中跨越道路、9米高的坎坡、110KV變配電站、各種設備裝置等。最大安裝高度53.95米，全部鋼結構重700余噸。

現場情況較為復雜，施工工期緊，主廠房、110KV變配電站、設備安裝等項目均需同步施工，施工隊伍多，交叉作業頻繁；鋼柱單件重量大，桁架跨度大、安裝位置高，任務量大。如圖1所示：

圖1皮帶廊結構示意圖

圖2支架結構示意圖

2. 圖紙設計

2.1基礎：采用1000直徑灌注樁。

2.2支架：結構形式為格構柱，每根采用4根400×400×13×21 的H型鋼構成，縱橫間距為3×6米；格構柱最大高度53.95米。共計8根支架，最大單件重量65噸，如圖2所示。

2.3桁架：采用連續梁式平行弦桁架結構形式，截面尺寸為 6.0米寬×3.5米高，最大水平投影跨度33米，最大單件重量33噸。共計9榀桁架，如圖3所示， 平行弦桁架與格構柱之間采用固結連接（有栓接、又有焊接）。

圖3支架與桁架連接示意圖

2.4走道板：用L100×6角鋼作骨架，滿鋪6mm厚人字花紋鋼板。

2.5圍護結構：采用C型鋼作檁條，用壓型彩色鋼板作圍護。

2.6格構柱、桁架結構材料均選用12米定尺成品H型鋼，Q235-B鋼材，要求格構柱、桁架連接采用“之字型焊縫”連接，焊縫質量等級為二級。如圖4。

3. 制作、吊裝方案比較及其選擇

3.1加工廠制作。

3.1.1在加工廠制做、整體吊裝其優點：場地寬暢，設備齊全，制作條件較好，鋼結構制作質量有物資條件保障；缺點是：整體運輸吊裝現場不具備以下條件：（1）運輸車輛及路況條件受限；（2）當地較難租賃能滿足起重高度不小于65米、回轉半徑大于15米、起重量在350噸以上的吊車；（3）現場回轉半徑不滿足；（4）整體成本費用較高。

3.1.2在加工廠分塊制作，現場整體拼裝吊裝；需將作業區擴展為兩個區，即加工區和拼裝區，雖然能解決鋼結構運輸問題，但協調工作量較大，工期較長；吊裝仍需較大噸位的起重機械，費用也較高。

3.2現場制作。現場制作、拼裝，整體吊裝，其優點是：施工靈活，制作、吊裝協調量小，節省大量的運輸費用和運輸工期。缺點：施工條件較差，工人勞動強度較大，制作、拼裝質量控制難度較大。

圖4鋼柱、桁架“Z字型焊縫”連接示意圖

3.3方案的確定。

3.3.1根據我公司以往的經驗，對大型構件實行整體吊裝其經濟效益較為顯著。綜合上述多方案分析對比，決定支架、桁架采取現場分片制作，分片拼裝，再分段（整榀）組裝的加工方法，確保支架、桁架的線型精度；格構柱分段二次（或三次）吊裝，空中拼接；桁架一次整體吊裝的施工方案，減小空中工作量，又縮短施工周期，確保吊裝一次成功。

3.3.2整個施工過程順序如下：技術、材料準備→CAD三維電腦放樣→下料→格構柱制作→涂裝→拼裝→檢驗→桁架制作→涂裝→組拼→檢驗→格構柱就位→格構柱下節柱吊裝→校正→檢驗→搭設腳手架操作平臺→上節柱吊裝、拼接→校正→檢驗→桁架就位→桁架吊裝→柱與桁架連接→校正→檢驗→局部除銹→局部涂裝→安裝C型檁條→安裝壓型彩色鋼板等圍護結構→整體驗收→竣工。

4. 施工難點及質量保證措施

4.1施工難點。

4.1.1平行弦桁架與格構柱之間采用固結連接，其制作、安裝精度控制。

4.1.2鋼構件超高超長，單件噸位重量較大，安裝位置高，需選擇較為合理、經濟的吊裝機械。

4.1.3格構柱需空中對接拼裝，其垂直度和焊縫質量控制。

4.2具體質量保證措施。

（1）首先搭建下料、組拼裝平臺。場地安排在3#至5#柱間皮帶廊下的區域內。場地平整、壓實后混凝土澆筑地坪，鋪設H型鋼、或鋼板后作為制作平臺和組裝平臺。將格構柱、桁架制作、拼裝在平臺上進行了，控制鋼結構的制作、拼裝質量。

（2）解決固結連接要求格構柱、桁架制作誤差量小，精確要求高的問題以及格構柱、桁架“之字型焊縫”連接預留長度和桁架起拱尺寸控制等問題決定實行CAD三維放樣技術，并配合全站儀經緯儀保證尺寸準確。

（3）選擇滿足起重高度不小于60米、回轉半徑大于15米、起重量在300噸的吊車；吊裝順序也非常重要，首先安排吊裝1#～8#格構柱部分，然后再吊裝桁架部分，最后組拼C型檁條圍護材料。吊裝桁架從中間滑動支座即6#柱兩端開始。吊裝具體實施順序為，先吊6#， 7#、8#桁架、其次依次吊裝5#、4#、3#、2#桁架部分，最后吊裝滑動滑支座9#、1#桁架部分。

5. 鋼結構施工

5.1為確保鋼結構制作質量，在鋼結構制作前參照國家有關規定或技術標準完成三項工藝評定

（1）焊接工藝的評定：要求對所有分項工程的鋼結構制作，均進行焊接工藝評定。

（2）摩擦面的工藝評定：一方面是噴砂結束后的摩擦系數應比設計系數高0.5%；另一方面是吊裝前摩擦面的檢驗。

（3）鋼結構油漆的工藝評定：指在用工藝來控制油漆的質量。

同時應針對不同類型的鋼結構制作，制定出相應的工藝卡及工序卡。鋼結構制作的程序、質量標準、工藝要求及檢驗工作均以二卡為標準。

5.2鋼結構制作的難點及其對策。

5.2.1首先，對下料用的鋼卷尺、鋼板尺，進行校準，專人操作，用同一把尺子放線，劃線；規定各工序的施工流程；用電腦CAD三維作圖放樣，充分考慮焊接變形量、空中拼裝富裕量、起拱量等參數，確定計算下料尺寸。

5.2.2每次拼裝前測量制作胎架。務必使其平整度和垂直度都不超過1.5mm，以保證每個分節柱段的扭曲度不超過2.5mm，只有這樣才能保證整根多節柱的扭曲度控制在規范要求的5mm之內。

經常檢測分節段的扭曲。完成制作后的分節段，應在其兩端找出虛設的中心點，此點同從1/2大邊寬度點垂下的鉛垂線的水平差即為每端的扭曲值e1或e2，而兩端扭曲值的差額上的e2-e1；若兩端的扭曲方向相反，則應判斷為e1+e2）就是該分節段的實際扭曲值，該值應不超過2.5mm。

5.2.3螺栓眼采用電腦定位，使用大型牛頭鉆鉆眼，確保孔眼質量。

5.3格構柱工藝流程。

（1）考慮到格構柱最大制作高度為53.95米，最大單件重量65噸。對30米以上格構柱采取分三段制作、分段組裝、分段吊裝拼裝的方法；30米以下格構柱采取分二段制作、分段組裝、整體吊裝的方法。

（2）其工藝為：

準備工作→下料→零件加工→支撐體系制作→除銹、涂裝、編號→搭建臺座→小裝配 （小拼）→柱子焊接→半成品檢驗→除銹、涂裝、編號。

（3）構件原則按預先吊裝順序依次制作。現場另配25噸汽車吊1臺，用于拼裝和構件翻身，30噸平板車1輛用于現場半成品周轉和運輸。

5.4桁架制作工藝流程。

（1）考慮到桁架吊裝就位后便于人在桁架上行走操作及安全施工問題，決定桁架在下面組裝、拼裝過程中將走道板一起鋪設安裝。其工藝流程為：

（2）準備工作→下料→零件加工→搭建臺座→支撐體系制作→除銹、涂裝→堆放、編號→小裝配 （小拼）→半成品檢驗→除銹、油漆、編號→搭建大臺座→大拼裝（包括桁架起拱）→成品檢驗→除銹、補漆→鋪設坡走道板→成品檢驗→除銹、涂裝。

5.5鋼結構涂裝工藝流程。基面清理→底漆涂裝→檢查→補漆→面漆涂裝→檢查→補漆→檢查驗收。

除設計有特殊要求外，摩擦面是不允許有油漆的，在噴涂油漆的過程中必須加以保護（一般是貼膜保護，在安裝前再去除保護膜）。

6. 鋼結構吊裝

6.1主要機械的選擇。在滿足技術、安全、經濟前提下決定選用起重高度不小于60米，回轉半徑大于15米等吊裝技術參數要求的1臺300噸和1臺240噸汽車吊。格構柱吊裝時，采用300噸吊車為主吊，240噸吊車為溜尾的施工方法；桁架吊裝時，采用兩臺吊車抬吊的施工方法。

6.2支架（格構柱）的吊裝。

（1）第一步：逐一吊起下節格構柱，插入杯口。依據格構柱截面的中心線以及標高線，通過儀器測量，并適當加以調整，以保證全部格構柱垂直度和柱頂標高都不超標。

（2）第二步：圍繞每個下節格構柱搭設腳手架操作平臺，腳手架操作平臺高度應在上、下節柱結合面上，以便人員操作。上下柱結合面處，先焊接腹板連接、翼緣連接板，使其在吊裝過程中發揮導向作用和臨時固定作用，如下圖所示。再逐一吊起上節格構柱，調整大臂至中心位置，用橇杠、千斤頂、攬風繩調節位置和臨時固定位置，儀經緯儀配合測量保證整體格構柱垂直度。

（3）高空電弧焊焊接，風速應不超過8m/sec，從而確保焊接質量。

6.3桁架的現場組裝、吊裝的難點及對策。

（1）分節桁架段的組裝，將二節（或三節）桁架段放倒在工地的胎架上，通過千斤頂調整，使它們各自的扭曲和旁彎相互抵消，而絕對避免相互疊加，從而引成一條兼顧三節桁架段的共用的中心線，以確保整榀桁架的扭曲和側彎都不超過5mm；與此同時還應找出并標注吊點位置。吊點確定在桁架端部的0.207 L處，使鋼梁所受內應力最小。如圖5所示。

（2）兩臺汽車吊應盡量選擇同一廠家的機械，司機要熟練掌握機械性能，主吊、輔助吊要協作配合，統一聽從地面指揮人員的指揮。正式吊裝前應進行試吊，充分撐握各項技術指標。

圖5鋼柱平口連接接點

6.4高強度螺栓工程施工工藝。作業準備→選擇螺栓及配套→接頭組裝→安裝臨時螺栓→安裝高強度螺栓→高強度螺栓緊固→檢查驗收

6.5高強度螺栓施工的難點及對策。本工程使用的高強度螺栓很多，主要用于桁架上下弦與小柱的連接，桁架與格構柱的連接。

6.6高強度螺栓，連接副采購要符合設計要求。提供符合設計要求的摩擦面抗滑移系數；有很高的穿孔率；為提高效率本工程采用風動扳手進行初擰，根據風動扳手的標準扭矩調節空氣壓力即可初步設定扳手的輸出扭矩。高強度螺栓的安裝順序：從螺栓群中部開始，逐個擰緊。初擰、復擰、終擰都應從螺栓群中部開始向四周擴展逐個擰緊，終擰扭矩和回扣檢查扭矩應有記錄，并符合設計要求；接頭如有高強度螺栓連接又有電焊連接時，按先緊固后焊接的施工工藝順序進行，先終擰完高強度螺栓再焊接焊縫。

6.7彩鋼板圍護工藝流程。裁板→鉆眼→拉錨→安裝塑鋼窗→打封閉膠。

7. 方案實施

7.1制定切實可行的施工方案。

7.2技術交底：首先對施工人員進行集中學習，使每個人熟悉施工工藝，選拔技術精英上陣。

7.3由技術科、質量科針對施工中容易出現的問題進行討論提出預防措施。

7.4平整、搭建制作場地，選擇適宜的吊裝機械，請有關人員到現場進行操作指導，使施工人員對整個施工過程做到心中有數。

7.5首先校正鋼卷尺，鋼板尺，實行CAD電子出圖、進行電子翻樣，攻克制作下料這一難關。保證尺寸準確。

7.6搭建拼裝平臺，確保鋼結構組拼裝位置正確，同時要控制起拱高度，連接預留量等具體數值。

7.7精心組織吊裝，正式吊裝前進行試吊裝，專人統一指揮統一行動。專職測量員全程配合。

8. 實施效果

本工程的質量測試結果如下；

8.1焊接質量。全焊透焊縫的一次合格率達到了97%。

8.2高強度螺栓連接質量符合設計要求。

8.3涂裝質量符合設計要求。

8.4制作質量符合設計要求。

8.5格構柱的安裝質量：

（1）柱子的垂直度誤差：允許≯35.0mm，實際≯25.0mm。

（2）柱子的高度誤差：允許≯10.0mm，實際≯7.0mm。

8.6桁架的安裝質量：

（1）起拱：允許最大+15.0mm 實際最大+10.0mm（絕無下撓）。

（2）桁架的不平度：允許≯10.0mm，實際6～7mm。

（3）桁架的側彎：允許≯10.0mm，實際≯9.0mm。

（4）桁架安裝時沿長度方向的高低差：允許≮10.0mm，實際≮8.0 mm。

L106皮帶廊工程于2008年7月開始，于11月初全面建成，按預定的計劃制作、組裝、吊裝一次成功，如期完成了任務，取得良好的社會信譽。為企業生產同類構件取得了經驗，在施工中樹立了以質量求生存、求發展的思想和意識。為企業的發展積累了一定的技術財富。