異形鋼結(jié)構(gòu)“正提倒頂”安裝施工技術(shù)研究

【摘 要】文章以汶上縣旅游景區(qū)三期工程觀光塔異形鋼結(jié)構(gòu)施工為例，詳細(xì)介紹鋼結(jié)構(gòu)分節(jié)段累積拼裝，采用液壓同步頂升技術(shù)以 “正提倒頂” 施工方法，成功安裝了該寶瓶狀異形鋼結(jié)構(gòu)。液壓同步頂升法施工以液壓千斤頂為動(dòng)力，鋼結(jié)構(gòu)頂升塔架以及頂升架標(biāo)準(zhǔn)節(jié)為載體，通過(guò)液壓千斤頂?shù)捻斏鳂I(yè)，一段段安裝頂升架標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，以達(dá)到頂升設(shè)計(jì)高度。在施工過(guò)程中的施工工藝及技術(shù)、質(zhì)量控制措施，對(duì)類似液壓頂升施工具有一定的借鑒作用。

【關(guān)鍵詞】正提倒頂；液壓千斤頂系統(tǒng)；頂升塔架；頂升架標(biāo)準(zhǔn)節(jié)

0.引言

汶上縣旅游景區(qū)三期工程觀光塔主塔鋼結(jié)構(gòu)立面結(jié)構(gòu)為寶瓶狀空間鋼結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)底部標(biāo)高為47.750m、頂部標(biāo)高為99.750m，結(jié)構(gòu)總高度為52m。結(jié)構(gòu)平面投影為圓形，沿高度方向結(jié)構(gòu)斷面尺寸變化較大，直徑由上至下在標(biāo)高68.150m以上逐漸增大，標(biāo)高68.150m以下逐漸減小，其最大直徑為27.7m，位于標(biāo)高68.155m處，最小直徑為8.113m，位于標(biāo)高99.750m處，變徑較多，總體呈寶瓶狀。本工程鋼結(jié)構(gòu)采用高空散拼與分節(jié)段累積頂升相結(jié)合的施工方法進(jìn)行施工，具體為標(biāo)高66.645m以下的鋼結(jié)構(gòu)采用高空散拼法施工，以上的鋼結(jié)構(gòu)則采用在68.35米平臺(tái)面上進(jìn)行拼裝；全部安裝完成后，采用液壓頂升系統(tǒng)進(jìn)行分節(jié)段累積頂升安裝，其主結(jié)構(gòu)軸測(cè)示意圖及立面圖如圖1所示。[1]本文主要介紹鋼結(jié)構(gòu)分節(jié)段累積拼裝，采用液壓同步頂升技術(shù)以“正提倒頂” 施工方法。

1.液壓同步頂升技術(shù)特點(diǎn)

液壓同步頂升技術(shù)主要適用在一些施工高度高、作業(yè)面狹窄、安裝精度要求高、形狀特殊的鋼結(jié)構(gòu)建筑中，其特點(diǎn)包括以下四點(diǎn)。

（1）通過(guò)常規(guī)穿心式短行程液壓千斤頂，結(jié)合同步控制技術(shù)，對(duì)外形特異的空間鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行分段累積頂升安裝，可降低安裝過(guò)程中的技術(shù)難度，提高施工過(guò)程的安全性，節(jié)約工程施工成本。

（2）采用型鋼格構(gòu)柱作為頂升支架，保證了頂升過(guò)程穩(wěn)定性和安全要求，同時(shí)格構(gòu)柱可通過(guò)承插和輔助連接板連接進(jìn)行逐段加長(zhǎng)或減少，方便施工安裝和拆卸，并可以周轉(zhuǎn)使用。

（3）頂升機(jī)構(gòu)部分包括：提升架頂部支承梁、提升承力底框、提升十字梁、頂升架標(biāo)準(zhǔn)節(jié)、液壓千斤頂、水平及斜向聯(lián)系桿件、定位銷，液壓控制系統(tǒng)等。

（4）液壓頂升設(shè)備體積小、自重輕、承載能力大，設(shè)備自動(dòng)化程度高，操作方便靈活，安全性好，可靠性高，使用面廣，通用性強(qiáng)。

2.工藝原理

2.1液壓同步頂升技術(shù)的原理

“液壓同步頂升技術(shù)”采用穿心式短行程液壓千斤頂作為頂升機(jī)具，型鋼格構(gòu)柱作為頂升支架標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，并通過(guò)一系列腹桿、連桿進(jìn)行加固。[2-3]液壓千斤頂、提升架頂部支承梁、提升承力底框、提升十字梁、定位銷、液壓控制系統(tǒng)等組成頂升機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)頂升機(jī)構(gòu)自提升的目的，同時(shí)可通過(guò)定位銷進(jìn)行準(zhǔn)確定位，保證頂升過(guò)程的同步性、安全性。

2.2液壓頂升技術(shù)頂升過(guò)程

（1）把拼裝的鋼結(jié)構(gòu)件置于提升架頂部支承梁頂部，臨時(shí)固定牢固。提升十字梁置于提升成立底框處，把穿心式千斤頂?shù)木埪菁y鋼穿過(guò)提升架十字梁，并固定好墊板、螺母。

（2）千斤頂提升一個(gè)行程，通過(guò)擰緊和松開位于千斤頂頂部和支撐腳內(nèi)的螺母，實(shí)現(xiàn)千斤頂?shù)幕爻蹋貜?fù)該作業(yè)，千斤頂提升五個(gè)行程。

（3）提升十字梁上移1米，到達(dá)頂升支承架頂部，通過(guò)定位銷固定于承力底框上。

（4）安裝頂升架標(biāo)準(zhǔn)節(jié)、連接腹桿、拉桿等。解除提升承力底框固定，千斤頂帶動(dòng)提升十字梁回升。

（5）重復(fù)上述作業(yè)，直至把結(jié)構(gòu)頂升至預(yù)定位置。

3.施工工藝流程及施工準(zhǔn)備

3.1鋼結(jié)構(gòu)液壓頂升施工工藝流程

鋼結(jié)構(gòu)液壓頂升施工工藝流程如下：頂升裝置進(jìn)場(chǎng)、復(fù)檢→頂升支架基座處理→安裝頂升支架、液壓千斤頂設(shè)備→安裝頂升標(biāo)準(zhǔn)節(jié)、驗(yàn)收→啟動(dòng)設(shè)備、持荷5-10Min檢查→開始提升→解除提升承力底框節(jié)點(diǎn)板插銷→千斤頂帶動(dòng)提升十字梁提升，完成一行程→鎖定精扎螺紋鋼螺母、千斤頂回程→連續(xù)進(jìn)行5次循環(huán)→頂升標(biāo)準(zhǔn)節(jié)耳板進(jìn)入提升承力底框節(jié)點(diǎn)板、鎖定插銷→提升十字梁復(fù)位→安裝頂升標(biāo)準(zhǔn)節(jié)→再次循環(huán)頂升。

3.2施工準(zhǔn)備

（1）技術(shù)準(zhǔn)備。根據(jù)設(shè)計(jì)院鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)藍(lán)圖進(jìn)行全面專業(yè)深化設(shè)計(jì)，并進(jìn)行詳細(xì)技術(shù)交底工作；對(duì)首次使用的頂升架進(jìn)行專業(yè)深化設(shè)計(jì)，并進(jìn)行優(yōu)化；編制有針對(duì)性的鋼結(jié)構(gòu)安裝施工方案， 并進(jìn)行設(shè)計(jì)、當(dāng)?shù)貙＜艺撟C；鋼結(jié)構(gòu)主體焊縫、高強(qiáng)螺栓通過(guò)驗(yàn)收檢查；頂升架、標(biāo)準(zhǔn)節(jié)及頂升設(shè)備進(jìn)場(chǎng)驗(yàn)收、檢查，千斤頂、液壓控制系統(tǒng)檢修、校準(zhǔn)工作；邀請(qǐng)相關(guān)專家、學(xué)者對(duì)頂升架、腳手架的制作、搭設(shè)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)。

（2）人員準(zhǔn)備。安裝段一頂升現(xiàn)場(chǎng)施工各階段勞動(dòng)力使用計(jì)劃一覽表如表 1所示。

（3）現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備。現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備包括鋼結(jié)構(gòu)準(zhǔn)備與腳手架準(zhǔn)備。

鋼結(jié)構(gòu)準(zhǔn)備：安裝段一、二、三均組裝完畢，并按照?qǐng)D紙總說(shuō)明的要求通過(guò)焊縫超聲波探傷檢查、高強(qiáng)螺栓采用扭矩扳手按照規(guī)范要求進(jìn)行抽查。在鋼結(jié)構(gòu)頂端焊接吊環(huán)，與布置于地面的吊環(huán)中間以Φ15.24鋼絲繩連接，作頂升后纜風(fēng)繩；安裝段一的頂升部位為92.36米平臺(tái)梁的十字交叉附近，該部位平臺(tái)梁的材料規(guī)格為450*300*10，且在頂升架頂部支承架十字梁交叉部位，采用鋼板焊接于鋼梁上，增加鋼梁的受力面積，同時(shí)加固鋼梁的腹板，確保鋼梁不發(fā)生變形；安裝段二的頂升部位為83.4米環(huán)梁下方，考慮到83.4米處環(huán)梁規(guī)格僅為250*200*8，無(wú)法保證在頂升過(guò)程不發(fā)生構(gòu)件變形。采用在環(huán)梁下方1000 mm處，焊接工字鋼，規(guī)格為450*150*11.5，以該工字鋼為支撐受力點(diǎn)，在其上方設(shè)置20號(hào)工字鋼兩條，與相鄰立柱相連為斜支撐點(diǎn)，形成三角支撐體系進(jìn)行加固；在83.4米環(huán)梁上口部位，為保證被頂升后，該圈構(gòu)件不發(fā)生變形，采用10號(hào)槽鋼焊接于立柱上進(jìn)行加固，槽鋼選取長(zhǎng)度為保證2跨度3根柱子的長(zhǎng)度。

腳手架準(zhǔn)備：由于本頂升位于68.35米混凝土平臺(tái)，頂升時(shí)的力為混凝土平臺(tái)集中荷載，為保證混凝土平臺(tái)安全，在平臺(tái)下方由47.75米-68.15米搭設(shè)滿堂支撐架，在頂升點(diǎn)下方搭設(shè)加密區(qū)。重點(diǎn)控制頂升架下部2m*2m加密區(qū)域腳手架搭設(shè)，確保按照設(shè)計(jì)要求采用雙立桿，加密區(qū)搭設(shè)要求為：縱橫桿間距0.5m*0.5m，步距為1.2m進(jìn)行設(shè)置，且頂部與混凝土板的接觸更是重點(diǎn)監(jiān)控部位。

3.3頂升架組裝

（1）頂升架安裝準(zhǔn)備。頂升架材料進(jìn)場(chǎng)后，通過(guò)驗(yàn)收，合理進(jìn)行堆放，保證頂升架材料不變形、不生銹。頂升架安裝前，按照?qǐng)D紙要求進(jìn)行放線定位，確定頂升架安裝點(diǎn)后，在該區(qū)域以澆筑混凝土基座的方式進(jìn)行抄平，保證所有頂升架在安裝后均處于同一水平面。

（2）頂升架安裝。為便于施工，本工程在施工中根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況調(diào)整方案。由于頂升架構(gòu)件已經(jīng)在安裝段一安裝前抵達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，選擇先安裝頂升架，進(jìn)行鎖定，在其上面開始拼裝鋼結(jié)構(gòu)。合理組裝千斤頂與液壓控制系統(tǒng)。

在提升十字梁復(fù)位后，負(fù)責(zé)本頂升架的4人分別先安裝4根立柱，立柱設(shè)計(jì)的材料規(guī)格為Φ121*8，長(zhǎng)度1000mm，而與之連接的上一立柱下口采用Φ102*8鋼管，長(zhǎng)度為200mm，一端100mm焊接于立柱中，另一端外露100mm，只需套入下一節(jié)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)中即可。該設(shè)計(jì)確保了標(biāo)準(zhǔn)節(jié)之間立柱連接垂直度以及抗扭曲強(qiáng)度的控制，同時(shí)加快了立柱安裝效率，立柱上口插入上一節(jié)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)后，下端耳板下部孔與提升十字梁節(jié)點(diǎn)板的孔以Φ32的銷軸進(jìn)行鎖定，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)立柱安裝完成；安裝水平連桿：每一節(jié)頂升架分別由8根水平連桿組成，以兩人為一組進(jìn)行安裝，以柱連接板與上一頂升架由M16螺栓進(jìn)行連接。本連接板主要作用為保證相鄰頂升架標(biāo)準(zhǔn)節(jié)在下端不受力的情況下不會(huì)掉下來(lái)，保證拆除時(shí)的安全。安裝長(zhǎng)1460mm斜腹桿：每一頂升節(jié)由8根構(gòu)成，安裝完成水平連桿后，即可安裝斜腹桿，斜腹桿為單面兩根交叉固定，由M16螺栓進(jìn)行固定。安裝長(zhǎng)1921mm斜腹桿：每一頂升節(jié)由2根構(gòu)成，本連桿由頂升架千斤頂負(fù)責(zé)人進(jìn)行安裝，安裝的位置位于頂升架內(nèi)部，對(duì)稱兩柱進(jìn)行拉結(jié)，該拉桿以M32銷軸進(jìn)行固定。

4.頂升的實(shí)施

4.1頂升過(guò)程

頂升的前提是三個(gè)螺母擰緊頂至其墊板部位；提升承力底框與標(biāo)準(zhǔn)節(jié)進(jìn)行鎖定的高強(qiáng)螺栓全部取出。由于螺母一與三固定其區(qū)域墊板，千斤頂頂出時(shí)，螺母一與三限定其活動(dòng)區(qū)間，千斤頂?shù)捻敵霾糠猪斨?50mm高鋼撐腳，導(dǎo)致千斤頂?shù)牧ο蚍捶较騻鬟f，Φ32精軋螺紋鋼向上提升，直接帶動(dòng)提升十字梁沿立柱向上運(yùn)行，帶動(dòng)頂升標(biāo)準(zhǔn)節(jié)、頂升架頂部支承梁向上提升，導(dǎo)致鋼構(gòu)整體提升。

提升十字梁及其相互鎖定的頂升標(biāo)準(zhǔn)節(jié)向上提升，使頂升架頂部支撐架及其配套立柱與上方鋼構(gòu)向上提升。由于千斤頂行程為200mm，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)的頂升需要千斤頂循環(huán)5次行程。當(dāng)千斤頂完全頂出，千斤頂負(fù)責(zé)人擰動(dòng)螺母2向下，固定其20mm厚墊板，該工序主要作用是鎖定頂升架，保證千斤頂未受力而被頂升的鋼結(jié)構(gòu)不會(huì)下降。在螺母二鎖定后，油泵控制臺(tái)即可收回千斤頂內(nèi)液壓油，千斤頂下降，當(dāng)千斤頂?shù)捻敵霾糠滞耆厥蘸螅菽敢幌蛳聰Q，重新固定至千斤頂?shù)捻敳俊１敬吻Ы镯數(shù)捻敵霾糠只厥胀瓿伞?/p>

在千斤頂作五次行程運(yùn)動(dòng)后，頂升架標(biāo)準(zhǔn)節(jié)耳板進(jìn)入提升承力底框上部梁的節(jié)點(diǎn)板中，且孔與孔對(duì)齊，迅速插入插銷，本標(biāo)準(zhǔn)節(jié)頂升完成。該標(biāo)準(zhǔn)節(jié)頂升完成后，按照頂升架標(biāo)準(zhǔn)節(jié)安裝方法組織人員迅速對(duì)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)進(jìn)行組裝。

4.2鋼結(jié)構(gòu)頂升

本工程鋼結(jié)構(gòu)頂升由于其異形結(jié)構(gòu)決定，按照施工方案共需通過(guò)兩次頂升：

（1）頂升安裝段一，四套液壓千斤頂，由一臺(tái)液壓油泵控制系統(tǒng)進(jìn)行控制。頂升完成后，安裝、焊接調(diào)節(jié)段一，拆除全部頂升設(shè)備。

（2）頂升安裝段二，8套液壓千斤頂，由兩臺(tái)液壓油泵控制系統(tǒng)進(jìn)行交叉控制。把8套頂升架進(jìn)行編號(hào)，按順序分別編為1、2、3、4、5、6、7、8，液壓油泵控制系統(tǒng)一分別控制1、3、5、7，而液壓油泵控制系統(tǒng)二則控制2、4、6、8，呈交叉錯(cuò)開形式進(jìn)行同步頂升。本次頂升的鋼構(gòu)有安裝段一、調(diào)節(jié)段一、安裝段二，一次頂升至設(shè)計(jì)高度，安裝調(diào)節(jié)段二，本工程鋼結(jié)構(gòu)主體安裝完成。

4.3鋼結(jié)構(gòu)頂升測(cè)量精度控制

（1）在鋼結(jié)構(gòu)頂升前，于鋼結(jié)構(gòu)最頂部按照安裝圖紙，找出鋼結(jié)構(gòu)的中心點(diǎn)，懸掛線錘。同時(shí)在全站儀監(jiān)控的四個(gè)點(diǎn)分別懸掛線錘，而地面的中心控制點(diǎn)在安裝鋼結(jié)構(gòu)定位時(shí)就設(shè)置在68.35米砼平臺(tái)上，通過(guò)在頂升過(guò)程中觀察點(diǎn)與點(diǎn)之間偏差，以發(fā)現(xiàn)鋼結(jié)構(gòu)的偏差。在頂升即將到達(dá)設(shè)計(jì)部位前，由油泵控制臺(tái)分為單點(diǎn)進(jìn)行頂升，調(diào)整鋼結(jié)構(gòu)的偏差。

（2）水平高度控制由地面的結(jié)構(gòu)高度，采用拉垂直線的形式從地面往上引，在外圍的圍護(hù)架鋼管上作標(biāo)記。頂升即將到達(dá)設(shè)計(jì)高度前，安排人員進(jìn)行觀察控制。

（3）在68.35米混凝土平臺(tái)中心點(diǎn)設(shè)置全站儀，通過(guò)該點(diǎn)分別對(duì)68.35m、77.88m、90.8m的四個(gè)角點(diǎn)進(jìn)行測(cè)控，嚴(yán)格按照鋼結(jié)構(gòu)驗(yàn)收規(guī)范以創(chuàng)優(yōu)的標(biāo)準(zhǔn)把關(guān)。

4.4頂升架拆除

頂升架拆除方法為頂部用5t手動(dòng)葫蘆懸掛于鋼結(jié)構(gòu)的鋼梁上，下部用鋼絲繩系掛于頂升頂部支承架上，下部標(biāo)準(zhǔn)節(jié)開始拆除，每拆除一段標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，手動(dòng)葫蘆下降一段高度。可以在保證安全的情況下完成頂升架的拆除；拆除后的頂升架按照進(jìn)場(chǎng)的順序進(jìn)行整理、打包后吊運(yùn)至堆放區(qū)域。

頂升架構(gòu)件詳圖如圖2所示。

5.結(jié)束語(yǔ)

鋼結(jié)構(gòu)由其材料性能決定，發(fā)展日益迅速，很多使用功能超前、結(jié)構(gòu)形狀特異的結(jié)構(gòu)多是由鋼結(jié)構(gòu)組成的。針對(duì)這種結(jié)構(gòu)的安裝施工方法層出不窮，激勵(lì)著工程技術(shù)人員去開拓、進(jìn)取、豐富。本工程在完成后，總結(jié)了一些相關(guān)實(shí)際施工經(jīng)驗(yàn)，為以“正提倒頂”的液壓同步頂升施工技術(shù)的推廣提供了技術(shù)貯備。

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