球形焊接網架采用獨腳扒桿群組整體提升施工技術

鐘世原

中鐵建工集團有限公司 北京 100070

目前網架結構安裝方法分2類：一類是在地面拼裝的整體提升法和整體吊裝法；另一類是高空就位的散裝和高空滑移就位組裝等方法。針對大跨度球形焊接網架，一般多采用整體提升法或高空滑移就位組裝方法。

哈大鐵路客運專線營口東站站房綜合樓候車大廳屋蓋采用球形焊接網架，網架平面尺寸為52.50 m×30.50 m，覆蓋面積為1 598.13 m2，網架矢高2 m，為平行四放錐形網架，總質量約81.08 t，安裝高度約16.80 m。通過多種方案綜合對比，選擇獨腳扒桿群組整體提升施工。

1 工藝特點

獨腳扒桿群組整體提升施工方法是采用扒桿群組，懸掛多組復式滑輪組與網架各吊點吊索連接，由多臺卷揚機組合牽引各滑輪組，帶動網架同步上升[1-6]。

與其他安裝施工方法相比，該工法具有以下幾個方面的優點：

1）采用獨腳扒桿作為承載裝置，便于安裝和拆卸，扒桿采用圓管截面，便于在網格間自由穿插。扒桿群組屬于周轉材料，能重復使用，設備成本投入低，輔助工作量小，總體經濟效益較好。

2）采用滑輪組傳動系統作為提升裝置，操作簡便，便于控制調整。

3）該方法可確保網架在結構面或地面位置拼裝，改高處作業為地面作業，提高安全系數，并可保證焊接的質量，節約大量的人力、時間，加快施工速度；無需搭設大體積的滿堂紅腳手架平臺，能有效利用場地，節約了工期，降低了措施費用和安全風險。

4）網架提升過程中的受力狀態與設計工況受力狀態相近，接力提升轉換過程中可自動逐步卸載，避免了由于集中卸載對結構產生的不利影響。

2 工藝原理

獨腳扒桿群組整體提升安裝分4個步驟進行：

第1步是立扒桿。根據所要吊裝的網架規格，確定扒桿型號，將扒桿立在相應位置上。

第2步是安裝絞磨及穿線。根據現場實際情況，將絞磨對稱布置在網架四周，并將提升用鋼絲繩通過滑輪組與絞磨連接。

第3步是整體提升。用全部起重卷揚機將網架均勻提升到超過柱頂標高。

第4步是空中移位。利用一側卷揚機徐徐放松，另一側卷揚機剎住不動，將網架移位對準柱頂，用全部起重卷揚機將網架下降到柱頂設計位置上，并加以調整固定。

在獨腳扒桿群組整體提升網架過程中的關鍵技術是扒桿的驗算和空中移位。

3 施工工藝流程及操作要點

3.1 施工工藝流程

扒桿及吊裝工具選擇→地錨布置→扒桿布置→纜風繩布置→電動絞磨及導向滑輪布置→起重鋼絲繩穿繞→提升準備→網架試提升→同步觀測→正式提升→吊裝完成后，扒桿拆除

3.2 扒桿及吊裝工具選擇

提升設備為采用圓鋼管制作的扒桿，提升動力為電動絞磨與滑輪組（圖1）。

圖1 扒桿設置示意

3.2.1 單根扒桿受力驗算

扒桿高度20 m，采用一段12 m（BGl）與一段8 m（BG2）的φ478 mm×10 mm的圓鋼管拼裝而成，扒桿受力202.7 kN。

經驗算，得知所選用扒桿符合要求，可以用于施工。

扒桿通過在圓鋼管上打剖口設內襯管焊接成長度20 m的扒桿。在檐桿頂部均分8個方向，用φ20 mm的圓鋼焊成寬40 mm、高60 mm的圓環，用于栓掛纜風繩。在梳桿頂部向下200～300 mm處，分4個方向。用厚20 mm的鋼板焊接起重耳板，孔洞直徑60 mm，孔邊距鋼板邊不得小于30 mm。

扒桿底座選用長1.5 m厚壁型φ150 mm圓管6根，平放地面平整好，兩面管之間焊接牢固，上面鋪一塊900 mm×800 mm×20 mm的鋼板與平鋪鋼管焊接好。在板居中部位焊接1根高200 mm、φ438 mm的鋼管，然后在鋼板面靠四個邊角處焊接4個厚20 mm的直立耳板，中間孔洞直徑60 mm，孔洞邊距鋼板邊沿不得小于30 mm。此4塊耳板用于導向滑輪的掛點和扒桿上內纜風繩的固定栓點。

3.2.2 擺線針輪減速機的選擇

根據網架同步提升要求，應盡量選用工作性能（工作參數）相同的慢速擺線針輪減速機（跑頭繩速度≤8 m/min）。擺線針輪減速機的牽引力以50～100 kN為宜。絞磨滾筒采用鑄鋼材質，鑄成兩頭φ300 mm，正中部位φ180～200 mm、長350 mm、厚20 mm的細腰圓筒，中間孔洞應根據擺線針輪傳動軸的結構，鑄成相咬合的槽口后進行安裝，接電調試。

3.2.3 索具的選擇

起重滑輪和螺栓型卡環是提升網架的重要工具，必須對其進行探傷、試驗鑒定。單個滑輪吊攀超聲波探傷缺陷允許在4～6個，另外，在30 mm內有3個缺陷則不能使用。滑輪和螺栓型卡環應以1.25倍的設計荷載進行試拉，鑒定標準以螺栓型卡環銷子螺紋能順利旋轉無變形或無咬住現象作為良好；起重滑輪卸荷后用手推動每只滑輪餅運轉均正常為鑒定標準。在實際使用時起重滑輪及卡環的安全系數≥2。

3.3 地錨布置

地錨用于固定纜風繩，地錨的受力決定于地錨的構造及當地土質條件，因此，需對地錨進行驗算。根據網架整體吊裝的特點，固定斜纜風繩的地錨應采用斜向受力地錨和垂直護板加固斜向受力地錨。在實際使用地錨的過程中，必須將地錨事先埋入，并夯實，待地基土固結（固結時間宜大于30 d）后，使用地錨。這是一項十分有效的安全措施。

根據計算結果，鋼管地錨采用φ203 mm×12 mm、長3 000 mm的鋼管，埋深為2.5 m；地錨坑尺寸為2 m×0.8 m；鋼拉索采用φ21 mm的鋼纜。

地錨在使用前，對其抗拔力進行實測，采用大動力機械，將地錨引出的鋼絲繩進行拉伸，通過測力計算出地錨的抗拔力。

根據現場施工條件，挖設地錨坑。地錨坑的尺寸為2 000 mm×800 mm，地錨坑深2.5 m，且沿錨坑長度方向埋設2根φ180 mm×10 mm鋼管，底部兩側各掏長200 mm的洞，沿錨坑橫向在鋼管上方再加4根φ140 mm×5 mm的鋼管，以便于穩定下方主受力鋼管，把主受力鋼管埋于底部，地錨繩為雙股φ21.5 mm的鋼絲繩，地錨繩與水平地面的角度要與纜風繩的角度匹配，將沿地錨坑橫向的中間部位鏟出斜坡，以保證與纜風繩同一角度，地錨坑回填土不能選沙土且不能有石塊及雜質，回填順序為每30 cm為一階段且人工夯實到頂部。結合當地土質狀況及勘察報告結論，為了防止地錨失效，在網架吊裝前，對地錨進行拉力試驗，以確保萬無一失，從而使網架順利施工。

3.4 扒桿布置

檐桿支座位置應選上網格與下網格錯交最大空間處。網架起吊至安裝高度就位移動時，若腹桿、水平桿與獨腳檐桿相碰，則會導致網架整體移動受阻。

安裝時，利用浙江大學空間結構研究室研制的空間結構設計軟件3D3S及MST軟件進行提升驗算。 在驗算過程中將其支承約束點去掉，將各吊點改為約束點進行驗算； 驗算完成后對扒桿位置進行調整，直至各吊點周圍各桿件不出現超應力情況，且此時整個網架在彈性階段工作，則扒桿位置才能最終確定。

3.5 纜風繩布置

纜風繩是穩定扒桿的重要桿件，由斜纜風繩和平纜風繩構成，纜風繩相互連接成為整體。斜纜風繩的平面夾角以45°為宜，與地面夾角不大于45°，每根斜纜風繩配備1個地錨。

纜風繩直徑為21.5 mm，4根扒桿頂部相互連接拉緊，組成一個大方格狀的內纜風繩框。栓掛方法為：先將纜風繩一頭在扒桿頂部掛環內栓掛好，再將另一纜風繩頭穿至相鄰扒桿頂部掛環，并將纜風繩從環內拉至扒桿支座，從耳板孔穿過并拉緊。同時調整纜桿垂直度，用繩卡固定纜風繩，繩卡不得少于3個，其余扒桿穿法以此類推。外纜風繩為8根，每根桅桿2根，與內纜風繩呈90°夾角布置，并和地錨拉結或捆綁于建筑物的混凝土柱上，同時再次調整4根桅桿的垂直度，纜風繩與地面水平夾角不得大于45°。

3.6 電動絞磨及導向滑輪布置

利用建筑物的混凝土柱作為地錨拉結點進行固定。不具備此條件時，需挖設地錨對電動絞磨和導向滑輪進行拉結固定。地錨做法同纜風繩地錨做法。

3.7 起重鋼絲繩穿繞

將滑輪組的跑繩穿過扒桿底座上的導向滑輪，再將鋼絲繩頭從電動絞磨滾筒下面穿進，從上面拉出，再從下面穿進上面拉出。按此方法操作，穿繞5～6圈，確保電動絞磨滾筒上有效工作鋼絲繩有5～6圈。至此，整個起重設備安裝完畢。

3.8 提升準備

1）檢查電動絞磨專用配電柜各開關裝置，并對8臺電動絞磨及4根起重扒抨進行編號。接通電源進行試運轉，確保電動絞磨配電柜總開關控制的8臺電動絞磨能夠同時啟動并能同時停止。各電動絞磨上的開關同時能獨立控制啟動和停止。

2）每臺電動絞磨配備3人作業，2個人拉纜筒上的溜繩，1個人傳遞指揮信號。拉溜繩人員需觀察滾筒上鋼絲繩的運行情況，嚴禁鋼絲繩疊壓在液筒上運轉操作。傳遞信號人員需監控電動絞磨及導向滑輪的地錨拉結點。

3）全員進行多次演練，達到統一作業、操作熟練、分工明確、緊密配合的狀態后，方可進行試起吊作業。

4）檢查各纜風繩拉結情況。布設網架溜繩，總計8根。一頭栓結于網架下弦焊接球節點處，另一頭用倒鏈與鋼絲繩栓掛在柱角或墻洞處，以網架四角邊部為栓撞點，南向北2根，北向南2根，東向西2根，西向東2根，倒鏈剛拉緊即可。網架溜繩用于在網架起吊離地時，確保網架重心能夠找正，避免出現慣性力后，網架與建筑物碰撞。

5）將動滑輪處于自然垂直狀態，將鋼絲繩捆綁于網架下弦球節點，每個吊點為兩點綁扎起吊。

3.9 網架試提升

首先將絞磨穩緊，采用經緯儀檢查扒桿是否立直，調整纜風繩使扒桿垂直，隨即慢慢開動絞磨，使網架離開支撐胎模，如果網架向一側偏移，則停止提升，調整纜風繩松緊后，再提升，直到網架沒有水平位移，最后將網架提升離開支撐300 mm，停止起吊作業。

將電動絞磨上的溜繩用繩卡與滑車組跑繩拉緊卡牢，進行懸吊靜荷載試驗12～24 h。然后對提升機具進行全面檢查，將所有問題全部解決，確保萬無一失。檢查項目包括扒桿是否垂直，纜風繩是否張緊，扒桿上、下所有卡環是否擰緊，纜風繩卡子有無損壞，跑繩是否有松動，絞磨位置及就位倒鏈是否合適。所有檢查項目做好記錄， 無異常后方可進行正式起吊。

3.10 正式提升

網架在提升過程中應保證做到同步起吊，須由專職人員統一指揮。網架整體吊離地面1 000 mm時應停止，及時檢查各吊點處的實際受力狀況及各錨固點的安全程度，檢查完畢后勻速起吊，確保將相鄰2個提升點提升差值控制在相鄰點距離的1/400內。起吊時全部絞磨要勻速上升，將網架提升到設計位置后，及時將電動絞磨溜繩拉緊并與跑繩并攏，用不少于3個鋼絲繩卡頭固定擰緊螺帽，使網架固定在高空并保持靜止狀態。

提升到標高后，網架空中移位到柱頂并進行安裝。網架提升時，如扒桿兩側卷揚機完全同步啟動，網架等速均勻上升，扒桿兩側的滑輪組的夾角相等，則兩側鋼絲繩的受力必定相等，網架處于平衡狀態。當網架提升超過柱頂后，進行空中移位時，將一側滑輪組鋼絲繩緩緩放松，在放松的瞬時原平衡狀態被破壞，網架將朝著水平分力大的方向移動，直到達到新的平衡狀態。由于施工時一側滑輪是逐步而緩慢地放松，則將出現由上述多個瞬時平衡—不平衡—平衡組成的網架向左右移動的連續過程，直至網架對準柱頂為止。網架在空中移位時必須剎住另一側滑輪組以確保網架只能平移，而不發生傾斜。

本工程中共有4根扒桿，編號為1#、2#、3#、4#。每根扒桿配備2臺絞磨，各控制相反方向，編號為1-1#、1-2#、2-1#、2-2#、3-1#、3-2#、4-1#、4-2#。將1-1#、2-1#、3-1#、4-1#絞磨布置在同一側方向，其余絞磨布置在相反方向。當開始空中移位時，若要向x-1#絞磨方向移動時，則將相反方向的1-2#、2-2#、3-2#、4-2#絞磨剎住閘，同時有規律地緩慢放松1-1#、2-1#、3-1#、4-1#絞磨剎閘。此時網架開始緩慢地向x-1#絞磨方向移動，當移動到支座位置時，將1-1#、2-1#、3-1#、4-1#絞磨剎住閘。此時，網架雖然已到位，但整體并不水平，需要將網架調整水平后再整體下落。

開始將1-1#、2-1#、3-1#、4-1#絞磨剎住閘，并在x-2#絞磨方向網架下弦布置與x-1#絞磨方向相同的由倒鏈控制的鋼絲繩。然后有規律地緩慢放松剎閘1-2#、2-2#、3-2#、4-2#絞磨，同時人工扳動倒鏈，此時x-2#絞磨方向的水平力相互抵消，只有垂直向下的力作用于網架，網架開始趨于水平，當網架水平時停止操作，開動所有絞磨將網架下降并固定到支座上。

3.11 同步觀測

采用吊尺法進行觀測，在網架梁端的下弦桿件下面懸掛50 m的鋼尺一把，鋼尺一端拴在網架桿件上，另一端固定在地面，然后用水準儀對每個鋼尺進行觀測。在網架提升的同時，網架會將鋼尺抽出，觀測人員通過觀測鋼尺的讀數向提升總指揮匯報起吊是否同步，以便總指揮及時調整各扒桿的起升速度。

3.12 吊裝完成后扒桿拆除

網架結構整體安裝固定后進行扒桿拆除。扒桿的拆除采用倒拆法。

倒拆法是利用網架結構能承受很大荷載的特點，在網架上弦節點上掛2副起重滑輪組，起重滑輪組分別設置在把柄兩側，滑輪組的吊點在扒桿最下一節接頭的上方，以不影響最下一節扒桿的拆除。纜風繩設上、下兩邊，一邊在扒桿頂端，一邊在吊點附近，每邊設纜風繩4根，上、下錯開布置，每根纜風繩各設卷揚機1臺。將所有鋼絲繩收緊后，將扒桿最下一段的鋼管拆除，然后緩慢地放松滑輪組，將扒桿上邊一段的鋼管放下落地，扒桿拆除完畢。利用網架倒扒桿，必須重視扒桿起吊懸空的穩定性及下節扒桿拆除后扒桿下松和纜風繩緩緩收緊的配合工作。

扒桿拆除必須從網架的一端逐次向另一端進行卸載，不得同時將所有的扒桿全部卸載。網架卸載時要由專業的起重工進行指揮，卸載時所有人員必須統一服從總指揮的指揮協調。網架卸載時設置觀測人員6名，觀察人員對每個扒桿在卸載時的受力情況進行觀測，發現有異常情況必須及時通知吊裝總指揮，進行處理。

4 結語

哈大鐵路客運專線營口東站站房候車大廳屋蓋采用球形焊接網架，網架安裝采用獨腳扒桿群組整體提升施工方法，在網架拼裝時開始立扒桿、安裝滑輪組和電動絞磨，工期和質量均得到了保證，為后續類似施工提供了經驗。