整體頂升大型結(jié)構(gòu)廠房屋面系統(tǒng)抽柱換梁施工技術(shù)探討

鐘彪

（攀鋼集團(tuán)工程技術(shù)有限公司，四川 攀枝花 617000）

近年來，在配合工藝改進(jìn)、設(shè)備更新和技術(shù)改造而對(duì)老廠房進(jìn)行相應(yīng)的改造工程中，經(jīng)常遇到整體頂升大型結(jié)構(gòu)廠房屋面系統(tǒng)、抽柱換梁的施工難題，如何以最快的速度、最少的投資、安全可靠完成改造任務(wù)、盡早恢復(fù)生產(chǎn)是建設(shè)單位和施工單位都在研究且亟需解決的重要課題。針對(duì)該課題，攀鋼集團(tuán)工程技術(shù)有限公司的科技工作者和施工管理人員開展了大量的研究工作和工程實(shí)踐，總結(jié)出了“整體頂升大型結(jié)構(gòu)廠房屋面系統(tǒng)抽柱換梁施工技術(shù)”，成功地解決了攀鋼釩軌梁廠950生產(chǎn)技術(shù)線改造工程中“整體頂升大型結(jié)構(gòu)廠房屋面系統(tǒng)抽柱換梁”施工任務(wù)。

攀鋼釩軌梁廠950生產(chǎn)廠房建于20世紀(jì)70年代，結(jié)構(gòu)老化，屋面系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜（FG跨廠房屋架為鋼結(jié)構(gòu)，GJ跨為混凝土結(jié)構(gòu)，兩跨屋蓋蓋板為混凝土結(jié)構(gòu)）、跨距30m，改造部位的混凝土屋面板重達(dá)110t，且廠房凈空高度低。改造后的950生產(chǎn)線軋制主線在FG跨，要求矯直后的型鋼從軋制主線所在的FG跨的1#、2#、3#、4#柱位置橫移過跨至堆場所在的GJ跨。見圖1。

改造內(nèi)容：保留原混凝土屋架及屋面系統(tǒng)時(shí)，拆除2#、3#兩根混凝土廠房柱及原托架梁，新增一根鋼立柱、加固1#柱、更換新托架梁。在新托架梁安裝前的所有工作均須在不停產(chǎn)的前提下進(jìn)行。

1 技術(shù)特點(diǎn)

（1）采用柱基預(yù)壓、承重柱分段制安、移除柱基預(yù)壓實(shí)現(xiàn)新增承重柱安裝和屋架荷載有效轉(zhuǎn)移。

（2）不破壞原有屋面系統(tǒng)，搭設(shè)新托架梁，實(shí)施多點(diǎn)同步頂升，實(shí)現(xiàn)載荷平穩(wěn)、有效、安全地轉(zhuǎn)移。

圖1 改造廠房

（3）設(shè)計(jì)制作專用荷載轉(zhuǎn)移裝置，解決屋面系統(tǒng)、屋架系統(tǒng)、托架梁、廠房柱間的荷載轉(zhuǎn)移。

2 工藝流程及操作要點(diǎn)

2.1 工藝流程

前期準(zhǔn)備→加固1號(hào)混凝土柱、改造柱頂支座→3-4號(hào)柱間新增鋼柱基礎(chǔ)施工→拆除新鋼柱位置上方舊行車梁部分走道板→3-4號(hào)柱間新增鋼柱安裝→安裝29.5m新托架→荷載轉(zhuǎn)移裝置的設(shè)計(jì)制作與安裝調(diào)試→屋面系統(tǒng)整體頂升、新舊托架梁之間荷載轉(zhuǎn)移施工。

2.2 操作要點(diǎn)

（1）前期準(zhǔn)備。根據(jù)工藝路線，做好措施材料、工機(jī)具等準(zhǔn)備，抽柱施工前期，拆除連接各個(gè)廠房柱之間的隔熱墻，形成施工通道。

（2）加固1號(hào)混凝土柱。1號(hào)混凝土上柱（不含牛腿）采用灌膠粘鋼加固處理，上柱四角用L125×12角鋼反扣，柱體四面用5mm×60mm鋼板，間隔300mm布置，柱頂1200mm高處用12mm鋼板四面環(huán)包，鋼結(jié)構(gòu)材料與混凝土柱身注膠粘結(jié)形成一體，1號(hào)混凝土下柱需將基礎(chǔ)加大，下柱柱身及牛腿三面加寬。

（3）改造1#混凝土柱頂支座。1#柱為混凝土結(jié)構(gòu)，新增托架梁與1#柱連接，新增托架梁焊接在原1#柱頂鋼結(jié)構(gòu)支座上，由于原支座問題與新托架梁無法直接焊接，需要將支座板上、下翼緣板和立板整體加寬、加筋改造；新增托架梁安裝后，將屋蓋系統(tǒng)的載荷由此支座板傳到1#柱上。

（4）新增鋼柱基礎(chǔ)施工。新增鋼柱安裝之前，基礎(chǔ)要先形成，鋼柱基礎(chǔ)采用預(yù)留杯口式；因鋼柱安裝時(shí)，柱上方有舊吊車梁、舊托架及屋架，嚴(yán)格控制基礎(chǔ)標(biāo)高；在3#、4#柱間新增鋼柱安裝之前，拆除鋼柱正上方走道板，形成2m×2m的一個(gè)安裝孔，保證鋼柱安裝時(shí)，能順利穿入。

（5）安裝3#、4#柱間新增鋼柱。新增鋼柱高14.07m，重約6.5t，下柱為鋼管混凝土柱，上柱為制作H型鋼。因場地狹小及原有吊車梁和托架梁沒有拆除，只能將新增立柱分三段運(yùn)輸?shù)轿唬F(xiàn)場組對(duì)焊接、安裝。

（6）安裝29.5m新托架。新托架長29.5m，寬960mm，總重22t，由兩榀單片桁架和上、下弦桿件形成整體框架。新托架的安裝位置在1#柱與新增鋼柱之間。新托架安裝時(shí)，原托架系統(tǒng)暫時(shí)須保留，現(xiàn)場施工采用單片吊裝到位，待原托架卸載后連接上下系桿的方法進(jìn)行。在托架單片安裝前，需要將托架下弦梁與2#、3#混凝土干涉處上下翼緣板內(nèi)側(cè)切割，補(bǔ)強(qiáng)切割部位。避免托架下弦與混凝土柱干涉，將混凝土柱兩側(cè)混凝土破拆深約50mm，在托架兩端與柱連接板的內(nèi)側(cè)，將上下弦H型鋼內(nèi)側(cè)翼緣板切去600mm。

（7）荷載轉(zhuǎn)移裝置的設(shè)計(jì)制作與安裝調(diào)試。荷載轉(zhuǎn)移裝置設(shè)計(jì)制作如圖2所示。稱重傳感器安裝位置在主千斤頂油缸活塞桿頂端與橫梁相接處的位置，重量測量范圍0～80t，每個(gè)主千斤頂處各一套，采用計(jì)算機(jī)集中控制；為了保證新托架梁受力均勻和屋面系統(tǒng)同步平穩(wěn)提升，選用集中供油的一拖九(備用一臺(tái))同步80t千斤頂（頂升設(shè)備）。

圖2 荷載轉(zhuǎn)移裝置圖

（8）屋面系統(tǒng)整體頂升、新舊托架梁之間荷載轉(zhuǎn)移施工。①荷載轉(zhuǎn)移裝置制作安裝就位后，將8個(gè)80t液壓千斤頂分別放置在4套頂升下壓的裝置上。②在未進(jìn)行改造的廠房屋面上設(shè)置一個(gè)沉降觀測點(diǎn)，實(shí)時(shí)監(jiān)測改造的5個(gè)屋面的標(biāo)高變化情況，荷載轉(zhuǎn)移前在新增托架節(jié)點(diǎn)處設(shè)置觀測點(diǎn)，在屋架頂升時(shí)通過水準(zhǔn)儀觀察各參考點(diǎn)的變化情況。③取出2#、3#柱頂屋架支座底板與混凝土預(yù)埋螺栓連接的螺母，去除舊托架梁下玄與混凝土柱預(yù)埋件連接螺栓，確保頂升時(shí)相關(guān)連接件分離。④緩慢啟動(dòng)8個(gè)80t的同步液壓千斤頂，起升速度為1mm/min，千斤頂啟動(dòng)后，要隨時(shí)觀測相對(duì)參考點(diǎn)與支座頂板位置的變化情況；當(dāng)某一個(gè)千斤頂稱重顯示達(dá)到13.85t時(shí)，停止該千斤頂?shù)捻斏瑔?dòng)鎖緊裝置，待全部千斤頂稱重顯示達(dá)到13.85t時(shí)，停止頂升啟動(dòng)鎖緊裝置；監(jiān)測點(diǎn)對(duì)標(biāo)高變化進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測。1#柱-新增4#柱之間的舊托架梁連同上部整個(gè)屋面及屋架系統(tǒng)的載荷重量，經(jīng)由4組頂升裝置傳遞至新增托架梁上玄從而傳遞至新增托架梁，托架梁又將上述荷載傳遞至加固后的1#柱和新增4#柱上，此時(shí)，2#、3#柱已無荷載。⑤頂升完成后，仔細(xì)檢查托架現(xiàn)在的起拱值和各節(jié)點(diǎn)的情況，在4個(gè)支座節(jié)點(diǎn)處用鋼板焊接支座橫梁，將新托架梁的下玄連接橫梁安裝焊接到位，至此新托架梁成為整體受力梁。⑥拆除2#、3#柱柱頂混凝土及預(yù)埋板；8組千斤頂泄壓，速度1mm/min，觀察屋架支座與參考點(diǎn)相對(duì)位置的變化，傳感器顯示為0時(shí)，荷載轉(zhuǎn)移至新托架4組支座橫梁，至此，荷載轉(zhuǎn)移完成。⑦移除千斤頂，拆除上下頂架，拆除1#～4#柱間原托架、吊車梁系統(tǒng)，拆除2#、3#混凝土柱。⑧安裝29.5m吊車梁及輔助系統(tǒng)。

3 技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

（1）研究重型混凝土屋架載荷快速轉(zhuǎn)移的施工方法，實(shí)現(xiàn)了在不破壞原有屋面及屋面系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的情況下，使原屋面載荷平穩(wěn)、有效、安全地轉(zhuǎn)移至新增鋼柱及托架梁上，完成舊廠房改造承重柱及屋架載荷的轉(zhuǎn)移，專利：重型混凝土屋架載荷快速轉(zhuǎn)移的施工方法（ZL2015 1 0012971.2）。

（2）研究承重柱分段施工及屋架載荷轉(zhuǎn)移方法，實(shí)現(xiàn)了承重柱及屋架載荷的轉(zhuǎn)移，縮短了施工工期。專利：新增承重柱及屋架載荷轉(zhuǎn)移方法（ZL2015 1 0089331.1）。

（3）研制了一種專用屋面荷載轉(zhuǎn)移裝置，有效地解決了在保留大型廠房屋面系統(tǒng)的情況下，拆除支撐柱的難題。專利：用于工業(yè)廠房改造及屋架載荷轉(zhuǎn)移裝置“ZL2015 2 0017123.6”。

（4）該施工技術(shù)具有創(chuàng)新性，填補(bǔ)了國內(nèi)該施工領(lǐng)域的空白，其整體技術(shù)達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平。

4 實(shí)施效果

2015年，“整體頂升大型結(jié)構(gòu)廠房屋面系統(tǒng)抽柱換梁施工技術(shù)”成功應(yīng)用于攀鋼釩軌梁廠950生產(chǎn)技術(shù)改造工程中，解決了“保留原廠房混凝土屋架及屋面系統(tǒng)、拆除2#、3#廠房柱、新增一根鋼柱實(shí)現(xiàn)型鋼橫移過跨要求”，工期提前15天，該工程獲得了“冶金行業(yè)優(yōu)質(zhì)工程獎(jiǎng)”。

2016年、2017年，在攀鋼釩公司產(chǎn)品結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整改造項(xiàng)目—舊廠房拆除施工中和攀鋼釩公司成品庫房檢修中也應(yīng)用了該施工技術(shù)，工期分別提前10天和7天，取得了良好的效果。