異形鋼箱結(jié)構(gòu)安裝技術(shù)

白海亭

(中國(guó)二冶集團(tuán)有限公司，內(nèi)蒙古 包頭 014000)

1 工程概況

呼和浩特市呼倫路橋景觀工程位于內(nèi)蒙古自治區(qū)呼和浩特市南郊，南北布置，橫跨小黑河。景觀形態(tài)以馬鞍為主題和造型元素，以表現(xiàn)馬背民族的風(fēng)情特色。骨架采用兩個(gè)半橢圓拱塔、兩根鋼系梁生成框架，由若干拉索聯(lián)系骨架生成曲面，形成蒙古人象征勝利的高橋馬鞍。馬鞍骨架采用剛性箱體結(jié)構(gòu)，箱體壁厚20mm，橫隔板壁厚16mm，箱體四壁設(shè)縱向加勁，橢圓拱塔分為高、矮兩座，截面均為3m×3m，鋼系梁為直線形矩形箱體，截面尺寸為1.8m×1.8m。整座結(jié)構(gòu)橫向跨度為52m，縱向最大距離為81m，最高點(diǎn)距基礎(chǔ)承臺(tái)頂面為47.454m，全部結(jié)構(gòu)總重860t。

考慮運(yùn)輸條件后將每座拱座分為8段預(yù)制，底部鋼混段直接安裝，其余部分由現(xiàn)場(chǎng)拼接成3段后吊裝，分段見圖1。

圖1 拱塔分段情況

吊裝順序：鋼混結(jié)合段→矮拱第一段→高拱第一段→西側(cè)鋼系梁→高拱第二段→矮拱第二段→東側(cè)鋼系梁→矮拱第三段→高拱第三段

2 施工難點(diǎn)

2.1 構(gòu)件重心及吊點(diǎn)計(jì)算

構(gòu)件分段后呈不規(guī)則拱形，高、矮拱塔與水平面均呈70°夾角，構(gòu)件在安裝進(jìn)程中需考慮兩個(gè)水平方高的角度關(guān)系，為保證安裝過(guò)程中的高空姿態(tài)，降低安裝難度，構(gòu)件的重量核算、重心計(jì)算，吊點(diǎn)計(jì)算是構(gòu)件順利安裝關(guān)鍵，也是施工過(guò)程中的一大難點(diǎn)。

2.2 安裝定位精度、合攏段拱段拼裝

由于拱塔軸線平面與水平面存在夾角，且頂面均為傾斜面，如何保證每段拱段的安裝精度，是本次工程中的一大難點(diǎn)。

合攏段為拱段最上部，需與東西兩側(cè)的拱段連接成一體，既要保證拱體的橢圓度，也要保證與另兩段拱段共面。若端頭平面與另兩段頂面不吻合，則無(wú)法完成合攏，安裝中會(huì)耗費(fèi)大量人力、物力。

2.3 構(gòu)件重量大、吊裝跨度大

本工程中構(gòu)件重量較大，最大單重達(dá)136t，吊裝場(chǎng)地狹小，吊車只能站于橋東側(cè)，多數(shù)構(gòu)件都需跨過(guò)43.1m寬12m高的橋梁完成吊裝作業(yè)，最大回轉(zhuǎn)半徑58m，對(duì)車輛選擇，吊車行走、站位要有精準(zhǔn)的掌控。

3 吊點(diǎn)計(jì)算

3.1 重量核算

為保證重心位置計(jì)算準(zhǔn)確，需對(duì)構(gòu)件進(jìn)行仔細(xì)核算，以凈重量進(jìn)行計(jì)算。對(duì)不規(guī)則形狀板件，如拱箱曲形側(cè)板、箱內(nèi)橫隔板等不規(guī)則形狀通過(guò)AutoCAD軟件放樣，將構(gòu)件轉(zhuǎn)換為面域后，依賴軟件自帶查詢功能查得面域信息，換算成凈重量，作為后續(xù)計(jì)算依據(jù)。

3.2 重心計(jì)算

按照構(gòu)件吊裝組合作為計(jì)算單元，將不同板件分類劃為一個(gè)計(jì)算單件，如頂板、橫隔板等，通過(guò)CAD軟件建模，將各部分進(jìn)行放樣、建模，任選一點(diǎn)0建立二維坐標(biāo)系，在該坐標(biāo)系下，查詢各個(gè)部件的質(zhì)心坐標(biāo)xi、yi，以相應(yīng)重量mi對(duì)坐標(biāo)原點(diǎn)O取矩，求得每部分重心坐標(biāo)，再通過(guò)平衡公式ΣMx=m1x1+m2x2+m3x3+……，ΣMy=m1y1+m2y2+m3y3+……，對(duì)各部分力矩求合，求得整段構(gòu)件重心坐標(biāo)x、y，在坐標(biāo)系內(nèi)確定構(gòu)件重心點(diǎn)G’，如圖2。

圖2 矮拱第三段板件面域

3.3 吊耳位置確定

確定出重心位置后，按照構(gòu)件傾斜角度，確定在Z軸方向重心投影點(diǎn)G點(diǎn)(亦是吊鉤在構(gòu)件表面的投影位置)。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)可用吊索長(zhǎng)度，采用三維放樣，確定吊耳位置，選擇時(shí)可先確定一組吊耳，通過(guò)各個(gè)尺寸吊索放樣，位置對(duì)比，選擇最優(yōu)方案。由于構(gòu)件寬度小，在同一平面內(nèi)放置吊耳無(wú)法滿足吊裝要求。圖3為矮拱第三段吊繩放樣，其中G點(diǎn)為重心投影點(diǎn)，B、C點(diǎn)為吊耳放置點(diǎn)，AB、AC、AE、AF為鋼絲繩。根據(jù)構(gòu)件實(shí)際情況選取B、C點(diǎn)，平面BGC即構(gòu)件頂面。

圖3 吊繩位置放樣

在BGA平面內(nèi)，以繩索實(shí)際長(zhǎng)度L為半徑，B或C為圓心做圓與AG交點(diǎn)即為鉤勾點(diǎn)A。再以A點(diǎn)為球心，以L為半徑，球面與EF曲面相交為兩線曲線，考慮最優(yōu)情況在曲線上選擇E、F兩點(diǎn)。

4 安裝定位技術(shù)

4.1 安裝技措準(zhǔn)備

4.1.1 臨時(shí)鋼支架。兩座拱塔主要承載點(diǎn)為底腳4個(gè)樁基礎(chǔ)，又借助聯(lián)系拉索減小水平分力。在拉索安裝前，拱塔可簡(jiǎn)化視為懸挑結(jié)構(gòu)，考慮構(gòu)件自重較大，在第一段、第二段頂部處設(shè)置鋼支架，以抵消構(gòu)件自重對(duì)基礎(chǔ)產(chǎn)生的上拔彎矩、防止構(gòu)件發(fā)生傾覆，同時(shí)也大大減少了因自重產(chǎn)生下?lián)衔灰疲行У靥岣吡税惭b安全性和精準(zhǔn)度。

臨時(shí)鋼支架設(shè)計(jì)為四柱格構(gòu)式，長(zhǎng)、寬均設(shè)計(jì)為3.8m，柱采用HW300×300×10×15,綴條選擇L80×5，高度按照需要實(shí)際計(jì)算。

4.1.2 活動(dòng)三角架。在高空對(duì)接時(shí)，無(wú)操作平臺(tái)，考慮高處平臺(tái)搭設(shè)、拆除的難操作性，設(shè)計(jì)制作了活動(dòng)三角架，鋪設(shè)木跳板作為平臺(tái)，形式如圖4。

圖4 三角架示意

4.2 安裝定位技術(shù)

構(gòu)件進(jìn)行分段后，各部分形狀不規(guī)整，定位難度大。本次工程的定位思路是以大地測(cè)量坐標(biāo)為基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)各段端部角點(diǎn)坐標(biāo)來(lái)控制構(gòu)件的姿態(tài)。

4.2.1 鋼混段定位。鋼混結(jié)合段是鋼結(jié)構(gòu)與混凝土基礎(chǔ)的結(jié)合部位，其安裝精度對(duì)上部結(jié)構(gòu)影響嚴(yán)重，鋼混段頂面為水平面，在定位時(shí)選取頂面中心點(diǎn)及四角角點(diǎn)作為定位控制點(diǎn)，安裝時(shí)首先定位中心點(diǎn)，再進(jìn)行抄平，最后通過(guò)對(duì)四角調(diào)整保證結(jié)合段的方向。

4.2.2 上部結(jié)構(gòu)定位。上部結(jié)構(gòu)定位與鋼混段不同，頂面不水平，在定位時(shí)需同時(shí)控制x,y,z三軸的坐標(biāo)，在定位時(shí)，選取四角角點(diǎn)作為控制點(diǎn)，在定位時(shí)，以支架接觸點(diǎn)作為第一控制點(diǎn)，以其他點(diǎn)作為調(diào)整點(diǎn)，在上部結(jié)構(gòu)安裝前需將臨時(shí)鋼支架放置到，定位方式類同，但只用中心坐標(biāo)控制置位置。

4.3 測(cè)量輔助作業(yè)

測(cè)量作業(yè)主要內(nèi)容：鋼混段、第一段、第二段安裝定位；第三段拼裝尺寸確定。

4.3.1 鋼混結(jié)合段是景觀結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，其安裝精度將直接影響工程的安裝質(zhì)量，在這一部分安裝中，按照?qǐng)D紙數(shù)據(jù)、各部分間相對(duì)關(guān)系，結(jié)合電腦放樣，計(jì)算出鋼混段4個(gè)角點(diǎn)及中心點(diǎn)的大地坐標(biāo)值，通過(guò)坐標(biāo)準(zhǔn)確進(jìn)行定位。

4.3.2 拱塔第一段及第二段，沿縱向方向與水平面呈70°夾角，橫向沿拱曲線向內(nèi)彎曲，頂面又非水平面，在定位、找正中遇到諸多困難，通過(guò)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的三維坐標(biāo)與實(shí)際大地坐標(biāo)系統(tǒng)換算出各個(gè)頂角的標(biāo)高，再加上頂角點(diǎn)與輔助測(cè)控的距離來(lái)進(jìn)行構(gòu)件定位。

4.3.3 拱塔第三段為頂部合攏段，若尺寸有偏差，端角口型不正確，則無(wú)法完成拱塔合攏，為解決這一難題，由全站儀測(cè)得已完第一段與第二段全部頂角與測(cè)控間的距離，換算為第三段端頭各個(gè)對(duì)應(yīng)點(diǎn)的相對(duì)尺寸，通過(guò)四組數(shù)據(jù)來(lái)控制第三段的拼裝走向。

5 焊接技術(shù)

5.1 焊接方式

CO2氣體保護(hù)焊。

5.2 焊材選用要求

手工焊：焊條E507RH。CO2氣體保護(hù)焊：焊絲ER50-6、直徑Φ1.2mm。

5.3 焊接施工要求

①焊工應(yīng)持證上崗，并在操作過(guò)程中能夠嚴(yán)格遵守焊接規(guī)程(焊接工藝文件)，按照工藝文件規(guī)定的方法、參數(shù)進(jìn)行焊接。②對(duì)接焊縫全部為全熔透焊接，地面對(duì)接焊縫外側(cè)焊接，里側(cè)清根后焊接；高度對(duì)接焊縫采用里側(cè)加墊板，外側(cè)單面焊接。③焊接材料的型號(hào)、鋼號(hào)必須符合設(shè)計(jì)要求，并附有質(zhì)量證明書。嚴(yán)禁使用無(wú)質(zhì)量證明和因保管不善受潮變質(zhì)以及藥皮開裂脫落的焊條及生銹的焊絲。④焊條使用前應(yīng)按產(chǎn)品說(shuō)明書進(jìn)行烘焙，使用時(shí)置于便攜式保溫筒內(nèi)。⑤多層、多道焊接時(shí)應(yīng)分段、分層退步逆向?qū)ΨQ施焊，在焊接每道焊縫前，應(yīng)進(jìn)行清渣，如發(fā)現(xiàn)夾渣、氣孔和裂紋等缺陷時(shí)，必須徹底清除，重新施焊，焊根須清理至露出金屬光澤。⑥兩端構(gòu)件結(jié)口焊接中，焊工必須均勻?qū)ΨQ施焊，焊接速度接近，只有當(dāng)焊到近臨卡具、楔鐵處，方可拆除卡具、楔鐵，不得超前拆除。⑦焊接嚴(yán)格按相關(guān)規(guī)范進(jìn)行，不得隨意在鋼拱上引弧。⑧所有焊縫焊后要及時(shí)清理飛濺、熔渣等，有缺陷及時(shí)修補(bǔ)。除特殊要求外，焊縫以圖紙要求為準(zhǔn)。

5.4 焊接作業(yè)中難點(diǎn)

①箱體內(nèi)焊接，通風(fēng)條件差、排煙困難。②箱體有縱向加勁板，箱內(nèi)焊接空間小，焊工操作受限制，里側(cè)清根時(shí)，加勁板位置無(wú)法操作碳弧氣刨。③異形組對(duì)，焊縫間隙不易控制，有部分出現(xiàn)間隙過(guò)大現(xiàn)象，導(dǎo)致焊縫外觀不理想。④高空焊接受風(fēng)影響較大。

6 總結(jié)

通過(guò)工程中異形拱安裝，場(chǎng)地條件差，空間限制大，影響因素多，施工困難，通過(guò)組織各工序作業(yè)，總結(jié)如下經(jīng)驗(yàn)：①異形拱吊裝過(guò)程，質(zhì)量參數(shù)需準(zhǔn)備，精準(zhǔn)的吊裝數(shù)據(jù)可節(jié)約大量成本，更能提高施工效率。②在條件允許情況下，建立三維模型，能直觀地反映出問(wèn)題的緣由，便與尋找解決方法。③各工序間穿插作業(yè)多，組織施中應(yīng)充分合理分配任務(wù)，安排工期，保證各作業(yè)班組的有序銜接，各工序間的流暢配合。