某文旅項目超大型塑石假山鋼結構施工技術

羅 偉 王永生 邢義志 王 賀

中國建筑第二工程局有限公司華東公司 上海 200135

近年來，國內文旅項目開發較多，像上海迪士尼樂園、廣州長隆歡樂世界、北京歡樂谷、蕪湖方特歡樂世界、常州中華恐龍園等，文旅類項目除了本身固有的主題建筑外，還有大量的塑石假山，而塑石假山的核心部分則是框架[1-2]。體量較小的假山可采用鋼筋作為框架，而大型假山則必須采用鋼結構框架，一般包括主鋼結構、次鋼結構[3-4]。高度近50 m的超大型塑石假山在國內的應用幾乎沒有，而鋼結構施工是一個關鍵難點。

1 項目概況

某文旅項目采用超大型塑石假山作為主題樂園室外造型結構，假山內部采用不規則鋼結構框架，外部鋼筋采用網片覆蓋并噴漿處理，從底到頂呈山形布置，山體面積為10 000 m2，由約9 000個鋼構件組成，總用鋼量約2 800 t，如圖1所示。鋼結構框架主要由梁柱斜撐主結構、懸挑桿件次結構兩部分組成。假山大部分山體結構以東西側裙房屋頂作為支撐基礎，其中落地鋼柱最高處達38 m，截面尺寸為1 000 mm×500 mm，壁厚為30 mm。

圖1 超大型塑石假山

該假山鋼結構安裝高度最高達47 m，假山單體室內鋼結構分布范圍較廣、數量多且尺寸形式多樣，構件質量為0.1～8.5 t，因此對鋼結構吊裝、焊接、防火施工及安裝精度要求極高。

2 鋼結構施工技術分析

2.1 鋼結構安裝重難點

假山結構較高，造型不規則，主鋼結構安裝校正規律性較差，假山次桿件數量巨大，定位點數量多，鋼結構安裝精度和假山山皮成形難以保證。

解決方法：不規則框架分塊利用由梁柱斜撐組成的類桁架單元格布置，依次劃分單元塊并合理布置吊點；利用CAD和Tekla軟件，將分塊框架旋轉至水平，結合框架桁架的特點，設計拼裝單元與拼裝胎架；考慮分塊單元的質量、就位標高、分塊面積大小、吊裝作業通道布置、作業半徑等施工影響因素進行吊機選擇和工況分析，提前做好標記，采用高精度全站儀進行監測，保證合理高效地進行框架單元吊裝施工。

2.2 鋼結構焊接重難點

假山構件均須進行鍍鋅防腐處理，且存在高空焊接、復雜工位焊接等難點，對鋼構件接口焊接要求較高。

解決方法：提前制定焊接指導方法和制度、防腐處理方案并組織交底，做好節點設計及相關技術準備工作。

2.3 鋼結構防火施工重難點

假山鋼構件數量眾多，防火涂料施工作業量巨大，且多屬于高空作業，對人員和設備要求較高。

解決方法：采用流水作業方式，待鋼結構焊接完成后分層進行防火涂料施工，對作業人員和施工設備進行嚴格檢查與篩選，保證施工有序進行。

3 假山鋼結構施工技術

3.1 假山鋼結構模塊化安裝

3.1.1 鋼結構拼裝模擬

根據超大型塑石假山的概念圖，利用BIM軟件進行正向設計，形成鋼結構框架效果圖，并進行假山鋼結構的拼裝模擬（圖2），合理劃分鋼構件數量、尺寸、節點形式等，記錄各個節點的坐標，最終生成并導出為CAD圖紙，指導現場鋼結構安裝作業。

圖2 鋼結構拼裝模擬

3.1.2 安裝前期準備

鋼結構模塊化安裝前期準備包括人工、機械、測量設備等，另外，在實施前組織專項方案交底和安全技術交底。為保證假山鋼結構安裝精度，按照先總體、后局部的原則，布設平面控制網，控制鋼結構總體偏差，并對施工中所使用的儀器、工具進行校核。所有控制點位選在結構復雜、拘束度大的部位。測量控制網布設與建筑物平行、分布均勻且閉合。另外，保證各基準點相互通視，不易沉降、變形。鋼結構安裝前由土建施工單位配合鋼結構安裝單位進行基礎復測，保證基底標高與柱底標高一致。

3.1.3 模塊化安裝施工

現場使用1臺T8020塔吊可覆蓋假山鋼結構安裝大多數作業區域。在塔吊吊重范圍內的構件采用塔吊安裝，其他超重構件采用汽車吊作為主要吊裝機械。假山裙房高度為18.5 m，現場可分2個階段進行吊裝：

1）18.5 m以下假山鋼結構安裝：鋼柱及鋼梁選擇100 t汽車吊可滿足要求。

2）18.5 m及以上假山鋼結構安裝：T8020塔吊進行吊重范圍內和盲區外的鋼結構安裝，其余部分采用100 t汽車吊輔助安裝。

假山鋼結構安裝流程如圖3所示。

圖3 假山鋼結構分階段安裝

假山次鋼結構共約2 900個點位，按從下至上的順序進行安裝，每天安排10組，每組8個點位，40 d以內完成全部次鋼結構安裝，包括次鋼結構點位的復核校正。次鋼結構安裝精度控制：待主鋼結構校正固定后，劃分次鋼結構安裝校正的批次，保證同批次的次構件校正時全站儀測量站位最少。在拼裝時保證次鋼結構臨時固定在相應主鋼結構柱或梁上，并進行同步吊裝，有效控制施工進度。

假山中不規則鋼結構框架拼裝是核心難點，通過項目部、設計單位及安裝單位等多方研究與探討得以解決。具體拼裝流程如下：

1）鋼結構框架吊點設置。不規則框架分塊不規則且呈曲面，為保證分塊框架吊點準確，避免高空調整吊裝位置，預先采用Tekla軟件對其分塊框架的重心進行找形，結合CAD對繩索掛設位置進行定位，再利用Midas受力軟件對分塊框架應力應變進行分析，按分塊框架支撐點布置原則分布設置吊點。

2）拼裝胎架底座測量控制。拼裝胎架搭設前，以深化圖紙分塊區主要立面作為臥拼的水平基準面，再采用全站儀建立相對坐標控制系，同時擺放拼裝胎架底座，加固后再次進行復測和調整，保證拼裝胎架精度及整體穩定性；底座胎架由250 mm×250 mm×12 mm方管組成，待放置平整后，進行拼裝主立面桿件的平面放樣。

3）分塊拼裝過程測量控制。根據框架拼裝流程和順序，對次桿件掛網定位點進行測量監控，以網片固定長寬為基礎，測量控制點需滿足掛網要求；在模型里測量標記長度，地面拼裝時初步校正，吊裝完成后再逐個點位進行復核與微調。為保證鋼結構安裝精度及鋼構件節點焊接、假山表面鋼筋網片安裝準確，節點中心偏移、單元區跨度、單元區跨中高度允許偏差分別控制在2 mm、＋5～10 mm和±3 mm以內。

4）鋼結構框架吊裝。不規則鋼結構框架起吊后先試吊，觀察繩索情況以及框架變形情況，確保無誤后進行正式吊裝，框架呈傾斜狀，起升和下降時吊車應保持勻速。鋼結構框架吊裝時設置2名信號工，吊裝過程中吊機與起重工相互配合，嚴格遵守指揮人員傳遞的信號命令，并保持框架平穩吊運。不規則鋼結構框架吊裝如圖4所示。

圖4 不規則鋼結構框架吊裝

5）鋼結構框架就位加固。吊裝單元高空就位后，在吊裝單元多個方向安裝若干組倒鏈，及時調整各個對接口距離。由于框架就位節點標高不一致，故要對吊點位置、對接位置掛設的倒鏈分別進行調整。如不能一次準確就位，則在就位準確的節點點焊固定好后，通過倒鏈進行少量調整，同時觀察已點焊固定的一側框架，防止開焊。當框架就位滿足要求后，再焊接固定框架，完成后松鉤移車。

3.2 假山鋼結構焊接施工

本項目假山鋼結構的焊接施工面臨高空焊接、復雜工位焊接2個主要難點，經過研究，具體采用以下施工方法：

1）針對高空焊接作業，建立完善的管理體系，進行三級安全教育及交底，落實安全技術措施，高處作業人員必須持證上崗，高處作業使用的工具和各種設備要確保安全可靠。

2）假山鋼結構復雜工位焊接存在空間跨度大、焊接工程量大、焊接質量要求高、焊接位置復雜多變等特征，為此，在焊接過程中要實時進行結構標高、水平度、垂直度的監控，通過改變焊接順序和加熱校正等方法進行處理，使焊接結構能夠滿足設計要求。

焊接施工前，根據接口焊接位置及坡口形式等編制有關的焊接工藝文件，進行焊接工藝評定，確定適宜的施工方法，并進行技術交底后再指導現場焊接。焊接時主要采用了二氧化碳氣體保護焊，同時為保證焊接質量及焊后外觀一次成形，減少焊縫外打磨清理，采用配套的藥芯焊絲。校正好一個安裝段后，進行焊接，焊接應力可順安裝方向自由釋放。

鋼柱焊接施工時采取對稱焊接的方法以減小焊接傾斜，焊接完成后用全站儀復測鋼柱的垂直度，焊接上節鋼柱時需考慮下節鋼柱的傾斜，以減小焊接誤差，通過焊接施工來調整整根鋼柱的垂直度。為保證框架的精度，擬采用先主后次，先焊收縮量大的再焊收縮量小的焊接方法。為減少焊接變形，原則上同一根鋼柱不得同時開焊。

鋼梁焊接時，若不能同時對一根鋼梁的兩側進行焊接，則應在一端焊接完成，待達到常溫后，再進行另一端焊接。當H型鋼梁翼緣、腹板都采用焊接連接時，應先焊接下翼緣，然后焊接上翼緣，最后焊接腹板；當H型鋼梁腹板采用螺栓連接時，應先焊接鋼梁下翼緣，然后焊接鋼梁上翼緣。只有當鋼梁、鋼柱及各部件均焊接符合要求后，方可進行防火涂料施工。

在進行分塊框架焊接時，應嚴格按照焊接順序進行施焊，施焊過程中做好對分塊框架結構梁柱斜撐的測量控制，偏差較大時，應對焊接順序進行調整或者對該位置進行校正后再施焊。在施工的同時進行抽查，保證焊接過程中框架變形可控。鋼結構局部焊接順序如表1所示。

表1 鋼結構局部焊接順序

3.3 假山鋼結構防火施工

假山鋼結構焊接完成后由專業持證上崗的工人采用流水作業方式進行防火涂料施工，非預埋鋼構件表面處理主要為厚涂型非膨脹防火涂料、超薄膨脹型防火涂料，其余室外結構采用鍍鋅處理。具體分類及耐火要求如表2所示。

表2 鋼結構防火分類

假山層高16 m以內部分搭設移動腳手架或操作平臺進行防火施工，層高超過16 m的部分采用移動操作平臺或專用吊車進行施工。鋼結構施工前清除表面雜物，剛施工的涂層應防止臟液污染和機械撞擊。露天施工情況下，如遇雨天、霧天或構件表面有結露現象，或空氣濕度大于90%時不宜施工。鋼結構厚型防火涂料底層采用滾涂或噴涂，等待12 h至其實干后，抹涂中層防火涂料，等待8 h后再施涂面層防火涂料。樓層部分混凝土結構澆筑固化受力穩定后，方可涂抹防火涂料，避免因澆筑混凝土造成鋼柱、鋼梁和梁軸的承重變化而影響防火涂層與鋼構件的附著力。

超薄型防火涂料施工時，大面積鋼結構平面采用滾涂（噴涂）工藝，小面積如槽鋼、角鋼、圓鋼等采用涂刷工藝。施工前，將被涂鋼結構件表面的油污、塵土等清除干凈，用手工打磨、機械打磨或噴砂處理的方式除去鐵銹。

4 結語

超大型塑石假山鋼結構的構件數量較多，尺寸及結構形式多樣，常規的高空散裝及焊接工藝難以保證工期、質量和安全。通過預先采用BIM軟件進行拼裝模擬，再利用設置吊點、分塊拼裝、全站儀點位監測與復測、鋼結構框架吊裝及加固等措施實現鋼結構模塊化吊裝，有效節約工期。在鋼結構焊接和防火涂料施工時，由專業工人持證上崗，在過程中實時進行鋼結構點位復核，充分保證鋼結構施工安全和質量，可為今后同類項目的施工提供借鑒。