超高層型鋼混凝土施工安全技術要點

文／楊勝軍 福建省廈門市中鐵二十二局集團第三工程有限公司 福建廈門 361000

引言：

型鋼不受限于含鋼率，在外形鋼筋混凝土構件相等情況下，型鋼混凝土構件承載力是它的兩倍，并且構件截面更小。對于高層建筑而言，較小的構建截面可以提高層高和面積的使用率，增加經濟效益[1]。同時，由于型鋼混凝土施工與鋼筋混凝土施工在工藝上存在較大差異，施工風險大，施工安全管控成為重難點。

1、應用超高層型鋼混凝土優勢

1.1 材料利用率高

型鋼混凝土構建利用混凝土及鋼材抗壓性能，形成穩定性的受力，受到外包混凝土約束有效防止鋼構件曲失穩，從而加強構件剛度；型鋼混凝土構件承載力比同樣橫截面鋼筋混凝土構件更高，且在相同承載力下型鋼混凝土結構截面尺寸更小，能夠節約截面尺寸，以防發生肥梁胖柱的情況。

1.2 抗風、抗震性能佳

相較于鋼筋混凝土，型鋼混凝土組合結構延伸性更優，特別是實腹式型鋼具有良好的抗震性能。型鋼混凝土組合結構的耐火、耐久性比鋼結構更勝一籌。最初選擇把混凝土將鋼結構包圍起到防腐蝕、防火等作用，經調查發現在鋼結構與混凝土外殼共同受力下，其抗震性能、抗風性能比鋼框架更強，同時還能節約一半以上的鋼材。

1.3 施工便捷、縮短工期

型鋼在混凝土澆筑前已形成鋼結構，有著極高的承載力，能承載施工荷載及構件自重，還可將模板懸掛于型鋼上，不需要設置支撐即可簡化支模，縮減施工時間。在高層建筑中型鋼混凝土不需要等待混凝土達到固定強度即可進行上層施工，加快施工進程，無臨時立柱方便了設備的安裝，為施工帶來一定便利。

1.4 建筑材料綜合效益良好

型鋼混凝土自身的型鋼骨架可以作為獨立的施工荷載和施工支撐，在施工過程無需進行臨時支撐，可以一定程度上縮減施工的工作量。待混凝土強度、凝固完成后，混凝土和型鋼骨架部分共同承擔結構荷載，這類結構的組成能夠節約人力和施工時間，能夠滿足現代化的施工需求，使用型鋼混凝土綜合效益良好。

2、超高層型鋼混凝土施工安全風險要點

2.1 鋼構吊裝安全風險辨識

超高層鋼結構吊裝屬于危險性較大分部分項工程，在垂直運輸及安裝定位、焊接過程中，存在起重傷害、高處墜落、物體打擊、觸電、火災。（1）在型鋼梁柱地面吊裝時，因起重機械的性能與型鋼梁柱質量的匹配情況、磨損程度、起吊方式、信號指揮、司索人員技術水平及責任心、場地環境等各種因素，可能導致發生起重傷害事故。（2）在型鋼柱定位完成，人員攀爬至柱頂解除起重吊鉤鋼絲繩過程中，人員上下容易發生人員高處墜落事故。（3）在割除吊耳板及焊接過程中，容易發生物體打擊、火災事故及觸電事故。

2.2 混凝土澆筑安全風險辨識

超高層混凝土澆筑使用超高壓核心筒爬升式布料機布料，澆筑作業過程中泵管連接、布料機爬升作業及布料、振搗過程存在物體打擊、高處墜落、觸電及布料機坍塌等風險。（1）混凝土澆筑過程中的物體打擊是指因高壓泵管連接不到位、卡箍連接不緊密、泵管及卡箍質量不合格導致爆管飛出物體造成人員傷亡及澆筑過程中布料管移動時漏料傷人的情況。（2）混凝土澆筑過程中發生高處墜落主要風險點為作業面臨邊附著式升降腳手架與建筑工程主體間的間隙、作業面預留洞口防護不及時或人為破壞未及時恢復、爬升式布料機在爬升作業過程中作業人員未規范使用勞保用品及頂層孔口防護不到位、放料人員攀爬混凝土罐車及人員身體健康因素影響等。（3）混凝土澆筑過程中，因振搗棒電源接線不規范、電源線破損、漏電保護裝置失效、作業人員未戴絕緣手套、未穿絕緣鞋等因素，容易導致發生觸電事故。（4）爬升式布料機一般布置于核心筒電梯井內，作業人員在拆裝塔身套架過程中，由于拆裝順序錯誤、承重銷軸未插銷到位、違規操作、拆裝時未及時調整維持塔身垂直度等問題，極易造成布料機失穩傾覆，甚至從電梯井內坍塌墜落造成設備及人員傷亡事故等問題。

3、鋼構安全工藝

3.1 鋼構吊裝準備

（1）吊裝前應編制結構吊裝施工組織設計或制定施工方案，明確起重吊裝安全技術要點和保證安全技術措施。須經有關技術部門審核、批準后，方可進行。（2）施工單位技術負責人落實對鋼結構吊裝施工技術交底，安全預控措施適用明確。項目部應建立相應的安全生產責任制，安全責任應層層落實到作業人員，工作職責清晰，安全責任明確。（3）吊裝前必須對吊裝人員進行安全技術教育和安全技術交底和培訓，配備好安全防護用品，熟悉吊裝工程內容、安裝方法。（4）吊裝前應組織有關部門對運輸和吊裝起重設備、吊索具的規格、技術性能進行仔細全面檢查，起重機械要進行試運轉。

值得重點關注的是，吊裝作業風險高，吊裝作業人員應具備豐富的鋼結構安裝經驗，必須持有上崗證。起重作業人員應熟練起重機操作原理、起重機規范流程、起重機性能，熟悉鋼結構安裝方法及程序，是有特種作業操作上崗證。掛鉤工人和信號指揮人員必須進行專業培訓，熟練本工程安全操作流程。指揮人員與起重司機在吊裝前進行溝通交流，掌握指揮信號，如哨聲、手勢、暗語等，以便獲取正確的信號。起重機械應全面檢查，有可靠的力矩限位器、超高限位器，吊鉤裝置保險。作業人員定期檢驗起重機、各零件的情況，如是否存在腐蝕、失靈、變形等，螺栓、焊縫是否可靠牢固[2]。

3.2 鋼結構安裝整體定位

鋼結構起吊、安裝過程是超高層施工中風險最大環節，必須嚴格按照專項施工方案組織施工，并落實各項安全措施前置。吊裝作業過程中應注意控制兩個方面重點：

一是起重吊運環節：（1)應明確計算綁扎所用的繩扣、卡環、吊索規格，棄掉前檢查起重機鋼絲繩、吊具及連接部位。（2）按照設計規定設置構件吊點，通過精準計算明確吊點確保起吊的平穩。（3）使用的螺栓、鋼板墊、墊木等材料必須符合相關標準要求。（4）在起吊作業時，先將構件吊離地面200m 后檢查起吊制動裝置的安全性、構件平衡性、起重機的牢固性等。確認無誤后再繼續起吊作用。起吊嚴禁吊裝過重設備和不明構件，全程控制好起吊時間，不宜滯留控制過久。（5）起吊過程不能做任務危險動作，如起立或下蹲，研究用起重機運載多余物件或其它無關人員。研究在起重臂旋轉回旋工作時在構件下走動或奔跑，起吊應以勻速進行，嚴禁突然制動或在回旋過程做反向動作[4]。（6）暫停作業時對吊裝作業未形成穩定體系部分，必須進行臨時固定。（7）對臨時固定構件繼續進行永久固定作業，認真檢查均在安全范圍后方可接觸固定措施。（8）對于安裝完成的構件，未經相關部門準許，不能擅自開孔或鑿洞。嚴禁在構件上堆放或懸掛超過荷載量的施工作用。

二是定位安裝環節：（1）加強作業人員安全教育，高空作業人員必須正確使用安全帶，安全帶應高掛低用，并確保安全帶符合有關標準、無老化、損壞等隱患。（2）沿所有型鋼梁上1.8～2m 處設置封閉鋼絲繩生命線，確保作業人員在型鋼梁上行走時方便安全帶系掛。（3）起吊前在型鋼柱頂端預設速差防墜器，并將防墜器鋼絲繩拉鉤固定于型鋼柱底部，確保在安裝定位時作業人員安全帶有可靠系掛處，并確保在定位安裝完成后人員攀爬型鋼柱至柱頂接觸掛鉤鋼絲繩時作業人員安全帶隨時處于系掛狀態，保障作業人員攀爬過程安全。（4）在高空用氣割或電焊前，應按有關規定辦理動火證，并檢查現場周邊及下方作業環境是否有交叉作業及易燃易爆品，制作專用接火斗，接火斗大小及深度以滿足防止火花濺落要求為宜，由于高處風速相應增大，動火點還應采用防火布進行圍擋防風，防止割除的吊耳板或火花濺落傷人甚至引發火災事故。同時，每個動火點應配備消防器材干粉滅火器2 個（5KG裝），并將消防水源引至作業點附近。（5）現場氣割及焊接作業，作業人員必須配戴好相應的防護手套，焊接人員必須佩戴絕緣手套，作業點應無積水，避免雨天及積水中作業。

以上兩環節作業均為高風險作業過程，執行專職安全管理人員旁站監督，驗收安全條件，落實作業條件許可復核，相關單位項目部主要領導應現場帶班作業。

3.3 鋼構平面、軸線控制

鋼結構安裝過程中的平面及軸線精度控制是保障建筑結構質量安全第一道關，是確保建筑結構安全、耐久的最基礎工作。軸線方格網設置應嚴格選取施工測量中的控制軸線、標高、控制網，確保施工主軸線和控制點的施工質量。在軸線方格網測試中，施工人員應分別設定控制點組成的矩形，測定架設器測試儀的水平角及邊長。采取往返測試方法，3 次觀測對角數據，保證每項控制點坐標完全符合施工需求。根據測量規范操作流程，在策略過程中測量角精度-3.5度，邊精度應為 1/30000。在軸線控制過程，施工人員應選擇內控方法控制平面軸線位置，按規范流程完成吊裝順序，確保結構工程質量的完整性。

3.4 鋼構件焊接

鋼構件焊接質量同樣涉及建筑結構抗震安全，因此焊接作業應嚴格按照GB50661-2011《鋼結構焊接規范》進行。

3.4.1 焊前準備

為保證焊接質量，在對接焊的引弧端和熄弧端，需要安裝與母材相同材料的引出板，其坡口形式和板厚原則上應與構件相同。鋼構件加工中，引出板的長度，手工電弧焊及氣體保護焊為25-50mm；半自動焊為40-60mm；埋弧自動焊為50-100mm；熔化嘴電渣焊為100mm 以上。鋼構件焊接應盡可能用胎夾具，以控制焊接變形和使主要焊接工作在平焊位置進行。鋼構件的焊接，應根據鋼種、板厚、接頭的拘束度和焊接縫金屬中的含氫量等因素，以及所用的焊接方法來確定合適的預熱溫度和方法。

3.4.2 焊接順序及作業流程

焊接結構生產工藝過程是板材、金屬部件等經過相應加工工序、焊接為成品的過程。內容包括生產任務性質、產品圖紙、技術規范、工程條件，使用專業焊接技術及所需的金屬材料進行加工和保護工作，以此來完成焊接產品的全部工藝[5]。鋼構件焊接按次序拼裝，當存在隱形焊縫時應進行焊接，先采取小件焊接避免變形，糾正后才可進行大件組裝；型材及板材先拼裝才能組裝，注意控制焊接應力，提前涂裝構建隱形部位，焊前需要清除焊件坡口表面污垢、兩側鐵銹等雜質，結構桿件裝配應控制軸線交點與允許偏差。裝配時端板頂緊噴砂或磨光處理的部位，仔細檢查頂緊部位是否緊貼，避免存在縫隙。焊條根據產品技術需求進行烘干，堿性焊條一般選擇350°C 烘干，時間為1h,酸性焊條選擇150°C 烘干，時間1h，焊條烘干后從施焊過程不能大于2h，單根焊條烘干次數以1次為宜。焊接前核實焊接工藝要求、規定參數、焊接順序等，在組裝好的構件上進行施焊。

圖1 型鋼柱、型鋼梁安裝后現場效果圖

4、混凝土結構施工

超高層型鋼混凝土結構施工過程涉及質量安全管控及作業安全控制兩方面，質量控制關系到建筑結構耐久性及安全功能，施工安全則重點是施工過程人員及設備安全。

4.1 混凝土結構施工流程

混凝土結構施工流程：澆筑部位施工縫的清理→相關專業的驗收(土建、水電)→施工縫提前澆水濕潤→混凝土輸送泵試運行→鋪設50mm 的水泥砂漿（其配合比與混凝土的砂漿成分相同）→分層澆筑混凝土→分層振搗→柱上口混凝土標高檢查→清除混凝土表面浮漿→拆模→養護→成品保護。

4.2 混凝土結構質量控制措施

混凝土結構施工過程中嚴格遵守國家、地方有關法律法規及建筑施工有關標準規定，嚴格落實“三檢制度”和隱蔽驗收。

砼澆筑前，應由技術人員向作業工人進行詳細交底及現場指導，相關技術人員對混凝土塌落度、配合比進行復驗，明確而混凝土標號及澆筑順序，杜絕各節點混凝土標號混淆造成質量事故。混凝土布料及振搗作業應嚴格按照《混凝土結構工程施工規范》GB506666-2011 執行。組織現場操作人員現場學習，同時加強三檢制度.并做好混凝土澆筑記錄，使施工工序質量達到內控要求。

4.3 混凝土澆筑過程安全措施

超高層混凝土澆筑過程存在的安全風險重點在四方面：高壓泵管泵送混凝土過程中存在卡箍、高壓泵管道爆裂及高壓混凝土噴射傷人風險；混凝土澆筑作業臨邊、洞口防處墜落；混凝土振搗作業用電安全及布料軟管轉移過程混凝土掉落傷人；爬升式布料機在爬升過程防設備傾覆、坍塌及人員墜落。

（1）混凝泵管布設前，應對卡箍及泵管進行檢查驗收，確?？ü?、高壓泵管質量滿足要求。安裝時應確保泵管接頭處橡膠密封圈密封到位，卡箍螺栓緊固，連接不應有直角連接形態，降低泵送混凝土阻力。泵送混凝土周邊應無閑雜人員，設置安全距離并落實隔離防護措施，放料人員與泵管連接部位應保持足夠安全距離，并采取隔離措施，周邊環境應光照良好，且無可能導致人員發生墜落的隱患。（2）混凝土布料過程中，沿附著式升降腳手架與建筑結構主體之間縫隙設置伸縮式水平安全網，電梯井、采光井等設置雙層自提式防護平臺，其余孔洞采取硬質水平防護，確保作業面全封閉防護到位。（3）檢查振搗棒電源開關、漏電保護器是否靈敏有效，電纜線是否符合要求及存在破損漏電的情況，操作人員戴絕緣手套、穿絕緣膠鞋，預防發生觸電事故。（4）布料過程中，在布料管軟管前端設計2～3mm 厚插銷鋼板，布料管移位時使用插銷板將軟管前端封閉，避免混凝土遺灑傷人。（5）由于爬升式布料機塔身由三層套架在內筒電梯井內固定支托，爬升過程中拆除最下層套架由布料機上層檢修平臺兩臺卷揚機自動提升。提升套架前應檢查鋼絲繩、吊具及液壓系統的安全性能，提升過程中隨時檢查布料機垂直度并矯正，作業人員落實安全繩防護并專人監護，每層提升穿過上層套架應專人監護防止碰撞導致鋼絲繩增加受力。同時，由于井內搭設防護困難，就地取材利用檢修平臺卷揚機設計“回”字行升降防護鋼平臺，實現隨施工需要靈活升降達到全封閉防護的目的。

結語：

在相等外形尺寸鋼筋混凝土構構件下，型鋼混凝土組合的型鋼承載力更勝一籌，并且不受限于含鋼率，能夠有效縮減構件截面，提高高層的使用面積，為社會和建筑帶來可觀的效益。在型鋼混凝土施工過程中，為專業施工人員及相關安全管控技術人員提供寶貴的借鑒，繼而提高型鋼混凝土組合結構在國內建筑的應用價值。