收費大棚整體吊裝施工技術

黃志華

（中鐵十一局集團第一工程有限公司，襄陽441100）

1 工程概況

1.1 工程概況

深圳市貨運交通組織調整相關高速公路收費站及配套設施鹽排高速收費站工程，總體設計15 個收費關卡，收費鋼網架大棚為桁架結構形式，四周采用玻璃幕墻圍護，上下頂板為鋁板金屬結構。投影尺寸長為74.2米，高為39.1 米，最大高度6.46 米，最大跨度16.5 米；設計使用年限為25 年，建筑防火等級為二級。

1.2 設計參數

表1 收費大棚設計參數

2 方案比選

排榜收費站在既有高速進行改擴建施工，存在施工場地狹窄、沿線車流量大等客觀問題，施工組織、交通組織難度大，施工安全風險高。尤其是收費雨棚橫跨現狀通行的高速公路，雨棚桿件多、重量大，若采用常規的“防護棚架+空中散拼”工藝，將面臨長時間的交通通行及高空作業安全風險。為此，項目團隊積極開拓思路，創新提出“一分為六再拼接，網架裝飾整體吊”的工藝設想。為驗證其可行性，項目團隊多次通過三維軟件受力分析、裝飾材料破壞性試驗、試吊檢驗及沙盤推演等方式，確定該工藝可行，并按此組織開展精密施工。這一新工法，總體縮短工期47 天，大幅降低了交通及施工安全風險。

表2 網架施工方案對比分析

3 總體吊裝思路

根據收費大棚的尺寸、現場場地條件及對應柱距，采取分割分段法施工，將大棚分割成6 片安裝單元，每個安裝單元的所有桿件預先在地面組拼成片、金屬幕墻（鋁板）裝飾完成，然后再用履帶吊將單元塊吊裝到位，塊與塊之間的桿件采用空中散裝法連接。

4 設備選型

網架吊裝施工在高速路上方進行，吊裝過程中需考慮高速通行安全。由于交通疏解之后拼裝空間有限，單元塊拼裝完成之后需吊裝、旋轉、移動之后才能安裝就位，綜合考慮現場條件，決定采用履帶吊進行吊裝施工，履帶吊較汽車吊更為靈活，更能保障現場施工安全及質量。

4.1 履帶吊驗算

取面積最大、質量最重的1#單元（52t）進行驗算，已知條件：

圖1 履帶吊吊裝工況示意圖

（1）履帶吊旋轉中心距吊點距離26 米。

（2）夾角64o，地面距吊臂頂56.95 米。

（3）吊機臂長60 米。

根據查詢中聯QUY400（400t）履帶吊性能表可知：吊裝點距離履帶吊旋轉軸中心距離為26 米，臂長為60 米，額定起重量為56t。在此范圍內吊裝，其額定最大起重量56t﹥52t，工況滿足吊裝要求。故綜合考慮現場施工工況、吊物重量、吊物尺寸、起吊距離等實際情況，決定采用400t 的履帶吊進行施工作業。

4.2 鋼絲繩的選型和驗算

根據《鋼絲繩通用技術條件》（GBT 20118-2017），網架單元吊裝用鋼絲繩掛鉤在4 個螺栓球節點上，考慮到吊裝、旋轉及平移過程中的不利工況，按3 根進行折算，根據螺栓球的位置及吊裝高度配置足夠長度的鋼絲繩，確保鋼絲繩與水平面夾角不小于60°。

Q—吊物質量 520KN

β—鋼絲繩與水平面夾角 60°

n—吊裝用鋼絲繩數量，根據不利工況，n=3。

單根鋼絲繩受力計算公式：

S=520/3×1/0.866=173.3×1.154=199.9（KN）

選用6×37+1 規格鋼絲繩,直徑為44mm，每根鋼絲繩長26 米。查詢規范44mm 鋼絲繩強度為1960Mpa時，其破斷力拉力值為1210KN。取安全系數K=6，則容許拉力為：Fg=1210/6=201.6(KN)，即201.6KN＞199.9KN，安全，滿足要求。

圖2 鋼絲繩受力驗算示意圖

4.3 卸扣的選型和驗算

已知網架螺栓球單個吊裝點最大拉力為199.9KN，則采用30t 規格噸位的U 型卡環。即300KN＞199.9KN，滿足要求。

5 施工工藝

5.1 工藝流程

立柱基礎混凝土澆筑→立柱及網架加工制作→立柱安裝→大棚網架單元拼裝→鋁板幕墻安裝→整體吊裝→竣工驗收。

5.2 立柱及網架加工制作

鋼管柱及鋼網架采用受力性能較好的成品無縫鋼管，網架弦桿及腹桿兩端帶有螺桿絲頭，便于與螺栓球進行連接成網架結構。鋼網架加工制作時注意事項：

（1）鋼管應采用機床下料，下料長度應預加焊接收縮量，長度允許偏差為±1mm。

（2）螺栓球節點螺紋要求為6H 級，精度符合《普通螺紋公差》(GB197-2018)的有關規定，角度容許偏差為±20′。

（3）鋼管與錐頭、封板連接采用剖口對接焊縫，焊縫質量應符合《鋼結構超聲波探傷及質量分級法》(JG/T203-2007)規定的二級質量等級的要求。

（4）所有鋼材應采用噴砂除銹，除銹質量等級達到《未涂覆過的鋼材表面和全面清除原有涂層后的鋼材表面的銹蝕等級和處理等級》(GB/T8923.1)規定的Sa2.5 級。

（5）網架拼裝單元中桿件與螺栓球之間高強度螺栓連接范圍，不得被油漆或者施工過程中油污污染，并應滿足相關規范要求，確保構件摩擦面系數達到0.45 以上。

（6）建筑防火等級為二級，網架耐火極限為：1.5h，防火涂料選用超薄型防火涂料。

5.3 立柱安裝

排榜收費站大棚立柱由3 排5 列共15 根無縫鋼管組成。鋼網架立柱通過立柱底連接法蘭與預埋在其中的螺桿相連，安裝之后調節柱底連接螺母，控制鋼網架立柱的標高，確保立柱垂直。測設鋼立柱頂的標高，調整調節螺母保證柱頂標高誤差在±2mm 以內之后對調節螺母進行緊固固定，再次復核標高及垂直度，無誤后采用C40 細石混凝土填充柱底及基礎混凝土頂面間間隙。

5.4 網架組拼

安裝前首先對材料進行分類、編號，按照使用的先后順序進行排列，把桿件、螺栓球及套筒轉移至工作面，按照下述步驟進行網架單元的組拼：

（1）下部弦桿與節點螺栓球拼裝。首先平整場地，將下一排螺栓球支墊牢固，通過水準儀測量控制確保在同一水平面，然后將下部桿件與節點螺栓進行連接。

（2）螺栓球四角桿件拼裝。上一排螺栓球通過中間桿件以及上部桿件進行連接，組裝成四面發散的整體穩定架體結構。

（3）緊固鎖定。先緊固上部連接桿件，后緊固中間桿件；先緊固長度短、活動范圍小的桿件，后緊固長度長、活動范圍大的桿件，緊固到位之后應將鎖緊螺母及時擰緊，鎖定桿件與螺栓球。

（4）拼裝完成一組網架之后，應首先檢查整體尺寸及節點相對距離，確保結構尺寸無誤，然后進行下一組網架對接拼裝接長。

每拼裝一組網架單元之后再次復核，然后按照上述方法和過程，循環上述步驟，直到所有網架單元全部拼裝完成。

5.5 鋁板幕墻安裝

收費站網架上、下屋面外裝飾材料設計為單層3.0mm 厚氟碳噴涂鋁單板，四周設計為玻璃幕墻。鋁板及玻璃幕墻主鋼龍骨通過支托板用螺栓固定在螺栓球上，主鋼龍骨與支托連接采用焊接連接，鋁板及玻璃安裝固定于龍骨上形成整體裝飾效果。

5.6 整體吊裝

根據現場場地條件，在CAD 中按比例還原吊裝工況，針對不同位置、不同重量的網架單元，對履帶吊的起吊位置、移動路線、安裝位置分單元進行充分的討論論證，在保證履帶吊安全工況的條件下選擇最優行走路線，最安全作業位置。依據網架立柱受力分布將網架分6片進行吊裝，并經過建模驗算，確保網架受力體系不發生變形。

履帶吊在收費大棚C 軸立柱靠近線路右幅進行吊裝，安裝橫向第二排的1#網架單元，安裝就位后，將過渡板與柱頂鋼板進行焊接固定。履帶吊在原位繼續安裝2#網架單元，2#網架單元有兩個支座可以放置于鋼柱頂，2#網架單元吊裝至設計標高時，履帶吊將2#網架單元緩緩向1#網架單元進行靠近，完成連接接長。以此類推，完成其余單元塊網架整體吊裝安裝。

6 結論

排榜收費站面積3003 平方米的收費大棚，采用帶鋁板及玻璃分塊整體吊裝施工，業內首創，最大分塊面積達726 平方米，重52t。經過科學地分析、計算、論證、施工方案比選、嚴格把控，最終安全、高效、高質量地提前完成網架整體吊裝，取得的效果及效益分析如下：

（1）操作性。該施工工藝適合在高速公路通車狀態，不具備散拼的條件下施工，利用有限的施工場地在地面完成桿件拼裝形成整體，吊裝就位，施工安全高效，方便快捷。

（2）功效性。項目采用整體吊裝施工工藝，通過方案模擬論證對比，縮短施工工期47 天，保證了業主制定的工期節點，實現按期通車。

（3）經濟性。整體吊裝一方面縮短了工期成本，另一方面優化了施工方案，取消了散拼過程中需要搭設的支架平臺，節省了大量的人工及材料設備費，為項目降本增效。

（4）安全性。吊裝前完成桿件及裝飾鋁板安裝，無高空墜物風險，無需搭設支架平臺，無高速行車剮蹭支架風險，保障了高速公路行車安全，獲得外界一致好評，創造了良好的社會聲譽。