扬州中国大运河博物馆今月桥分段吊装技术研究

2021-11-01陈晓东李义俊

福建建筑 2021年9期

关键词：胎架桁架桥面

陈晓东李义俊

(1.江苏邗建集团有限公司江苏扬州 225100；2.扬州万福环保机械钢构营造有限公司江苏扬州 225000)

0 引言

随着现代建筑和桥梁钢结构向大跨、重载和多样化发展，对结构吊装技术提出了更高的要求，采用合理的吊装方案和技术对钢结构施工安全和质量至关重要。本文针对扬州中国大运河博物馆今月桥的特点，制定合理的分段吊装方案，确保工程顺利进行。

1 工程概况

1.1 建筑结构设计概况

扬州中国大运河博物馆位于江苏省扬州古城的南面,总建筑面积为 79 373.59 m2，其中：博物馆74 438.32 m2，地下一层，地上六层；大运塔4935.27 m2，地下一层，地上十层。今月桥地上一层，连接了博物馆屋面及大运塔，为空间钢管桁架钢结构。该馆是集文物保护、科研展示、休闲体验为一体的现代化综合性博物馆，工程创优目标：中国建设工程鲁班奖，项目效果如图1所示。

图1 项目效果图

今月桥所有构件采用Q355-NH耐候钢，总用钢量约300 t，为拱形双曲管桁架结构，桁架中部支撑在其下的半圆形格构钢拱架上，左右两端分别悬挑至博物馆屋面及大运塔楼层标高，并与二者之间设置抗震缝，缝宽250 mm，桥面采用180 mm厚钢筋桁架楼承板。

1.2 施工难点分析

钢拱及桥面单榀桁架重量比较大，安装精度要求较高，吊装非常困难，必须合理分段进行吊装。由于钢梁型号规格比较大，现场塔吊不能全部满足吊装要求，现场采用260 t履带吊进行吊装。

现场钢构与土建单位同时作业，安装工艺复杂。且土建施工结束后，混凝土强度达到一定等级要求时，钢构件才能进行安装，两方配合工作较多。根据合同要求，钢构单位从进场到交工验收共计90个日历天，施工时间非常紧迫，所以合理安排各单位的交叉作业时间，是保证工程如期竣工的必要手段。

1.2.1 场地受限

因施工前期需在建筑物周边开挖地下室(图2)，导致施工道路受阻，吊装机械不能直接在东侧施工道路区域行驶，必须进行基坑回填，才能满足构件运输及吊装要求。

图2 大运河博物馆区段划分图

1.2.2 吊装难

钢拱及桥面单榀桁架重量比较大，安装精度要求较高，吊装非常困难，必须合理分段进行吊装。由于钢梁型号规格比较大，现场塔吊不能全部满足吊装要求，必须利用260 t履带吊进行吊装，施工难度较大,如图3～图4所示。

图3 管桁架吊装指导

图4 塔式副臂工作范围图

1.2.3 交互作业多

现场钢构与土建单位同时作业，安装工艺复杂，且土建施工结束后，混凝土强度达到一定等级要求时，钢构件才能进行安装，两方配合工作较多，如图5～图6所示。

图5 今月桥与大运塔交互施工

图6 土建与钢构交互施工

1.2.4 工期紧

该工程根据合同要求，钢构单位从进场到交工验收共计90个日历天，施工时间非常紧迫，所以合理安排各单位的交叉作业时间，是保证工程如期竣工的必要手段。

2 施工过程分析

大跨度钢拱安装难度较大，涉及多种施工工艺，如定位放线控制、架体支撑设置、桥桁架及钢拱的吊装、卸载等，其中，桥桁架与钢拱的分段吊装及焊接，是整个施工过程的关键。

根据钢拱结构体系分析，并结合设计结构的节点详图，在钢拱未能形成整体桁架之前，钢拱自身为结构体系的主要支撑构件，根据杆件受力情况，须外加支撑体系来完成分段吊装。所以，在钢拱的投影弧形上设置底部承接支撑，依据施工现场的环境，同时结合本项目的施工顺序以及结构特点，合理选择支撑架体的规格和形式[1]。根据模型计算，每榀钢拱重量约为49T，共两榀，每榀拟分5节吊装，钢拱左右对称设置分段，如图7所示。

图7 钢拱设置分段

桥面部分：支撑钢架支撑好后在第三、四节与下方焊接结束后，安装第五节钢拱，为便于运输，第五节在工厂分二段制作，现场在地面拼装好后，整体安装就位。在整个钢拱焊接完成，形成整体结构体系后，开始安装上方管桁架桥。根据模型计算，上方桥重约80 t，拟分3节从中间向两侧同时吊装，如图8所示。

图8 桥面设置分段

因桥面宽度为8.4 m，分3节无法运输,在工厂将中间桁架分3段制作，其它杆件在工厂下料，在现场地面分3节组装,然后分别吊装[2]。桥与钢拱部分连接稳定杆件，需在桥先吊装就位后方可安装。因此，需在钢拱的顶面搭设钢管脚手架操作平台，以便人员进行安装焊接，最终形成整体结构。

3 管桁架施工

3.1 管件制作与涂装

制作管桁架时，钢管采用五维自动切割机下料，同时预留收缩余量。切割前将距离切割边缘50 mm范围内的铁锈、油污清除干净，切割后随即清除边缘上的飞溅物和熔渣，进行下道工序[3]。

防锈底漆施工完48 h后，可进行防火主料的涂装施工，现场温度控制在0～35℃，湿度必须小于85%。防火涂料施工分两道工序，第一道干膜涂装时，厚度不得超过0.2 mm，后面每道干膜涂装时间间隔为24 h，且干膜厚度不得超过0.3 mm。

防火涂料采用酚醛芯滚筒滚涂，每层涂料都应交错施工，确保漆膜的耐久性。每次滚涂后，随即清理滚筒套，除了快干漆，每层都要往复施工，直到涂匀为止。在涂装工作的每一道工序前后，对构件表面处理情况进行仔细检查，等漆膜完全风干后，再使用测厚仪测出漆膜厚度。

3.2 现场管桁架单片组装

胎架作为提供支撑点的工具，在提高桁架的组装质量方面有着重要作用，所以胎架拼装的精确度把控显得尤为重要。拼装平台一般用型钢焊接而成，高度控制在500 mm～700 mm，在平台上依据主桁架尺寸进行弹线，同时安装好测量定位的设备，按1∶1比例放样进行拼装。现场严格按图纸尺寸加工、制作。胎架拼装如图9所示。

图9 胎架拼装示意图

上、下弦主管分别用吊车吊至拼装胎架上，在节点位置弹线定位，主管对接时在接口处增加衬管，并在管周边进行点焊，提高牢固性。依据弦杆弹线位置，将腹杆安装到位后点焊固定，复核管桁架尺寸及节点尺寸，确认直、斜腹杆间的距离是否满足设计要求。

在所有组装工作做完后，开始复核整榀桁架的尺寸，检查每个安装节点之间的距离是否符合设计要求，以及直、斜腹杆间节点的拼装间隙是否满足焊接规范要求，若发现问题应及时整改。

3.3 焊接施工

焊接时合理安排施焊顺序，由中间向两端对称施焊，撑杆、腹杆处于桁架中间应当优先焊接，尽可能地减少残余应力和焊接变形。管件纵横交错处为连接焊缝，端部为角焊缝，趾部为溶透焊缝，侧边由溶透焊缝逐渐过渡到角焊缝，焊道层间接头应平缓过渡并错开，前后两层焊道的施焊方向应相反。多层焊接时注意连续施焊，每道焊接工序施工完成后，及时清理焊渣并进行检查，发现焊接缺陷，即时制定措施补救，确保焊接工作有序进行。

焊接完成24 h后对构件抽检10%，进行角焊缝磁粉探伤，然后对现场所有对接焊缝进行超声波探伤，抽检对象为所有焊缝的20%且不得小于200 mm[4]。

4 桥分段吊装

今月桥管桁架每榀4个拱脚深入砼基础，在砼基础设置支撑塔架，采用分段吊装、现场拼装焊接。

4.1 定位放线控制及测量控制

采用全站仪、经伟仪、水准仪进行测量。今月桥结构为圆桁架空间结构，在制作时考虑了桁架自重引起的标高下沉，并由设计院提供节点位移值，支架的上标高为加工图标高(设计标高加起拱值)，拆除支架后，标高为加工图标高减自重产生的垂直位移，桥面砼等上部施工结束后，桁架标高为设计图纸标高。

钢结构施工前对施工现场的测量控制点和有关资料进行复核，检测点精度必须满足点位数要求。平面控制点至少3个，高程控制点至少2个，检测数据收集后，及时绘制成测量成果，并定期进行复核及必要的归化改正。

4.2 拱桁架吊装及安装

因第一节及第二节需要外包砼，柱脚嵌入砼基础中，所以需安装第一榀钢拱的第一节和第二节，如图10所示。

图10 吊装第一、二节示意图

等砼浇筑达到设计强度的75%以上，方可吊装第三、四节。第三、四节钢拱与下方钢拱连接成整体后，整个钢拱的垂直和水平力基本传递与钢拱脚的基础，如图11所示。

图11 吊装第三、四节示意图

最后吊装第五节钢拱，如图12所示。拟设置4组2 m×1.5 m支撑构架。

图12 吊装第五节示意图

4.3 拱桁架支撑架体施工

该工程主桁架为拱形双曲管桁架结构，由于桁架形成整体之前，桁架下弦杆为主要受力构件，为保证结构稳定性，在桁架两侧设置胎架支撑，分散下弦受力点，使主桁架处于简支状态，在桥面桁架安装结束，形成一个整体结构后，卸载、拆除。临时支撑采用4组2 m×2 m×12 m格构式支撑胎架，主杆口150×8方管，肢杆和水平杆使用口80×6,如图13所示。