装配式混凝土PC 管廊安装技术

李国标 叶一位 叶 斌

中国化学工程第七建设有限公司 四川成都 610100

工厂预制化、现场装配化与传统施工相比，最大优势在于可以在工厂里成批成套地制造，再运到工地按照图纸装配，不仅能最大限度地缩短工期，而且可以减少高空作业、降低成本、减少环境和噪音污染等。

通过对马来西亚RAPID 项目中装配式混凝土PC管廊的安装方法进行详细介绍，希望能为今后类似工程项目提供参考。

1 工程概况

RAPID 项目是马来西亚国家石油在柔佛州兴建的大型炼油和化工一体化项目，占地7.5km×4.5km，工程投资300 亿美元，划分17 个EPC 标段。RAPID 项目中所有的管廊主体都是PC 模式。日本东洋工程公司为第5 标段蒸汽裂解装置总承包商，在其合同区域内PC 管廊安装重量达到27 万t。PC 构件将在距离施工现场70km 以外的巴西古单预制完成后直接交付现场。PC 管廊共有6 层，层高为1.5m，安装标高为- 1.5m。柱子横向、纵向跨距相等，为9m 或者10m；柱子根据截面尺寸有700mm×700mm、800mm×800mm、900mm×900mm 、1000mm×1000mm 、1000mm×1100mm 共5 种规格，柱子之间通过PC 主梁和次梁进行连接。PC 管廊施工流程见图1。

图1 PC管廊安装流程图

2 准备工作

根据PC 管廊的安装特点、外形尺寸、质量验收标准、到货计划和吊装要求等，对整个PC 管廊每个施工关键点编制详细的施工方案和危险源辨识。

根据PC 管廊的分布、到货计划、外形尺寸和重量等信息，确定吊车数量、型号、工况，并确定吊车等大型机具进场时间及数量。中国化学工程第七建设有限公司（以下简称七化建）合同范围内共计有PC 柱316 根，PC 柱子及1286 根混凝土PC 梁总安装量超过2.2 万t。其中最重的PC 柱达46t，高度18m，安装周期计划为8 个月。根据项目进度计划，最终确定以2 台250t 履带吊为主吊，110t 履带吊和150t 履带吊各1 台进行溜尾，3 台臂长为38m 的曲臂升降车配合吊车摘钩和PC 主、次梁的安装。

3 吊装梁和吊装棒的设计加工

3.1 吊装梁设计和制作加工

根据柱子最大重量46t 设计标准载荷SWL=50t 的吊装梁，吊装梁上下均使用G- 2130 SWL=35t 标准卸扣，长度分别为1100mm 和800mm 两种规格一体吊装梁。

吊装梁的安全性能需从合应力、合位移两个方面进行计算分析，分别见图2 和图3。由图2 可知，吊装梁所用钢材的屈服强度为220MPa/ mm2，当对吊装梁施加750000N 的1.5 倍力时，吊装梁的最大应力为99.6MPa/ mm2，最大受力点发生在安装卸扣的位置，最大应力远小于材料屈服强度，吊装梁是安全的。

图2 吊装棒静应力分析

在1.5 倍荷载下，检查吊装梁施加载荷后相对于几何中心处的合位移情况。由图3 可见，吊装梁几何中心整体最大合位移仅为0.105mm，发生在吊装梁上吊装孔外部位置。结合钢材的力学性能和所发生位移的部位来分析，吊装梁是安全的。

图3 吊装棒合位移分析

对吊装梁进行综合模拟运算，在1.5 倍工作载荷作用下，应力和等效位移共同作用下，整个吊装梁各个部位的安全系数分布区域和结果如图4 所示。由图可见，在进行吊装梁安全系数综合分析计算时，设定在1.5 倍工作载荷的作用下，当吊装梁某个区域的安全系数大于1.5 时该模型显示为蓝色，反之为红色。从模拟结果来看，安全系数为4.43，远远高于1.5 安全系数的要求。因此，吊装梁在进行载荷为50t 的吊装活动时是足够安全的。

图4 吊装棒综合运算分析

3.2 吊装棒设计及校核

选用直径95mm、材质AISI4030 的高强度钢棒，确保钢棒和吊装孔直径有2.5mm 的间隙，以便使用时能自由滑动，通过调节两侧的调节套筒来满足吊装要求。为防止在吊装过程中调节套筒对吊装孔表面进行挤压造成洞口混凝土损坏，设计增加一个Φ150mm×T16mm 的垫板。吊装过程中，为避免受力不平衡使钢丝绳滑动，在两侧增加两个可拆卸的挡块。在钢棒两侧端头制作长度为136mm 的螺纹，用M160mm 的螺帽进行固定，固定螺帽互相平行的两个面上用Φ12mm 的螺纹钢焊接两个150mm 长的手柄。吊装棒设计经过三维建模有限元受力分析和马来西亚IR 工程师盖章确认，并进行安全系数1.5 倍的荷载试验。试验结果如图5 和图6 所示。

图5 吊装棒等效静应力分析

图6 吊装棒合位移分析

由图5 可见，吊装棒材料屈服强度为710MPa/ mm2。当对吊装梁施加750000N 的1.5 倍时，吊装梁的最大应力为654.175MPa/ mm2，吊装棒最大受力点发生PC 在吊装孔接触位置。因此，从所受静应力的角度分析得出结论，最大应力小于材料的屈服强度，吊装棒安全。

图6 为在1.5 倍载荷下，吊装棒相对于几何中心处的合位移情况。由图可见，吊装棒受力相对于其几何中心整体最大合位移为0.544mm，发生在吊装棒的两个端头且较为集中。结合所用钢材的力学性能，以及所发生位移的部位来看，吊装棒的变形在安全范围内。

对吊装棒进行综合模拟运算，吊装棒在1.5 倍工作载荷应力和等效位移共同作用下，对吊装棒各个部位的安全系数进行分析。设定当吊装棒某个区域的安全系数大于1.5 时模型显示为蓝色，当某个区域的安全系数小于1.5 时显示为红色。得到吊装棒的最小安全系数为1.62。因此，吊装棒在进行载荷为50t 的吊装活动时是足够安全的。

3.3 混凝土锚点制作

根据方案，在PC 柱吊装找正后柱底板和插筋灌浆前，每根柱子需要4 个锚点进行临时固定。根据进度计划及PC 梁的施工周期，计划预制100 个1.3m×1.3m×1.3m、重量大于5t 的锚点。

4 PC柱子安装

4.1 基础检查

在基础层台上画出柱子安装中心线和标高基准点，并检查插筋的间距、数量是否符合设计要求。

4.2 基础处理

在PC 柱子基础四边距离柱子外表面60mm 处，用砂轮机切割出柱底板灌浆模板内侧边线。如果基础承台高于安装馒头标高时，需要加大切边的范围，以便后期PC柱子找正时加减调节垫板。

4.3 馒头制作

PC 柱安装部位切边完成后，清除基础表面浮浆，在基础0°、90°、180°、270°方位画出馒头位置。馒头顶部使用140mm×60mm×12mm 厚的钢板，要求馒头标高误差不超过2mm，水平度不超过1/ 1000，馒头外端头以露出柱子外表面10cm 为宜。

4.4 基础插筋处理

为确保柱子下落时承台基础插筋能顺利进入螺纹套筒，在插筋调直后用一根12mm 的箍筋临时将插筋固定；再次检查插筋数量及间距、预留长度是否符合要求。

4.5 PC柱子检查验收

检查PC 柱子编号、外观尺寸，预埋件数量、位置、方向，支撑角钢用预埋螺栓套筒的标高、数量，牛腿方向、PC柱底部螺纹套管数量、间距、深度，以及灌浆孔数量、柱底平整度、PC 柱吊装孔位置是否符合设计要求。将PC 柱子放在高度为200mm 的枕木上，以便后续缆风绳安装有操作空间，并用空压机吹扫灌浆孔，确保畅通和无异物。

4.6 PC柱中心和标高控制线标注

在PC 柱三个方向上画出中心线及安装方向，距离底部1m 处标注标高控制线，确保吊装就位后能快速地进行找正，保证标高统一。用水平角尺对柱子底部与馒头接触区域进行平整度检查，如果柱底不平需要进行处理，确保PC 柱子底部和馒头顶部接触良好。

4.7 支撑角钢制作及安装

PC 主梁安装用的支撑角钢规格为200mm×200mm×20mm- L=700mm，通过6 颗M20×60 的高强螺栓与柱子上的预埋螺纹套筒连接。为防止锈水污染柱子表面，需要将支撑角钢进行油漆处理。

吊装前支撑角钢需安装完成。由于支撑角钢的顶标高就是PC 主梁的安装标高，通过安装标高控制线处检查支撑角钢预埋螺栓的标高，支撑角钢的上表面标高只能等于或者小于设计标高。当发现支撑角钢标高超过要求时，需要将支撑角钢螺栓孔进行扩孔，将标高降至设计值。

4.8 缆风绳抱箍及锚点设计安装

4.8.1 缆风绳抱箍设计和制作

缆风抱箍采用12# Q235 普通槽钢进行制作，四周用M16 的高强螺栓组装，四边槽钢的中部焊接缆风绳连接耳。为防止缆风绳抱箍安装完成后损坏柱子表面的混凝土，以及让缆风绳抱箍能更好地与柱子表面固定，需在槽钢内表面用AB 胶水张贴δ=6mm 的橡胶皮。还要将缆风绳抱箍表面进行油漆处理，预防槽钢生锈对混凝土柱子表面造成污染。

4.8.2 抱箍和缆风绳安装

缆风绳抱箍安装在吊装孔下方500mm 处，同时确保缆风绳安装高度超过柱子高度的2/ 3，以增加柱子的稳定性。将缆风绳沿着柱子拉直，捆扎在距柱底1m 高位置处。缆风绳的长度根据柱子的高度适当增加6m 左右，避免钢丝绳张紧后缆风绳不够长。

4.9 锚点布置

摆放锚点时尽量确保缆风绳张紧后与地面夹角不小于60°，需注意避让后续柱子的吊装，而且不能影响下一根柱子的缆风绳拉设。锚点摆放位置要尽量平整，不能悬空；离基坑边距离不少于1m，以防止暴雨对基坑冲刷造成锚点倾翻。

4.10 吊索具安装

根据吊装方案的要求安装主吊和溜尾吊车的吊装梁和钢丝绳。根据柱子的外形尺寸，选择合适的吊装棒通过调节套筒调节两侧的距离，最后锁紧螺帽。

4.11 PC柱吊装就位

（1）采用两台吊车递送法进行吊装，起吊之前特别注意要将两台吊车的主钩调整至吊装棒正上方。

（2）当PC 柱完全直立后，使用升降机移除溜尾钢丝绳和吊装棒。移除底部吊装棒时首先要移除溜尾钢丝绳；拆除一方固定螺帽和调节套筒，将钢棒从另外一侧缓慢抽出300mm 左右；缓慢放下吊车小钩，再使用一根1t×2m 的吊带将吊装棒捆绑住，待吊带系牢后才能将钢棒完全抽出。

（3）缓慢将柱子下落至距离插筋顶端200mm 左右，旋转至正确的安装方位；使用撬棍和叉子将柱子底部的螺纹套筒和插筋对正，缓慢下落直到插筋全部进入柱子内部套筒；拆除固定插筋用的箍筋，继续下落至馒头顶部约30mm 左右停止；将柱子中心和基础中心对正，继续下落，当柱底和馒头完全接触吊车荷载为5t 时停止下落。

4.12 PC柱找正、微调、张紧缆风绳

（1）将缆风绳和混凝土锚点用手扳葫芦连接起来，适当张紧。用经纬仪在互成90°两个方向检查柱子的垂直度，通过张紧缆风绳进行微调；用经纬仪监控垂直度，互成180°两个方向时张紧缆风绳，最后用挂锁将手板葫芦锁死。

（2）使用高空升降车拆除顶部吊装棒和钢丝绳。与拆除溜尾吊装棒相同，在拆除过程中需要使用小钩系挂吊带的方式。

4.13 PC柱底板灌浆

柱子验收合格后，再安装柱底板灌浆模板。模板四周距离柱子边50mm，模板高度200mm。灌浆时，使用手摇压力灌浆泵通过柱子中心孔进行灌浆，灌浆高度以距离溢流口50mm 为宜，只需对底板进行密封即可。

4.14 PC柱插筋灌浆

柱子底板灌浆12h 后即可使用手摇压力灌浆泵由下往上对插筋进行灌浆，灌浆料的搅拌必须严格按厂家要求进行。灌满后，灌浆料将会均匀地从溢流口紧贴柱子表面往下流，此时要拆除底部进料管迅速用高密度海绵进行封堵；灌浆完成后10min 左右，对溢流口和进料口的部位进行修补和污物清理。

4.15 柱中心孔封堵

中心孔灌浆需要将灌浆软管从顶部排气口插至柱子底部，使用手动压力灌浆泵将灌浆料缓慢注入。随着灌浆料的注入，缓慢抽出软管，并在整个过程中始终保持软管出口在灌浆料液面下，确保内部空气完全排除，直至灌浆料溢出为止。

5 PC主梁、次梁安装

5.1 PC次梁安装

首先开始最低层PC 次梁的吊装，然后从一个方向完成4 根柱子之间的主次梁安装。当所有的主次梁安装完成后，既可以开始找正灌浆用脚手架搭设。主、次梁的找正过程中，除最顶层PC 梁的找正使用吊车外，其余梁可以使用手拉葫芦系挂在上一层PC 梁上进行找正，可以大大降低吊车使用量和提高找正速度。通过标高基准线进行标高控制。找正完成后，对梁底部和牛腿之间的缝隙及固定销进行灌浆封堵。

5.2 PC主梁安装

PC 主梁安装方法和PC 次梁基本相同，待PC 主梁找正完成后，依次进行U 型槽内套筒钢筋及模板、U 型槽上表预埋件安装。检查合格后，进行混凝土浇筑。为防止角钢安装过程中标高过高造成主梁标高无法下降，在进行角钢安装时要将槽钢顶标高下调5mm 左右。

6 拆除缆风绳和抱箍

第一层主次梁安装完成后，即可拆除缆风绳和抱箍和锚点。在拆除缆风绳的过程中，需要同时松开相对方向的手板葫芦，尽量保持两侧同步。

7 拆除PC主梁模板和底部支撑角钢

当PC 主梁混凝土浇筑完成并且达到设计强度时，即可拆除PC 主梁安装所用的支撑角钢和模板。支撑角钢拆除后，立即用塑料发泡剂对安装支撑角钢用的预埋螺栓眼进行封堵，防止雨水锈蚀造成污染。

8 PC管廊检查移交

完成上述PC 管廊的所有施工后，即可移交给钢结构、电气专业、管道专业进行后续施工。

9 装配式混凝土PC管廊的技术优势

9.1 缩短工期

装配式混凝土PC 管廊与传统现场浇筑的混凝土管廊相比，最大优点是可以极大地缩短施工周期。装配式混凝土PC 管廊的预制工作可以和现场基础施工同步进行，或者在现场基础浇筑之前就在预制场完成，不受其他施工工序、施工环境、场地的影响。根据本项目的实施效果来看，与传统的施工工艺相比，整体施工缩短6 个月以上。

9.2 施工质量好

装配式混凝土PC 管廊的预制都是在车间完成，可以实现流水线标准化生产。与传统施工工艺相比，不仅施工误差小，外观成型好，而且生产效率高。

9.3 减少高空作业、减低现场施工风险

与传统的施工方法相比，装配式混凝土PC 管廊可以最大限度地减少高空作业，降低了现场高空作业风险。

9.4 节约能耗和原材料

装配式混凝土PC 管廊在车间预制时使用的是标准可重复利用的钢模板，而传统的施工方法需要在现场安装大量的模板，不仅成本高、浪费严重，而且造成大量的建筑垃圾，对环境造成大量的污染。同时，装配式混凝土PC 管廊在施工中PC 柱梁安装和后续管道专业安装可以共用一个脚手架，减少了二次拆除和搭设。在本项目执行过程中，与传统的施工相比，直接节约二次脚手架搭设费用超过7 万m2。

9.5 经济效益明显

在本项目中，混凝土管廊由原来的现场浇筑变成和钢结构专业一样可以按构件编号进行吊装就位，极大地降低了人工成本。同时，由于使用工厂标准化流水线生产，受外界环境干扰小，现场脚手架不需要重复搭设拆除，预制模板可重复利用，节约施工场地，现场施工机械化程度高。与传统的施工方法相比，装配式混凝土PC 管廊的经济效益非常明显。

10 结语

PC 管廊打破了常规现浇管廊的施工模式，不仅最大限度地缩短了施工周期，而且在工厂进行构件的标准化生产，效率更高，施工质量容易控制，避免了由于现场浇筑带来的高空作业风险和大量脚手架需求，保障了项目的总体进度。

虽然目前国内装配化施工由于起步较晚，缺乏相应的行业规范、成熟的施工经验，以及与之相配套的标准化生产供应商，工业化生产方式与现行管理模式不相适应等诸多不利因素限制，与发达国家还存在着巨大差距。但随着科学技术水平的发展和国内施工装配水平的提高，这种差距正逐步缩小。毫无疑问，装配化施工正成为国内外工程发展的必然方向。