诚实守信、互利共赢

大跨度钢管桁架无柱雨棚施工技术


工程概况

重庆江北火车站大跨度钢管桁架无柱雨棚, 竖立在4个站台上, 长540 m, 宽95.5 m, 建筑面积56 230 m2。雨棚棚盖采用彩钢板及阳光板, 吊顶采用铝塑板及金属格栅。C25钢筋混凝土1 661.52 m3, 网架骨架、柱、棱条2 500 t。建筑结构安全等级为二级, 耐火2 h, 结构的设计使用年限为50 a, 抗震设防烈度为6度。

无柱雨棚基础JC-1尺寸4.5 m×3.3 m, JC-2尺寸2 m×2 m, 设计要求地基承载力特征值为400 kPa, 基础埋入持力层深度不小于0.5 m, 岩性为页岩夹砂岩。为防止大气降水渗入基层软化地基, 对基础底标高以上1 m高范围内采用浆砌片石或片石混凝土进行回填, 基础底标高1 m以上采用开挖的土石分层夯实回填。

工程特点及技术难点

2.1 工程特点

(1) 渝怀铁路江北车站无柱雨棚跨度大, 单榀跨度47 m, 质量大 (约9 t) 。钢管桁架是由一根上弦杆 (273 mm) 和一根下弦杆 (273 mm) 组成的平面桁架, 根部高度3 400 mm, 端部高度600 mm, 下弦为半径约100 m的弧型。

(2) 本工程桁架钢结构焊缝多, 其中大量焊缝为钢管的环焊缝和相贯焊缝, 焊口复杂, 单个接头施焊工作量大, 而且大多处于结构下方及悬空位置, 焊接工期紧、工作量大、施工难度高。

(3) 根据本工程的特点, 对于主桁架等大型构件首次采用加工厂下料、现场加工制作、现场拼装、整体吊装的方案, 所以现场拼装及安装质量控制精度要求高。

2.2 施工监控量测

基坑开挖中设置专门的沉降、位移观测小组, 每天采用水准仪和全站仪定时对施工段地基进行沉降及位移观测, 做好记录。

先在测点设定位置挖50 cm×50 cm的基坑, 深度为1 m, 然后浇筑混凝土, 中间插入端部带有十字丝的25 mm的钢筋, 长度50 cm。共设2个断面6个点。

测量小组每天将测量结果汇总并上报作业队负责人, 作业队根据现场实际情况进行维护、加固。

主桁架施工及技术措施

考虑到施工现场场地较小, 为尽量减少现场作业工程量, 本工程单根部件的弯曲委托专业工厂进行, 汽车运输至站场加工场, 相贯线切割加工在加工场内进行, 部件加工成形后利用自行设计的胎具在场内拼装成整体。各部件尺寸及整体尺寸检查无误后将47 m跨的桁架分割成2个运输单元, 边跨桁架和立柱分割, 进行分体吊装。运输采用平板汽车运至安装现场, 再将跨中的两个桁架单元在地面上拼接成整体, 进行吊装。

3.1 施工准备

轮胎式起重机按照安装顺序, 将已经施工好的站台作为通道, 支腿用枕木支撑在站台地面上。

构件吊装前, 检查构件的外形尺寸、预埋件及地脚螺栓位置、吊环规格、基础表面水平度及标高等, 并在构件表面弹出中心线及绑扎点的位置。在基础顶面进行抄平并弹出纵横轴线。

3.2 承重作业胎架搭设

利用铺成的股道制作8台 (两个工作面) 轨道平车, 顺平车上搭设承重胎架, 轨道平车在需要施焊作业的地方能被锁死。

承重胎架采用48 mm×3.5 mm普通脚手架, 搭设高度为桁架下弦以下500~800 mm, 根据需要继续升高承重胎架底部满铺脚手板, 并设扫地杆和剪刀撑。

3.3 立柱安装

钢立柱吊升采用旋转法施工。当柱脚离基础顶面30~50 mm时, 进行对位, 然后将钢楔块沿柱四边打紧, 使柱临时固定。立柱吊装后进行平面位置、垂直度和标高的校正。特别是立柱垂直度的校正采用两台经纬仪在纵横两个轴线上同时观测, 其偏差值应满足规范要求, 否则必须重新校正其垂直度。柱校正后应立即进行固定, 钢楔块与柱脚板之间焊接固定, 地脚螺栓的螺母与垫块、垫块与柱脚板之间采用点焊固定。

3.4 主桁架的吊装

3.4.1 主桁架吊装工艺流程

主桁架吊装工艺流程:立柱标高及弦杆轴线确定→47 m主桁架水平拼接 (根据设计文件预留上拱度) →47 m主桁架拼接焊缝探伤→47 m主桁架中薄弱段绑扎加固→47 m主桁架翻转90°呈铅垂状放置→47 m主桁架吊装到位→调整垂直度、纵横向位移、标高→按步骤点固套管、筋板、空缺腹杆→松开起重机吊钩→节点焊接→焊缝探伤检查→补漆。

3.4.2 主桁架拼接

主桁架拼接分中间段和悬臂段两部分。

主桁架中间段部分的拼接在站台承重胎架上进行, 用水平仪对准备拼接的桁架测平, 以保证整个主桁架拼接的平面度, 上弦用粉线控制直线度。拼接步骤如下:①利用火车轨道将主桁架的两个部分运输到相应的轴线位置, 平面放置于2、3站台上。利用吊车将两部分吊到拼接位置。②对拼接位置坡口进行打磨处理, 加上垫圈。③用链条葫芦和千斤顶将两部分构件准确就位, 就位后用钢尺检测主桁架的总体尺寸。④用三角吊架调整主桁架的侧面平面度, 达到要求后进行拼接。⑤主桁架的上弦平面用拉线的方法控制。主桁架的立面平面度用水准仪进行检测;主桁架的总体尺寸用钢尺检测。

3.4.3 主桁架吊装[1,2]

(1) 主桁架中间段吊装。

主桁架中间段拼装为一整体后长度达到46.5 m, 重量是18.2 t。主桁架吊装时采取两点抬吊法, 即用两台吊车分站2、3站台上, 用主钩将拼接好的主桁架缓吊至安装高度时组对焊接。

主桁架吊装选用2台50 t汽车式起重机。主桁架和吊具重量为28.6 t, 吊装时是8根钢丝绳承受钢柱的重量, 每根钢丝绳承受的拉力为3.325 t, 根据钢丝绳的设计破断拉力值选择19 mm的钢丝绳。

用两车分别各吊一点法吊装主桁架。主桁架安装高度达到10.25 m, 因此吊点的选择在主桁架上弦约1/4位置上, 吊装时, 吊车一直处于稳定起钩状态, 待主桁架达到安装高度后, 吊车慢慢的仰杆吊装就位。

吊装步骤如下:①对拼接好的主桁架进行检查, 合格后方允许吊装。②检查吊装索具和钢丝绳。③根据构件尺寸及重心选择好吊点, 在吊点处用钢丝绳起吊。④起吊时主桁架两端要系上缆风绳以控制吊装时的空中姿态。⑤起吊时要求平稳, 升到安装高度时利用吊车仰杆就位, 就位后进行空中组对。

第1榀主桁架吊装焊接就位后应使用缆风绳做临时固定, 第2榀主桁架就位焊接后必须马上用次桁架将两榀桁架连接成一个整体。详见图1、图2。

图1 主桁架安装工艺流程图 (单位:mm)

主桁架安装工艺流程图 (单位:mm  下载原图


图2 主桁架吊装方法示意图 (单位:mm)

主桁架吊装方法示意图 (单位:mm  下载原图


主桁架的校正:主要校正主桁架的垂直度和主桁架的轴线偏移。采用线垂测量主桁架垂直度, 用钢尺测量间距。

(2) 悬挑部分主桁架吊装:

悬挑部分主桁架的吊装采用一台25 t吊车配合一台50 t吊车进行, 吊到安装高度时工作人员到接点处组对焊接。

3.4.4 主桁架安装测量

(1) 准备工作:

对立柱中心线及其间距、标高进行复核, 符合设计要求后, 才可以进行主桁架安装工作。

(2) 主桁架安装测量:

主桁架就位后, 应使主桁架中心线与立柱及基础面上的中线对齐;检测其标高及跨距和间距是否符合设计要求, 合格后方可焊接。

(3) 主桁架垂直度校正:

就位时用线锤检测主桁架的上、下平面的中心线是否与基础中心线在同一直线上, 必要时用手拉葫芦校正。

3.4.5 主桁架拼接焊接和安装焊接[3,4]

主桁架的拼接焊缝焊接和与立柱的组对焊接是主桁架安装的重点, 焊接采用手工电弧焊和CO2气体保护焊相结合的焊接方法, 可以较好的控制焊接变形。

(1) 拼接焊缝:

拼接焊缝是坡口熔透焊接, 焊接时采用手工电弧焊打底、填充和盖面。焊接顺序如下:以273 mm×10 mm为例, 每层焊缝厚度不大于5 mm。手工电弧焊对接焊缝采用E4303焊条进行, 腹杆焊缝采用E4303。焊接前焊条应按焊接工艺进行相应的温度烘焙, 足够的时间保温。详见图3。

图3 钢管对接坡口示意图 (单位:mm)

钢管对接坡口示意图 (单位:mm  下载原图


(2) 高空组对焊接:

主桁架与钢柱连接采用高空组对焊接, 高空组对焊接的难点在于焊接是全位置焊接, 这样对焊工技术水平要求就相当高, 不仅要保证焊缝高度, 而且要保证焊逢探伤合格, 必须选用有相当经验的持证焊工进行操作。

(3) 高空组对主要施工工艺如下:

①起吊前将套管及连接加劲板的焊接位置坡口打磨干净, 清除油污和铁锈。②将套管套在主桁架的两端, 并作临时固定。③主桁架吊装就位后将套管临时固定取掉, 将套管的相贯线与钢柱柱身吻合后点焊固定。④将套管的加劲板点焊于指定位置, 要求焊缝必须紧密。⑤焊接前对所有点焊进行加固, 焊接时先焊主缝 (套管与钢柱连接) , 后焊加劲板, 焊接加劲板时需注意对称焊接, 以防止变形。

3.4.6 斜拉索的安装[5]

为减小结构的挠度及增加结构刚度, 屋面设置预应力斜拉索。斜拉索采用规格为5×31 mm的双层缆索, 预应力钢丝强度标准1 670 MPa, 其标准破断荷载不低于956 kN, 需施加的预应力值为200 kN。本工程采用分级张拉、桁架位移监控与千斤顶张拉力双控的张拉施工工艺。每根索采用2台YCNCD20型液压千斤顶张拉设备, 用4套YCND20型液压千斤顶在每根立柱桁架的两端同步进行索的张拉。张拉采用分级张拉法, 按设计200 kN, 对拉索分4级张拉, 依次为索力的30%, 30%, 30%, 10%, 最后一次张拉做精调。在张拉的过程中, 控制柱顶的位移和桁架的挠度使其不超过规定值。

3.4.7 检验与校正

拼装及安装质量是控制主体钢结构工程质量最后一关, 因此在吊装、拼装及安装过程中, 必须强化过程检验。按施工组织设计中桁架加工列出的制作安装标准, 在施工过程中, 使用各种测量仪器监测过程中及完成后设置的控制点的各项参数, 并与设计值及原测量记录进行比较, 以便对每榀钢桁架进行全方位的质量跟踪监测。

施工控制措施

(1) 所有钢管在加工前均严格控制管径及壁厚, 其负偏差不得超过规范规定的允许值, 合格后方能转入下一道工序。

(2) 本工程所有立柱均位于两轨道之间, 给测量放线带来了很大的难度, 因此选择适当的平面测量控制网显得尤为重要。

(3) 构件单元进场后, 按照总拼图的要求, 在专用的承重胎架上总拼, 并设置质量检测的标识或控制点;从不同的方位对安装精度进行监测控制。

(4) 焊接质量控制:应采用合理的焊接顺序和方向。尽量使焊缝在焊接时处于自由收缩状态;先焊收缩量比较大的焊缝和工作时受力较大的焊缝;不得任意加大焊缝的宽度和高度, 厚板多边焊时不应采用横向摆动焊接以减少焊接内应力。严格控制焊工作业时的外界空气环境影响。

(5) 焊缝的质量检查:外观检查主要是目视观察, 用焊缝检验尺检查, 必要时, 用渗透着色探伤或磁粉探伤检查。焊缝外观缺陷质量控制主要是查看焊缝成型是否良好, 焊道与焊道过渡是否平滑, 焊渣、飞溅物等是否清理干净, 其外形尺寸应符合现行国家标准《钢结构焊缝外形尺寸》的规定;焊缝的非破坏性检查目的是检查内部缺陷, 其手段主要是无损检测, 包括超声波探伤、射线探伤和内表面磁粉探伤。

(6) 主桁架的现场拼接是本工程的一个难点, 必须控制好以下几点:①桁架安装前, 应对钢构件的质量进行检查。钢构件的变形、缺陷超出允许偏差时, 应进行处理。②主桁架安装的测量和校正, 应根据工程特点采用相应的工艺。厚钢板和异种钢板的焊接等主要工艺, 应在安装前进行工艺试验, 采用相应的工作参数。③钢结构的主桁架安装就位后, 应立即进行校正、焊接固定。④主桁架安装、校正时, 应根据风力、温差、日照等外界环境和焊接变形等因素的影响, 采取相应的调整措施。

结束语

渝怀铁路江北车站无柱雨棚钢管结构工程跨度大, 场地条件复杂, 施工制约因素多, 质量要求高。通过合理选择施工方案, 严格按照工艺要求, 合理安排施工程序, 保证了工程如期保质保量的完成, 采用的施工技术和方法对同类型工程的施工具有一定的指导价值。


联系我们
如有代理合作及业务需求,请与我们取得联系

服务热线:13818464305

业务直线:021-59198545

电话:400-176-6885

关注华喜公众号