位超大型预埋件高精度安装施工工法

'高位超大型预埋件高精度安装施工工法烟建集团有限公司山东省建设建工（集团）有限责任公司1前言超大型预埋件多用于重要结构或结构的重要部位及大型设备的基座部位等，预埋件水平度、轴线位置等安装精度要求较高，由于尺寸大、重量重、锚件多、钢筋密集等特点，使铁件加工、安装都比较困难。烟建集团有限公司在承建烟台来福士万吨固定桥式起重机工程施工过程中，因塔座顶板预埋件尺寸超大并需高位安装（最大单块铁板18800mm×2000mm×50mm，含锚件重18吨，安装高度70m），常规整体吊装及安装难以满足施工的需要。为此，烟建集团成立课题组，经广泛调研，反复论证并结合施工实际，总结出一套高位超大型预埋件高精度安装施工工法，即分块加工、分块吊装、高位合理施焊、分层浇筑，成功地控制了预埋件的安装精度，该工程于2007年11月通过竣工验收并已经投入使用，取得了明显的经济效益和社会效益。本工法于2008年1月被山东省建筑工程管理局、山东土木建筑学会评为省级工法，工法编号：LEGF-69-2007，并于2008年4月23日经山东省建筑工程管理局组织鉴定，鉴定结果为国内领先。2工法特点2.0.1-14- 超大型预埋件由于重量较重，尺寸较大，若考虑采用预埋件整体吊装的方法将会大幅度增加施工成本，同时吊装过程中铁件容易变形，铁件就位后移动困难且难以控制安装精度。本工法采用分块加工、预埋件钢板和锚件分开安装的方法，能利用现场现有垂直运输机械起重能力，避免投入大型专业吊装设备。2.0.2将预埋件的锚件与钢板分开安装，先安装定位锚件，分层浇筑将锚件固定于混凝土中，再安装预埋件钢板，最后浇筑钢板下混凝土。这种工艺能够在施工中逐步调整误差，从而较大程度地提高安装精度，保证高精度安装的要求。2.0.3应用数值模拟技术，采用有限元分析方法，选取合理的分块方案和焊接顺序，可以控制焊接变形，保证预埋件的平整度及轴线位移符合设计要求。2.0.4本工法采用了分块加工、分块吊装、合理施焊、不断纠偏的施工工艺，在高空环境下，有效地保证了超大型预埋件的安装精度，并加快了施工进度，降低了施工成本，使用效果良好。3适用范围本工法适用于工业与民用建筑中高空超大型预埋件高精度安装，如屋面钢结构预埋件、大型构筑物高位预埋件、大型设备基础预埋件等对铁件安装精度要求较高的工程，尤其适用于吊装高度较大的超大型预埋件高精度安装工程。4工艺原理基于“分块吊装”、“预埋件钢板和锚件分开安装”、“高位合理施焊”-14- 理念相结合的超大型预埋件高精度安装施工工艺，先将超大型预埋件钢板进行分块加工，并预留相关锚件安装及混凝土浇筑的孔洞；将锚件分别吊装到工作面，再用样板进行定位后浇筑混凝土固定；然后将分块后的钢板吊装就位，通过数值方法分析后，采用合理的顺序进行分块钢板之间的焊接以及钢板与锚件之间的焊接作业，并在焊接过程中不断纠偏；最后通过浇筑孔进行钢板下的混凝土浇筑。5施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程预埋件钢板分块、编号→预埋件钢板切割、开孔→锚件制作、安装→浇筑混凝土固定锚件→钢板吊装就位→锚件及各分块钢板焊接→混凝土浇筑5.2操作要点5.2.1预埋件钢板分块、编号根据现场结构使用要求和现场设备起重能力，将预埋件钢板分为若干块、统一编号，采用数控等离子切割机裁板，各分块之间留锯齿状或V形等其他形状槽口，槽口坡口要满足设计和焊接要求，保证焊接后等强连接的效果。分块首先要满足结构使用要求，切割线不应留置在钢板受力集中部位，同时尽量避开锚件以及钢板下钢筋较密集处，避开钢板表面的浇灌孔等其他预留孔。其次分块大小要满足起重能力要求，以降低工程成本。再次单块尺寸不宜过大，防止吊装过程中钢板因自重、风荷载或起吊方式而产生变形。-14- 分块切割线的位置和形状宜通过数值模拟计算确定，通过有限元程序模拟计算，选择合理的切割位置和切割线形状，减少钢板分块对整个预埋件受力的影响，同时通过模拟计算确定焊接顺序，防止因焊接变形的累计而影响预埋件的安装精度。图5.2.1分割后的钢板5.2.2预埋件钢板切割、开孔预埋件钢板表面要留置锚件焊接孔、混凝土浇灌孔、排气孔、振捣孔等。图5.2.2开孔后的钢板锚件焊接孔：根据图纸设计的锚件位置定位，其形状与锚件相同，锚件与钢板间空隙、坡口角度深度均要满足安装和焊接要求。混凝土浇灌孔：采用直径100mm的圆孔，根据浇筑方向留置，纵横间距不超过2米，钢筋、锚件较密集处要适当增加，浇灌孔可兼作振捣孔。排气孔：采用直径为20mm~50mm的圆孔，间距1m左右，锚件密集处、半闭合的锚件处需适当增加。钢板切割和开孔宜采用数控等离子切割机，以保证切割和开孔精度。5.2.3预埋件锚件制作安装1锚件制作：锚件按照设计图纸要求下料、加工和表面处理。2锚件的安装：1）制作样板：使用较薄钢板（厚度5mm~10mm）-14- 制作一块与超大型预埋件钢板同尺寸的样板，并根据超大型预埋件钢板的开孔位置及大小在薄钢板上开设锚件安装孔。2）安装样板：待结构施工至锚件安装标高后，首先完成钢筋施工，安装样板固定支架，然后将样板吊装于作业面上，根据设计图纸定位并临时固定。图5.2.3锚件安装后的图片3）安装锚件：将各种锚件依次吊装、安装于该样板的预留孔内并加固。5.2.4浇筑混凝土固定锚件对已安装完毕的锚件进行验收，合格后用角钢等材料进行焊接固定。然后拆除样板，浇筑混凝土到铁件顶面以下1m左右，以固定所有锚件。5.2.5钢板吊装就位将分块后的预埋件钢板依次吊装就位于锚件上，利用锚件初步定位钢板的轴线位置、标高及水平位置。离吊装设备较远处的预埋件钢板，可采用铺设滑道、铰链牵引的方式移动就位。待锚件均位于钢板预留孔内后，校对和调整预埋件钢板轴线位置和水平度，并临时固定。图5.2.5-1利用塔吊吊装钢板图5.2.5利用桅杆移动钢板5.2.6锚件及各分块钢板焊接-14- 应采用数值模拟的方法选择合理的焊接顺序和焊接参数，以控制温度应力和焊接变形。焊接前先将预埋件钢板与锚件点焊连接，在钢板分块处用2~3块薄钢板临时焊接连接，并将坡口处打磨干净。焊接采用自动焊和手工焊，分层焊接。焊接顺序和焊接速度应严格执行数值模拟所确定的方案。焊接过程中应定时校对水平度和轴线位置。所有焊接作业完成以后，应组织对预埋件钢板的水平度和轴线偏差进行验收，合格后才可以进行下道工序。5.2.7混凝土浇筑1应选用高流态、低水灰比的混凝土，并添加一定比例的膨胀剂。2混凝土浇筑应自预埋件锚件较密集处向锚件较少处推移，保证钢板下混凝土浇筑密实。3配备足够的振捣器具，使入模的混凝土能及时被振捣密实；为防止漏振，坚持分层振捣，采用二次振捣工艺，以提高混凝土密实度和预埋件与混凝土间紧密结合。图5.2.7浇筑钢板下的混凝土6材料与设备本工法无需特别说明的材料，采用的主要设备说明如下：6.0.1钢板切割设备宜采用数控等离子切割机。6.0.2焊接设备可采用CO2气体保护弧焊机。6.0.3钢板吊装设备因地制宜，充分利用结构施工的塔吊，若现场设备不能满足要求，同时钢板又不允许分块较多，可采用增加拔杆等低成本方式吊装。6.0.4-14- 结构支模、钢筋安装、混凝土拌制、运输、浇筑等所需的机具设备，可根据不同工程对象按常规施工要求设置。7质量控制7.1工程质量控制标准预埋件安装质量标准应满足下表要求，并同时满足现行施工规范中的有关规定及设计要求。预埋件安装允许偏差项目允许偏差(mm)预埋钢板中心线位置5预埋件平整度5预埋管、预留孔中心线位置5预埋螺栓中心线位置5外露长度+10,0预留洞中心线位置10尺寸+10,07.2质量控制要点：焊接变形控制7.2.1焊接过程中产生变形的主要原因与温度梯度、温度应力与板材厚度和结构刚度有关,板材越厚，结构刚度越大，变形越大。施工开始前，应采用数值模拟的方法选择合理的分块参数和焊接参数，形成详细的施工方案，并严格按施工方案进行施工。7.2.2焊接前先将钢板与锚件点焊连接，分块处用2～3块薄钢板焊接连接。分层施焊，每焊完一道焊缝应及时进行敲渣并锤击焊缝．以减少焊接应力。焊接过程中应随时校正水平度和轴线尺寸。-14- 7.2.3角焊缝应优先采用埋弧焊或气体保护焊（CO2气体保护焊或混合气体保护焊）。气体保护电弧焊焊丝宜采用船用焊丝，如大西洋ER50-6船用焊丝，保护气体为CO2或Ar+CO2，电流极性为直流反接。用混合气体焊接后，其力学性能冲击功比CO2气体保护焊的更好；焊接时飞溅小，焊缝成形美观。也可采用药芯焊丝焊接。7.2.4采用多层多道施焊工艺方法，手工电弧焊焊条应在使用前烘干并存放在保温筒内使用。7.2.5为避免焊接过程产生裂纹及脆性断裂，对焊接区域应先进行预热，如钢板材质为Q345，预热应符合以下要求：1当焊接环境温度不低于0℃时；板厚在30mm～50mm的范围内其预热温度为100℃。2当焊接环境温度在0℃以下时；板厚在6mm～16mm范围内焊接时环境温度低于-10℃，其预热温度均为120℃～150℃。3当焊接环境温度在0℃以下时；板厚大于16mm～24mm范围内焊接时环境温度低于-5℃，其预热温度均为120℃～150℃。4当焊接环境温度在0℃以下时；板厚大于24mm，其预热温度均为120℃～150℃。7.2.6局部预热时，预热的范围为焊缝两侧各不小于钢材厚度的3倍，且不得小于100mm。预热温度的测量点，钢材厚度小于或等于50mm时，距离焊缝两侧各为4倍钢材厚度，最大为50mm处。-14- 7.2.7需要预热的板件在整个焊接过程中应不低于预热温度。对于要求预热焊接的板材，焊后均应采取缓冷措施（如用石棉布等保温材料覆盖）。7.2.8顶板混凝土浇筑完毕14天后，检查钢板与混凝土的结合程度，必要时对钢板表面钻孔取样，观察钢板与混凝土间结合情况。如存在结合不好的情况，可采取高压注浆处理，在钢板表面钻间距600mm×600mm呈梅花状布置的圆孔，圆孔直径25mm。利用钻好的圆孔进行高压注浆，材料采用C80灌浆料。注浆前先用高压气体将孔内吹干，不允许孔内有积水和杂物。注浆时加压要均匀，在对每个孔注浆时需观察有邻近孔内开始冒浆时才能停止该孔注浆，同时立即用木楔（包布）将已注完浆的孔封闭。8安全措施8.0.1认真贯彻“安全第一，预防为主”的方针，根据国家有关规定、条例，结合施工单位实际情况和工程的具体特点，组成专职安全员和班组兼职安全员以及工地安全用电负责人参加的安全生产管理网络，执行安全生产责任制，明确各级人员的职责，抓好工程的安全生产。8.0.2施工现场按符合防火、防风、防雷、防洪、防触电等安全规定及安全施工要求进行布置，并完善布置各种安全标识。8.0.3-14- 各类房屋、车库、料场等的消防安全距离做到符合公安部门的规定，室内不堆放易燃品；严格做到不在木工加工场、料库等处吸烟；随时清除现场的易燃杂物；不在有火种的场所或其近旁堆放生产物资。8.0.4氧气瓶与乙炔瓶隔离存放，严格保证氧气瓶不沾染油脂、乙炔发生器有防止回火的安全装置。8.0.5施工现场的临时用电严格按照《施工现场临时用电安全技术规范》的有关规范规定执行。8.0.6电缆线路应采用“三相五线”接线方式，电气设备和电气线路必须绝缘良好，场内架设的电力线路其悬挂高度和线间距除按安全规定要求进行外，将其布置在专用电杆上。8.0.7吊装施工中严格按照以下要求进行1绑扎构件的吊索需经过计算，绑扎方法应正确牢靠。所有起重工具应定期检查。起重机的吊钩和吊环严禁补焊。当吊钩吊环表面有裂纹、严重磨损或危险断面有永久变形时应予更换。2禁止在六级风、浓雾等恶劣气候的情况下进行吊装作业。3起重吊装的指挥人员必须持证上岗，作业时应与起重机驾驶员密切配合，执行规定的指挥信号。驾驶员应听从指挥，当信号不清或错误时，驾驶员可拒绝执行。4严禁起吊重物长时间悬挂在空中，作业中遇突发故障，应采取措施将重物降落到安全地方，并关闭发动机或切断电源后进行检修。在突然停电时，应立即把所有控制器拨到零位，断开电源总开关，并采取措施使重物降到地面。-14- 5设置吊装禁区，禁止与吊装作业无关的人员入内。地面操作人员，应尽量避免在高空作业面的正下方停留或通过，也不得在起重机的起重臂或正在吊装的构件下停留或通过。6构件安装后，必须检查连接质量，只有连接确实安全可靠，才能松钩或拆除临时固定工具。8.0.8围护架及操作平台应按照规范搭设，操作面满铺脚手板，外侧设挡脚板和两道护身栏杆，板下面挂设安全网。8.0.9电焊过程中的注意事项1电气焊工上岗，必须持有上岗证，上岗前进行消防安全培训。2电气焊工上岗必须携带小型灭火器，以便发生火险，及时扑救。应采取严密防护措施，严禁熔珠溅落到易燃物品上。3电气焊工焊、割作业结束后，必须及时彻底清理现场，消除遗留下来的火种。4电气焊工了解现场情况，焊、割单位附近堆有易燃易爆物品。必须采取有效安全措施，方可施工。5在高处用气割或电焊切割时，应采取措施，防止火花落下伤人。6电焊作业过程中，要注意做好操作工人的劳动安全保护工作。8.0.10建立完善的施工安全保证体系，加强施工作业中的安全检查，确保作业标准化、规范化。-14- 9环保措施9.0.1成立对应的施工环境卫生管理机构，在工程施工过程中严格遵守国家和地方政府下发的有关环境保护的法律、法规和规章，加强对施工燃油、工程材料、设备、废水、生产生活垃圾、弃渣的控制和治理，遵守有防火及废弃物处理的规章制度，做好交通环境疏导，充分满足便民要求，认真接受城市交通管理，随时接受相关单位的监督检查。9.0.2将施工场地和作业限制在工程建设允许的范围内，合理布置、规范围挡，做到标牌清楚、齐全，各种标识醒目，施工场地整洁文明。9.0.3对施工中可能影响到的各种公共设施制定可靠的防止损失的实施措施，加强实施中的检测、应对和验证。同时，将相关方案和要求向全体施工人员详细交底。9.0.4定期将工程废弃物按工程建设指定的地点和方案进行合理堆放和处治。9.0.5优先选用先进的环保机械。采取设立隔音墙、隔音罩等消音措施降低施工噪音到允许值以下，同时尽可能避免夜间施工。9.0.6对施工场地道路进行硬化，并在晴天经常对施工通行道路进行洒水，防止尘土飞扬，污染周围环境。9.0.7现场绿化，在现场未做硬化的空余场地进行规划，种植四季常绿花木，以美化环境、陶冶情操。9.0.8禁止在施工现场焚烧废旧材料、有毒、有害和有恶臭气味的物质。-14- 9.0.9工地厕所采用水冲式，并由专人负责清扫，确保卫生清洁。工地现场的生活垃圾、建筑垃圾定期清理，送至政府指定的垃圾场。9.0.10现场做到材料成品堆放整齐，所有作业人员均要加强和提高成品保护意识，现场已完成的成品、半成品设专人看管，防止损坏与污染；另外现场建立节水措施，消灭长流水，长明灯现象。10效益分析10.0.1我们采用分块加工、分块吊装，先定位锚件再浇筑混凝土固定锚件，最后分块安装钢板并合理施焊的施工工艺，减少了焊接变形，保证了等强度连接，有效控制了安装精度，取得了一定的经济效益和社会效益。10.0.2本工法通过预埋件钢板分块加工，分块吊装，因地制宜地利用现场起重设备安装超大型预埋件，使现场钢筋、模板等各工序得到了更好的衔接穿插，减少了工序之间的间歇期，并使现场的劳力能够连续性进行作业，有效的加快了施工进度。本工程采用此工艺后，主体结构封顶时间比计划工期（320天）提前了30天。可节约模板支撑材料费用：模板支撑脚手架钢管，节约租赁费用21万元；节约扣件租赁费用5万元。减少窝工1200工日，共节约人工费1200工日×50元/天=6万元；减少高峰期人员总数，节约临建设施一次性投入2万元；节约项目管理费用（管理人员工资+管理费）：1.2万元/天×30天=36万元（含业主、监理）；使业主提前30天投入使用提升横梁，产生效益约400万元。10.0.3-14- 本工法对当前工业与民用建筑中的高位超大型预埋件的安装方法及安装精度控制提供了成功的实践经验，具有明显的社会效益。11应用实例烟台来福士万吨固定桥式起重机工程，J-4顶板尺寸为30.6×8.6×4m，混凝土强度C50，M-D预埋件尺寸18800×2000×50mm，含锚件重18吨，锚件主要为400×400×40×40mm焊接H型钢（长度2.8m）、辅助锚件为L160×16角钢、HRB400钢筋，安装高度70m，预埋件水平度允许偏差+5mm，轴线允许偏差+5mm。M-D预埋件分三块吊装，长度分别为6.2m、6m、6.6m，钢板表面预留锚件孔、浇灌孔、排气孔，各预留孔均为半坡口，各分块处为全坡口。预埋件采用数控等离子切割机加工、6t拔杆吊装、全站仪定位、CO2气体保护弧焊焊接工艺，混凝土分两次浇筑完成。效果验证：预埋件安装水平度及轴线偏差均控制在+5mm内，使用效果良好，万吨起重机已经投入使用。-14-'