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超大型預(yù)埋件高精度安裝施工工法XX集團股份有限公司 中國中鐵建設(shè)（集團）有限責任公司1 前言樓蘭雙塔跳樓機設(shè)備的立柱塔基礎(chǔ)和卷揚機基礎(chǔ)超大型預(yù)埋件多用于重要結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的重要部位及大型設(shè)備的基座部位等，預(yù)埋件水平度、軸線位置等安裝精度要求較高，由于尺寸大、重量重、錨件多、鋼筋密集、安裝空間狹小等特點，使鐵件加工、安裝都比較困難。中國中鐵建設(shè)集團有限公司在長影海南“環(huán)球100”項目中國區(qū)10#樓的起重機工程施工過程中，因塔座頂板預(yù)埋件尺寸超大并需高位安裝（立柱塔最大單塊鐵板3220 mm2900 mm3210mm，含錨件重8.9噸，垂直度要求0.5/1000mm以內(nèi)，卷揚機最大單塊鐵板8358mmX3000mmX45mm，含錨件重8.8噸，垂直度要求0.5/1000mm以內(nèi)），整套設(shè)備是意大利進口的，安裝精度和安裝間隙很小，在室內(nèi)安裝空間受到限制，常規(guī)整體吊裝及安裝難以滿足施工的需要。為此，中鐵建集團成立課題組，經(jīng)廣泛調(diào)研，反復論證并結(jié)合施工實際，總結(jié)出一套超大型預(yù)埋件高精度安裝施工工法，即分塊加工、分塊吊裝、高位合理施焊、分層澆筑，成功地控制了預(yù)埋件的安裝精度，該工程于2016年5月8日通過竣工驗收并已經(jīng)投入使用，取得了明顯的經(jīng)濟效益和社會效益。2 工法特點2.0.1 超大型預(yù)埋件由于重量較重，尺寸較大，若考慮采用預(yù)埋件整體吊裝的方法將會大幅度增加施工成本，同時吊裝過程中鐵件容易變形，鐵件就位后移動困難且難以控制安裝精度。本工法采用分塊加工、預(yù)埋件鋼板和錨件分開安裝的方法，能利用現(xiàn)場現(xiàn)有垂直運輸機械起重能力，避免投入大型專業(yè)吊裝設(shè)備。2.0.2 將預(yù)埋件的錨件與鋼板分開安裝，先安裝定位錨件，采用26#鋼筋加長雙面搭焊，將每件錨螺栓固定在承臺結(jié)構(gòu)鋼筋網(wǎng)格上，分層澆筑,將8根740mm*M24錨件按尺寸固定于混凝土中，預(yù)留低于錨螺栓上部250300mm先進行一次灌漿承臺，等待硬度達到75%后，再安裝預(yù)埋件鋼板基礎(chǔ)底座，采用4個10噸的液壓千斤頂支撐調(diào)整機座水平和垂直度達到安裝要求，加強基礎(chǔ)底座焊接加固，最后澆筑鋼板下混凝土。這種工藝能夠在施工中逐步調(diào)整誤差，在每個環(huán)節(jié)中不斷進行測量和矯正，從而較大程度地提高安裝精度，保證高精度安裝的要求。2.0.3 應(yīng)用數(shù)值模擬技術(shù)，采用有限元分析方法，選取合理的分塊方案和焊接順序，可以控制焊接變形，保證預(yù)埋件的平整度及軸線位移符合設(shè)計要求。2.0.4 本工法采用了分塊加工、分塊吊裝、合理施焊、不斷糾偏的施工工藝，在高空環(huán)境下，有效地保證了超大型預(yù)埋件的安裝精度，并加快了施工進度，降低了施工成本，使用效果良好。 3 適用范圍本工法適用于工業(yè)與民用建筑中超大型預(yù)埋件高精度安裝，如屋面鋼結(jié)構(gòu)預(yù)埋件、大型構(gòu)筑物高位預(yù)埋件、大型設(shè)備基礎(chǔ)預(yù)埋件等對鐵件安裝精度要求較高的工程，尤其適用于吊裝高度較大的超大型預(yù)埋件高精度安裝工程。4 工藝原理 基于“分塊吊裝”、“預(yù)埋件鋼板和錨件分開安裝”、“合理施焊”理念相結(jié)合的超大型預(yù)埋件高精度安裝施工工藝，先將超大型預(yù)埋件鋼板進行分塊加工，并預(yù)留相關(guān)錨件安裝及混凝土澆筑的孔洞；將錨件分別吊裝到工作面，再用樣板進行定位后澆筑混凝土固定；然后將分塊后的鋼板吊裝就位，通過數(shù)值方法分析后，采用合理的順序進行分塊鋼板之間的焊接以及鋼板與錨件之間的焊接作業(yè)，并在焊接過程中不斷糾偏；最后通過澆筑孔進行鋼板下的混凝土澆筑。5 施工工藝流程及操作要點5.1 施工工藝流程預(yù)埋件鋼板分塊、編號預(yù)埋件鋼板切割、開孔錨件制作、安裝澆筑混凝土固定錨件鋼板吊裝就位錨件及各分塊鋼板焊接混凝土澆筑5.2 操作要點5.2.1 預(yù)埋件鋼板分塊、編號 根據(jù)現(xiàn)場結(jié)構(gòu)使用要求和現(xiàn)場設(shè)備起重能力，將預(yù)埋件鋼板分為若干塊、統(tǒng)一編號，采用數(shù)控等離子切割機裁板，各分塊之間留鋸齒狀或V形等其他形狀槽口，槽口坡口要滿足設(shè)計和焊接要求，保證焊接后等強連接的效果。分塊首先要滿足結(jié)構(gòu)使用要求，切割線不應(yīng)留置在鋼板受力集中部位，同時盡量避開錨件以及鋼板下鋼筋較密集處，避開鋼板表面的澆灌孔等其他預(yù)留孔。其次分塊大小要滿足起重能力要求，以降低工程成本。再次單塊尺寸不宜過大，防止吊裝過程中鋼板因自重、風荷載或起吊方式而產(chǎn)生變形。分塊切割線的位置和形狀宜通過數(shù)值模擬計算確定，通過有限元程序模擬計算，選擇合理的切割位置和切割線形狀，減少鋼板分塊對整個預(yù)埋件受力的影響，同時通過模擬計算確定焊接順序，防止因焊接變形的累計而影響預(yù)埋件的安裝精度。圖5.2.1 分割后的卷揚機鋼板5.2.2 預(yù)埋件鋼板切割、開孔 預(yù)埋件鋼板表面要留置錨件焊接孔、混凝土澆灌孔、排氣孔、振搗孔等。圖5.2.2 開孔后的鋼板錨件焊接孔：根據(jù)圖紙設(shè)計的錨件位置定位，其形狀與錨件相同，錨件與鋼板間空隙、坡口角度深度均要滿足安裝和焊接要求?；炷翝补嗫祝翰捎弥睆?00mm的圓孔，根據(jù)澆筑方向留置，縱橫間距不超過2米，鋼筋、錨件較密集處要適當增加，澆灌孔可兼作振搗孔。排氣孔：采用直徑為20mm50mm的圓孔，間距1m左右，錨件密集處、半閉合的錨件處需適當增加。鋼板切割和開孔宜采用數(shù)控等離子切割機，以保證切割和開孔精度。5.2.3 預(yù)埋件錨件制作安裝1 錨件制作：錨件按照設(shè)計圖紙要求下料、加工和表面處理。 2 錨件的安裝：1）制作樣板：使用較薄鋼板（厚度5mm10mm）制作一塊與超大型預(yù)埋件鋼板同尺寸的樣板，并根據(jù)超大型預(yù)埋件鋼板的開孔位置及大小在薄鋼板上開設(shè)錨件安裝孔。2）安裝樣板：待結(jié)構(gòu)施工至錨件安裝標高后，首先完成鋼筋施工，安裝樣板固定支架，然后將樣板吊裝于作業(yè)面上，根據(jù)設(shè)計圖紙定位并臨時固定。圖5.2.3 錨件安裝后的圖片3）安裝錨件：將各種錨件依次吊裝、安裝于該樣板的預(yù)留孔內(nèi)并加固。5.2.4 澆筑混凝土固定錨件對已安裝完畢的錨件進行驗收，合格后用角鋼等材料進行焊接固定。然后拆除樣板，澆筑混凝土到鐵件頂面以下1m左右，以固定所有錨件。 5.2.5 鋼板吊裝就位將分塊后的預(yù)埋件鋼板依次吊裝就位于錨件上，利用錨件初步定位鋼板的軸線位置、標高及水平位置。離吊裝設(shè)備較遠處的預(yù)埋件鋼板，可采用鋪設(shè)滑道、鉸鏈牽引的方式移動就位。待錨件均位于鋼板預(yù)留孔內(nèi)后，校對和調(diào)整預(yù)埋件鋼板軸線位置和水平度，并臨時固定。圖5.2.5-1 利用塔吊吊裝鋼板圖5.2.5 利用桅桿移動鋼板5.2.6 錨件及各分塊鋼板焊接 應(yīng)采用數(shù)值模擬的方法選擇合理的焊接順序和焊接參數(shù)，以控制溫度應(yīng)力和焊接變形。焊接前先將預(yù)埋件鋼板與錨件點焊連接，在鋼板分塊處用23塊薄鋼板臨時焊接連接，并將坡口處打磨干凈。焊接采用自動焊和手工焊，分層焊接。焊接順序和焊接速度應(yīng)嚴格執(zhí)行數(shù)值模擬所確定的方案。焊接過程中應(yīng)定時校對水平度和軸線位置。所有焊接作業(yè)完成以后，應(yīng)組織對預(yù)埋件鋼板的水平度和軸線偏差進行驗收，合格后才可以進行下道工序。5.2.7 混凝土澆筑1 應(yīng)選用高流態(tài)、低水灰比的混凝土，并添加一定比例的膨脹劑。2 混凝土澆筑應(yīng)自預(yù)埋件錨件較密集處向錨件較少處推移，保證鋼板下混凝土澆筑密實。3 配備足夠的振搗器具，使入模的混凝土能及時被振搗密實；為防止漏振，堅持分層振搗，采用二次振搗工藝，以提高混凝土密實度和預(yù)埋件與混凝土間緊密結(jié)合。圖5.2.7 澆筑鋼板下的混凝土6 材料與設(shè)備本工法無需特別說明的材料，采用的主要設(shè)備說明如下：6.0.1 鋼板切割設(shè)備宜采用數(shù)控等離子切割機。 6.0.2 焊接設(shè)備可采用CO2氣體保護弧焊機。6.0.3 鋼板吊裝設(shè)備因地制宜，充分利用結(jié)構(gòu)施工的塔吊，若現(xiàn)場設(shè)備不能滿足要求，同時鋼板又不允許分塊較多，可采用增加拔桿等低成本方式吊裝。6.0.4 結(jié)構(gòu)支模、鋼筋安裝、混凝土拌制、運輸、澆筑等所需的機具設(shè)備，可根據(jù)不同工程對象按常規(guī)施工要求設(shè)置。7 質(zhì)量控制7.1 工程質(zhì)量控制標準預(yù)埋件安裝質(zhì)量標準應(yīng)滿足下表要求，并同時滿足現(xiàn)行施工規(guī)范中的有關(guān)規(guī)定及設(shè)計要求。預(yù)埋件安裝允許偏差項目允許偏差(mm)預(yù)埋鋼板中心線位置2預(yù)埋件平整度2預(yù)埋管、預(yù)留孔中心線位置2預(yù)埋螺栓中心線位置1外露長度+5,0預(yù)留洞中心線位置3尺 寸+3,07.2 質(zhì)量控制要點：焊接變形控制7.2.1 焊接過程中產(chǎn)生變形的主要原因與溫度梯度、溫度應(yīng)力與板材厚度和結(jié)構(gòu)剛度有關(guān),板材越厚，結(jié)構(gòu)剛度越大，變形越大。施工開始前，應(yīng)采用數(shù)值模擬的方法選擇合理的分塊參數(shù)和焊接參數(shù)，形成詳細的施工方案，并嚴格按施工方案進行施工。7.2.2 焊接前先將鋼板與錨件點焊連接，分塊處用23塊薄鋼板焊接連接。分層施焊，每焊完一道焊縫應(yīng)及時進行敲渣并錘擊焊縫以減少焊接應(yīng)力。焊接過程中應(yīng)隨時校正水平度和軸線尺寸。7.2.3 角焊縫應(yīng)優(yōu)先采用埋弧焊或氣體保護焊（CO2氣體保護焊或混合氣體保護焊）。氣體保護電弧焊焊絲宜采用船用焊絲，如大西洋ER50-6船用焊絲，保護氣體為CO2或Ar+CO2，電流極性為直流反接。用混合氣體焊接后，其力學性能沖擊功比CO2氣體保護焊的更好；焊接時飛濺小，焊縫成形美觀。也可采用藥芯焊絲焊接。7.2.4 采用多層多道施焊工藝方法，手工電弧焊焊條應(yīng)在使用前烘干并存放在保溫筒內(nèi)使用。7.2.5 為避免焊接過程產(chǎn)生裂紋及脆性斷裂，對焊接區(qū)域應(yīng)先進行預(yù)熱，如鋼板材質(zhì)為Q345B，預(yù)熱應(yīng)符合以下要求： 1 當焊接環(huán)境溫度不低于0時；板厚在30mm50mm的范圍內(nèi)其預(yù)熱溫度為100。2 當焊接環(huán)境溫度在0以下時；板厚在6mm16mm范圍內(nèi)焊接時環(huán)境溫度低于-10，其預(yù)熱溫度均為120150。3 當焊接環(huán)境溫度在0以下時；板厚大于16mm24mm范圍內(nèi)焊接時環(huán)境溫度低于-5，其預(yù)熱溫度均為120150。4 當焊接環(huán)境溫度在0以下時；板厚大于24mm，其預(yù)熱溫度均為120150。7.2.6 局部預(yù)熱時，預(yù)熱的范圍為焊縫兩側(cè)各不小于鋼材厚度的3倍，且不得小于100mm。預(yù)熱溫度的測量點，鋼材厚度小于或等于50mm時，距離焊縫兩側(cè)各為4倍鋼材厚度，最大為50mm處。7.2.7 需要預(yù)熱的板件在整個焊接過程中應(yīng)不低于預(yù)熱溫度。對于要求預(yù)熱焊接的板材，焊后均應(yīng)采取緩冷措施（如用石棉布等保溫材料覆蓋）。7.2.8 頂板混凝土澆筑完畢14天后，檢查鋼板與混凝土的結(jié)合程度，必要時對鋼板表面鉆孔取樣，觀察鋼板與混凝土間結(jié)合情況。如存在結(jié)合不好的情況，可采取高壓注漿處理，在鋼板表面鉆間距600mm600mm呈梅花狀布置的圓孔，圓孔直徑25mm。利用鉆好的圓孔進行高壓注漿，材料采用C80灌漿料。注漿前先用高壓氣體將孔內(nèi)吹干，不允許孔內(nèi)有積水和雜物。注漿時加壓要均勻，在對每個孔注漿時需觀察有鄰近孔內(nèi)開始冒漿時才能停止該孔注漿，同時立即用木楔（包布）將已注完漿的孔封閉。8 安全措施8.0.1 認真貫徹“安全第一，預(yù)防為主”的方針，根據(jù)國家有關(guān)規(guī)定、條例，結(jié)合施工單位實際情況和工程的具體特點，組成專職安全員和班組兼職安全員以及工地安全用電負責人參加的安全生產(chǎn)管理網(wǎng)絡(luò)，執(zhí)行安全生產(chǎn)責任制，明確各級人員的職責，抓好工程的安全生產(chǎn)。8.0.2 施工現(xiàn)場按符合防火、防風、防雷、防洪、防觸電等安全規(guī)定及安全施工要求進行布置，并完善布置各種安全標識。8.0.3 各類房屋、車庫、料場等的消防安全距離做到符合公安部門的規(guī)定，室內(nèi)不堆放易燃品；嚴格做到不在木工加工場、料庫等處吸煙；隨時清除現(xiàn)場的易燃雜物；不在有火種的場所或其近旁堆放生產(chǎn)物資。8.0.4 氧氣瓶與乙炔瓶隔離存放，嚴格保證氧氣瓶不沾染油脂、乙炔發(fā)生器有防止回火的安全裝置。8.0.5 施工現(xiàn)場的臨時用電嚴格按照施工現(xiàn)場臨時用電安全技術(shù)規(guī)范的有關(guān)規(guī)范規(guī)定執(zhí)行。8.0.6 電纜線路應(yīng)采用“三相五線”接線方式，電氣設(shè)備和電氣線路必須絕緣良好，場內(nèi)架設(shè)的電力線路其懸掛高度和線間距除按安全規(guī)定要求進行外，將其布置在專用電桿上。8.0.7 吊裝施工中嚴格按照以下要求進行1 綁扎構(gòu)件的吊索需經(jīng)過計算，綁扎方法應(yīng)正確牢靠。所有起重工具應(yīng)定期檢查。起重機的吊鉤和吊環(huán)嚴禁補焊。當?shù)蹉^吊環(huán)表面有裂紋、嚴重磨損或危險斷面有永久變形時應(yīng)予更換。2 禁止在六級風、濃霧等惡劣氣候的情況下進行吊裝作業(yè)。3 起重吊裝的指揮人員必須持證上崗，作業(yè)時應(yīng)與起重機駕駛員密切配合，執(zhí)行規(guī)定的指揮信號。駕駛員應(yīng)聽從指揮，當信號不清或錯誤時，駕駛員可拒絕執(zhí)行。4 嚴禁起吊重物長時間懸掛在空中，作業(yè)中遇突發(fā)故障，應(yīng)采取措施將重物降落到安全地方，并關(guān)閉發(fā)動機或切斷電源后進行檢修。在突然停電時，應(yīng)立即把所有控制器撥到零位，斷開電源總開關(guān)，并采取措施使重物降到地面。5 設(shè)置吊裝禁區(qū)，禁止與吊裝作業(yè)無關(guān)的人員入內(nèi)。地面操作人員，應(yīng)盡量避免在高空作業(yè)面的正下方停留或通過，也不得在起重機的起重臂或正在吊裝的構(gòu)件下停留或通過。6 構(gòu)件安裝后，必須檢查連接質(zhì)量，只有連接確實安全可靠，才能松鉤或拆除臨時固定工具。8.0.8 圍護架及操作平臺應(yīng)按照規(guī)范搭設(shè)，操作面滿鋪腳手板，外側(cè)設(shè)擋腳板和兩道護身欄桿，板下面掛設(shè)安全網(wǎng)。8.0.9 電焊過程中的注意事項1 電氣焊工上崗，必須持有上崗證，上崗前進行消防安全培訓。2 電氣焊工上崗必須攜帶小型滅火器，以便發(fā)生火險，及時撲救。應(yīng)采取嚴密防護措施，嚴禁熔珠濺落到易燃物品上。3 電氣焊工焊、割作業(yè)結(jié)束后，必須及時徹底清理現(xiàn)場，消除遺留下來的火種。4 電氣焊工了解現(xiàn)場情況，焊、割單位附近堆有易燃易爆物品。必須采取有效安全措施，方可施工。5 在高處用氣割或電焊切割時，應(yīng)采取措施，防止火花落下傷人。6 電焊作業(yè)過程中，要注意做好操作工人的勞動安全保護工作。8.0.10 建立完善的施工安全保證體系，加強施工作業(yè)中的安全檢查，確保作業(yè)標準化、規(guī)范化。9 環(huán)保措施9.0.1 成立對應(yīng)的施工環(huán)境衛(wèi)生管理機構(gòu)，在工程施工過程中嚴格遵守國家和地方政府下發(fā)的有關(guān)環(huán)境保護的法律、法規(guī)和規(guī)章，加強對施工燃油、工程材料、設(shè)備、廢水、生產(chǎn)生活垃圾、棄渣的控制和治理，遵守有防火及廢棄物處理的規(guī)章制度，做好交通環(huán)境疏導，充分滿足便民要求，認真接受城市交通管理，隨時接受相關(guān)單位的監(jiān)督檢查。9.0.2 將施工場地和作業(yè)限制在工程建設(shè)允許的范圍內(nèi)，合理布置、規(guī)范圍擋，做到標牌清楚、齊全，各種標識醒目，施工場地整潔文明。9.0.3 對施工中可能影響到的各種公共設(shè)施制定可靠的防止損失的實施措施，加強實施中的檢測、應(yīng)對和驗證。同時，將相關(guān)方案和要求向全體施工人員詳細交底。9.0.4 定期將工程廢棄物按工程建設(shè)指定的地點和方案進行合理堆放和處治。9.0.5 優(yōu)先選用先進的環(huán)保機械。采取設(shè)立隔音墻、隔音罩等消音措施降低施工噪音到允許值以下，同時盡可能避免夜間施工。9.0.6 對施工場地道路進行硬化，并在晴天經(jīng)常對施工通行道路進行灑水，防止塵土飛揚，污染周圍環(huán)境。9.0.7 現(xiàn)場綠化，在現(xiàn)場未做硬化的空余場地進行規(guī)劃，種植四季常綠花木，以美化環(huán)境、陶冶情操。9.0.8 禁止在施工現(xiàn)場焚燒廢舊材料、有毒、有害和有惡臭氣味的物質(zhì)。9.0.9 工地廁所采用水沖式，并由專人負責清掃，確保衛(wèi)生清潔。工地現(xiàn)場的生活垃圾、建筑垃圾定期清理，送至政府指定的垃圾場。9.0.10 現(xiàn)場做到材料成品堆放整齊，所有作業(yè)人員均要加強和提高成品保護意識，現(xiàn)場已完成的成品、半成品設(shè)專人看管，防止損壞與污染；另外現(xiàn)場建立節(jié)水措施，消滅長流水，長明燈現(xiàn)象。10 效益分析10.0.1 我們采用分塊加工、分塊吊裝，先定位錨件再澆筑混凝土固定錨件，最后分塊安裝鋼板并合理施焊的施工工藝，減少了焊接變形，保證了等強度連接，有效控制了安裝精度，取得了一定的經(jīng)濟效益和社會效益。10.0.2 本工法通過預(yù)埋件鋼板分塊加工