跨海大橋海中平臺(tái)和觀光塔施工方案對(duì)比

跨海大橋海中平臺(tái)和觀光塔施工方案對(duì)比

1工程平臺(tái)建設(shè)杭州的海橋全長(zhǎng)36公里。海中平臺(tái)位于跨海大橋南航道橋以南約1.7km,下游150m處,距南岸14km,整個(gè)工程平臺(tái)包括平臺(tái)房、觀光塔以及連接棧橋三部分(見(jiàn)圖1)。平臺(tái)房建筑面積為36616m2,共6層,建筑高度24m。主體結(jié)構(gòu)采用鋼框架支撐體系,屋蓋采用空間多層網(wǎng)架(見(jiàn)圖2)。觀光塔位于海中平臺(tái)東側(cè),總建筑面積5100m2,共16層,建筑高度為145.6m,塔體采用鋼管框架-核心筒結(jié)構(gòu)體系,由圍繞塔心的內(nèi)外兩圈鋼管柱構(gòu)成(見(jiàn)圖3)。2施工工藝分析1)海上環(huán)境多變,有效作業(yè)時(shí)間短,工期緊。2)施工過(guò)程中平均梯度風(fēng)速達(dá)到7.7m/s,陣風(fēng)超過(guò)手工電弧焊的環(huán)境要求,嚴(yán)重影響現(xiàn)場(chǎng)焊接質(zhì)量;氣候潮濕,空氣中水汽含量較高,使焊縫中出現(xiàn)氣孔的幾率增大;空氣中氯離子含量大,構(gòu)件易生銹,焊接質(zhì)量控制難度大。3)觀光塔高145.6m,屬超高塔桅結(jié)構(gòu),且緊鄰大海,測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)建立難度大,施工測(cè)量困難,需要借助GPS等先進(jìn)手段進(jìn)行測(cè)量。4)海上作業(yè)時(shí)有大風(fēng)、大霧、大雨等惡劣天氣,鋼構(gòu)件垂直運(yùn)輸機(jī)械選擇、布置難度大,同時(shí)構(gòu)件吊裝階段的穩(wěn)定控制要求高。5)該地區(qū)全年平均風(fēng)速3m/s左右,60m高程處的梯度平均風(fēng)速達(dá)7.7m/s,最大風(fēng)速24.8m/s,極大風(fēng)速30.4m/s;每年7~9月份為該地區(qū)臺(tái)風(fēng)多發(fā)時(shí)間段,平均每年2.56個(gè),臺(tái)風(fēng)影響時(shí)風(fēng)力在八級(jí)以上,這些都嚴(yán)重影響起重吊裝機(jī)械高空作業(yè)人員、構(gòu)件吊裝、臨時(shí)設(shè)施及臨時(shí)連接構(gòu)件的安全。6)該地區(qū)任何時(shí)候都可能出現(xiàn)降雨,3~7月、9月為降雨多發(fā)期,全年平均濕度81%~82%,平均氣溫16℃,最高氣溫28.3℃,極端最高溫度達(dá)39℃,如何做好高溫、雨季等季節(jié)性施工措施是本工程施工中的一個(gè)難點(diǎn)。7)海中平臺(tái)建筑布置緊湊,周邊僅有環(huán)形消防車道可供施工利用;四面海水環(huán)繞,僅西側(cè)有匝道與主橋連接,現(xiàn)場(chǎng)空地率不到15%,現(xiàn)場(chǎng)的物流組織、施工平面布置等施工總體組織部署難度很大。3施工方案的選擇3.1方案的可行性施工通過(guò)對(duì)工程結(jié)構(gòu)的分析,結(jié)合工程結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和場(chǎng)地環(huán)境條件,鑒于平臺(tái)施工時(shí)大橋已通車,在構(gòu)件采用陸路運(yùn)輸?shù)那疤嵯?以及在觀光塔無(wú)法采用內(nèi)爬式塔吊吊裝、平臺(tái)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)采用高空散裝的指導(dǎo)方針下,對(duì)具體的塔吊布置及吊裝方案通過(guò)多方面論證,形成可行性施工方案。3.2該方案的優(yōu)勢(shì)3.2.1外附式scm6050塔吊吊裝在平臺(tái)中間通道處選用1臺(tái)SCM7050移動(dòng)式塔吊、觀光塔采用外附式SCM7050塔吊吊裝,吊臂均為50m,在外側(cè)先安裝移動(dòng)式塔吊,利用移動(dòng)式塔吊安裝觀光塔外附式塔吊,塔吊拆除以相反的順序進(jìn)行,構(gòu)件在平臺(tái)區(qū)域內(nèi)采用軌道式專用臺(tái)車運(yùn)輸(見(jiàn)圖4a)。1優(yōu)勢(shì)平臺(tái)采用1臺(tái)移動(dòng)式塔吊,施工費(fèi)用較省;塔吊安拆比較順利,不需要輔助機(jī)械進(jìn)入到結(jié)構(gòu)內(nèi)部。22缺點(diǎn)海中風(fēng)速非常大,采用移動(dòng)式塔吊的抗風(fēng)能力差;平臺(tái)構(gòu)件較多,1臺(tái)塔吊無(wú)法滿足工期要求。3.2.2塔吊的吊裝與清理在平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)部的角部分別設(shè)置4臺(tái)SCM7027固定式塔吊吊裝,吊臂長(zhǎng)50m,觀光塔采用外附式SCM7050塔吊吊裝,吊臂長(zhǎng)50m,再利用50t汽車吊進(jìn)入內(nèi)部進(jìn)行塔吊的安裝及拆除,構(gòu)件通過(guò)四周消防通道運(yùn)輸?shù)綀?chǎng)內(nèi)(見(jiàn)圖4b)。1優(yōu)勢(shì)平臺(tái)使用4臺(tái)固定式塔吊,工作效率高,固定式塔吊抗風(fēng)能力好。2塔吊組裝、清理施工措施費(fèi)較大;使用50t汽車吊進(jìn)入到平臺(tái)內(nèi)部及棧橋上進(jìn)行塔吊組裝與拆除,施工時(shí)荷載超過(guò)設(shè)計(jì)荷載;塔吊拆除后補(bǔ)裝位置位于4個(gè)角落,補(bǔ)裝工作量大。3.2.3安裝sl40155動(dòng)臂塔吊平臺(tái)在中間通道處選用3臺(tái)(2臺(tái)ZSC7050型,1臺(tái)ZSC7080型)平臂固定式塔吊,觀光塔選用1臺(tái)ZSL40155動(dòng)臂附著式塔吊吊裝,先在外側(cè)利用汽車吊安裝1號(hào)塔吊,然后安裝里面的2、3號(hào)塔吊,4號(hào)塔吊利用外側(cè)3號(hào)塔吊安裝,塔吊拆除時(shí)逆序進(jìn)行,安裝時(shí)塔吊吊臂安裝至70m,為了避免海中大風(fēng)引起塔臂相互干擾,使用時(shí)空中拆除至50m或55m,拆除時(shí)再加長(zhǎng)至70m,構(gòu)件在平臺(tái)區(qū)域內(nèi)采用軌道式專用臺(tái)車運(yùn)輸(見(jiàn)圖4c)。1優(yōu)勢(shì)平臺(tái)使用3臺(tái)固定式塔吊,工作效率較高,固定式塔吊抗風(fēng)能力好,塔吊安裝由外向內(nèi),由內(nèi)向外進(jìn)行拆除,解決了吊裝機(jī)具入場(chǎng)的難題。2塔吊單位技術(shù)創(chuàng)新塔吊安裝、拆除時(shí)在空中接長(zhǎng)或縮短吊臂技術(shù)的難度較大,需要塔吊單位通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)。對(duì)上述3種方案的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比較后,最終選擇方案C作為實(shí)施方案。4旅游塔的鋼結(jié)構(gòu)安裝4.1天氣形勢(shì)分析觀光塔鋼柱最大規(guī)格為?1600mm×45mm,鋼梁最大規(guī)格為H900×400×16×25,通過(guò)分析,最大吊件重15.4t,距預(yù)先設(shè)置塔吊位置33m,觀光塔頂設(shè)置18.84m的天線,由于海中風(fēng)速較大,為降低觀光塔頂部塔吊施工時(shí)的自由高度,選用ZSL40155動(dòng)臂式塔吊。4.2懸臂鋼桁架方案鋼棧橋采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu),根據(jù)設(shè)計(jì)荷載,橋面不可能承受塔身傳遞下來(lái)的巨大荷載,為此通過(guò)已安裝的鋼結(jié)構(gòu)柱設(shè)置懸臂鋼桁架結(jié)構(gòu)以承受塔吊荷載,然后通過(guò)鋼柱傳遞到下部樁基上(見(jiàn)圖5)。4.3抗風(fēng)設(shè)計(jì)計(jì)算因觀光塔使用的ZSL40155塔吊安裝高度最高,選擇其進(jìn)行抗風(fēng)驗(yàn)算。吊臂長(zhǎng)47m,平衡臂長(zhǎng)9.5m,最大獨(dú)立高度40m,塔身標(biāo)準(zhǔn)節(jié)截面尺寸2.7m×2.7m,立柱截面積11980mm2,材質(zhì)Q345B,按工作狀態(tài)和非工作狀態(tài)分別進(jìn)行抗風(fēng)計(jì)算,其中工作狀態(tài)按八級(jí)風(fēng)(21m/s)、非工作狀態(tài)按十六級(jí)風(fēng)設(shè)計(jì)(56m/s)。經(jīng)過(guò)分析,塔機(jī)在工作狀態(tài)及非工作狀態(tài)的抗傾覆穩(wěn)定和防風(fēng)抗滑安全性等均符合《塔式起重機(jī)安全技術(shù)規(guī)程》GB5114-2006的要求。4.4外筒鋼結(jié)構(gòu)安裝順序?yàn)楸ＷC鋼結(jié)構(gòu)安裝精度,確保結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性,先安裝內(nèi)筒鋼結(jié)構(gòu)再安裝外筒鋼結(jié)構(gòu),每安裝完一根鋼柱,馬上安裝與其相連的鋼梁,具體安裝順序如圖6所示。5平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)安裝5.1塔吊的吊裝設(shè)計(jì)平臺(tái)鋼管柱最大規(guī)格為?800mm×32mm,鋼梁的最大規(guī)格為H750×450×20×30,據(jù)統(tǒng)計(jì),最大構(gòu)件重8.5t,距塔吊45m,選擇2臺(tái)ZSC7050型塔吊、1臺(tái)ZSC7080型塔吊可滿足吊裝要求。5.2主梁和次梁吊基礎(chǔ)荷載驗(yàn)算雖然平臺(tái)設(shè)計(jì)的地面混凝土荷載較大,但仍不足以承受塔吊基礎(chǔ)荷載,為此在鋼柱上焊接臨時(shí)牛腿,安裝基礎(chǔ)鋼梁,主梁H750×450×18×35,次梁H650×350×14×22,并根據(jù)塔吊及構(gòu)件自重復(fù)核驗(yàn)算。5.3塔吊的安裝1)選用50t汽車吊安裝4根第1層鋼柱及塔吊底座鋼梁,然后安裝1號(hào)塔吊。2)用1號(hào)塔吊安裝2號(hào)塔吊,用2號(hào)塔吊安裝3號(hào)塔吊,最后用3號(hào)塔吊安裝4號(hào)塔吊。3)由于塔吊之間相互干涉,實(shí)際吊裝時(shí),把吊臂減短至滿足施工要求,即1、3號(hào)塔吊臂長(zhǎng)50m,2號(hào)塔吊臂長(zhǎng)55m,同時(shí)4臺(tái)塔吊有高低差安裝。4)塔吊拆除4號(hào)塔吊先自由降落,將3號(hào)塔吊吊臂加長(zhǎng)至70m,拆除4號(hào)塔吊。同樣的方法將3、2號(hào)塔吊拆除,最后用50t汽車吊拆除1號(hào)塔吊。5.4中間部位安裝下部鋼框架分為Ⅱ、Ⅲ兩個(gè)安裝區(qū)域,安裝從中間形成穩(wěn)定空間單元后向四周進(jìn)行,兩個(gè)區(qū)同時(shí)施工,每2層一個(gè)施工平面單元,等塔吊拆除后安裝中間部位(見(jiàn)圖7)。5.5懸挑腳手架搭設(shè)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)采用高空散裝方案,在網(wǎng)架下的樓層面開始搭設(shè)排距、步距均為1.2m、?48mm×3.5mm的滿堂腳手架,局部采用[36做懸挑架的懸挑腳手架,在腳手架外搭設(shè)1.2m高的安全圍護(hù)網(wǎng),腳手架的搭設(shè)滿足《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》JGJ130-2001要求。網(wǎng)架安裝由中間向四周進(jìn)行,先復(fù)核柱頂標(biāo)高,然后按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行安裝焊接球支座,要求底部采用可調(diào)支座調(diào)節(jié)球節(jié)點(diǎn)標(biāo)高,網(wǎng)架安裝時(shí)逐個(gè)形成受力單元,保證網(wǎng)架整體變形與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,最后整體卸載,安裝中間天窗架。6鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)焊接措施6.1圍成柵防風(fēng)鋼結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)焊接時(shí),采用的防風(fēng)措施:①采用抗風(fēng)式焊機(jī);②在焊口周圍用防雨布圍成柵欄防風(fēng);③局部防風(fēng)裝置用永久磁鐵固定在焊縫兩側(cè),兩端可設(shè)置端板,以不影響焊接操作為原則,確定其間距,根據(jù)焊工的實(shí)際需要隨時(shí)調(diào)整位置(見(jiàn)圖8)。6.2鋼板焊接筒安裝現(xiàn)場(chǎng)焊接防潮措施:①焊條使用前進(jìn)行烘焙;②焊條使用時(shí),必須使用焊條筒,當(dāng)焊條領(lǐng)出4h后需更換;③焊接前需對(duì)焊接位置附近100mm處進(jìn)行烘烤,去除鋼板表面水氣;④焊縫需一次性完成;⑤當(dāng)焊接作業(yè)區(qū)相對(duì)濕度>90%時(shí),禁止焊接施工。7測(cè)量的安裝7.1測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)的再測(cè)量鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)場(chǎng)后,與業(yè)主方辦理交接手續(xù)并對(duì)業(yè)主提供的控制點(diǎn)進(jìn)行復(fù)測(cè)校核。當(dāng)所有復(fù)測(cè)精度滿足要求后,進(jìn)入下步工作。7.2測(cè)量和網(wǎng)絡(luò)分析7.2.1系統(tǒng)內(nèi)各控制網(wǎng)必須符合以下5施工平面測(cè)量控制網(wǎng)務(wù)求達(dá)到通視、可靠、穩(wěn)定、使用方便的標(biāo)準(zhǔn),便于各控制點(diǎn)及各級(jí)控制網(wǎng)之間進(jìn)行閉合校驗(yàn)和平差,保證各點(diǎn)位于同一系統(tǒng)。每次使用前,必須對(duì)控制網(wǎng)校核。11主平面控制網(wǎng)業(yè)主提供的大橋首級(jí)及加密控制網(wǎng)點(diǎn)作為平臺(tái)施工首級(jí)平面控制網(wǎng)。2該級(jí)控制網(wǎng)為施工控制網(wǎng),為下一級(jí)控制網(wǎng)的恢復(fù)提供基準(zhǔn),可直接引用該級(jí)控制網(wǎng)中的控制點(diǎn)。本工程采用三等閉合導(dǎo)線網(wǎng),利用高精度全站儀測(cè)放,GPS校核,外業(yè)測(cè)量結(jié)束后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行嚴(yán)密平差(見(jiàn)圖9a)。3級(jí)平面控制網(wǎng)針對(duì)觀光塔結(jié)構(gòu)施工,利用高精度全站儀測(cè)放三級(jí)平面控制網(wǎng)。核心筒處的控制點(diǎn)利用垂準(zhǔn)儀向上傳遞,層層閉合,三級(jí)平面控制點(diǎn)利用全站儀或GPS校核(見(jiàn)圖9b)。7.2.2高度計(jì)算網(wǎng)的配置11最高控制網(wǎng)采用業(yè)主提供的控制點(diǎn)。2高程點(diǎn)高程檢測(cè)采用三等水準(zhǔn)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn),設(shè)置在施工現(xiàn)場(chǎng)內(nèi),以首級(jí)高程控制網(wǎng)為依據(jù),作為施工所需