超高層超長懸挑桁架高空施工的監(jiān)理控制

潘宏亞

（四川省川建院工程項目管理有限公司， 四川 成都 610017）

1 項目概況

港資華置廣場項目位于四川省成都市中央商務區(qū)(CBD)太升南路地段，是總建筑面積為 43 余萬 m2的城市綜合體，地下室為 4 層，地上設有五星級酒店、高級寫字樓、高檔住宅等 4 棟塔樓及大型商場等 5 層裙樓。其中兩棟住宅樓分別為 53 層，塔體總高度達 197 m。根據(jù)建筑設計的需要，兩棟住宅樓在地上 38 層(143 m 高度處)至屋面結(jié)構(gòu)部位采用懸挑對接，尤如巨臂橫空出世，形成獨具特色的“凱旋門”空間結(jié)構(gòu)。

圖1 凱旋門效果圖

為了承擔凱旋門上部懸挑結(jié)構(gòu)荷載，在 38 層～40 層間采用了超高層高空“門”式大懸挑轉(zhuǎn)換桁架作為懸挑樓層部分的承力轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)。該門式結(jié)構(gòu)采用箱型鋼管混凝土桁架，用以支撐其上部共 11 層混凝土結(jié)構(gòu)層動、靜荷載。單棟塔樓轉(zhuǎn)換桁架長度約 26.1 m，懸挑長度約 14 m，雙棟塔樓桁架中間預留 1.2 m 間距(抗震縫)。單棟塔樓為不對稱結(jié)構(gòu)，節(jié)點構(gòu)造及受力情況復雜，施工工藝要求高。

圖2 懸挑轉(zhuǎn)換桁架三維圖

2 工程重點和難點

2.1 凱旋門鋼桁架高強度超厚鋼板現(xiàn)場焊接

凱旋門桁架安裝采用的是分段吊裝焊接的方式，主要截面形式為箱形構(gòu)件，其中鑄鋼(G20MN5QT)最大截面為 1 500 mm×1 500 mm×120 mm×120 mm。因此焊接具有如下特點。

(1)凱旋門懸挑桁架鋼板厚度均超過 50 mm，最大板厚達120 mm。存在全位置焊接，焊接工作量大，焊縫等級要求高。焊接重點要控制焊接變形、減小殘余應力和防止層狀撕裂等。

(2)箱形構(gòu)件承擔載荷大，焊縫質(zhì)量等級要求高，焊接條件差，焊接難度大。

(3)有 G20Mn5QT 與 Q345B 兩種材質(zhì)的焊接，節(jié)點復雜且對焊接工藝及焊工素質(zhì)有相當高的要求。

(4)本工程焊接作業(yè)集中在高空進行，焊接時需搭設懸挑式焊接操作平臺，焊接作業(yè)條件十分復雜，既要防風、防雨、又須防止雷擊，因此為確保施工安全，須采取超常規(guī)的預防措施。

2.2 凱旋門懸挑桁架封閉大斜撐鋼管混凝土泵送頂升澆筑

為了承擔懸挑結(jié)構(gòu)上部 11 層鋼筋混凝土樓層的荷載傳遞，在每棟塔樓的轉(zhuǎn)換桁架中設置了兩根大斜撐鋼管作為主要受力、傳力構(gòu)件。大斜撐總長度為 11.2 m，由塔樓向外懸空 45°，大斜撐由 1 根長度為 6 m，截面 1 000 mm×800 mm×60 mm×60 mm 的矩形鋼管與 3 個長 1.67 m、厚 120 mm的鑄鋼構(gòu)件節(jié)點焊接而成，焊接施工成型后在大斜撐內(nèi)部形成一個 11 m×0.88 m×0.68 m 的斜向空心封閉結(jié)構(gòu)。因設計中考慮本構(gòu)件的耐火性能要求高，故需要將此空心封閉結(jié)構(gòu)內(nèi)部以 C60 混凝土澆筑密實(見圖 3)，形成鋼管混凝土類型的斜向支撐桿件。4 根懸挑斜撐結(jié)構(gòu)距離地面高度 134.4

圖3 大斜撐鋼管混凝土澆筑范圍示意圖

由于凱旋門中懸挑轉(zhuǎn)換桁架的封閉斜向鋼管混凝土的特殊設計要求，在施工中存在如下技術(shù)難點。

(1)大斜撐為封閉型的鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，頂部無開放式的進料口，傳統(tǒng)的泵送澆筑或塔吊高拋法澆筑施工工藝均難以滿足澆筑要求。

(2)凱旋門大斜撐位于地面以上 134.4 m 以上，混凝土澆筑高度高，同時斜撐為由塔樓向外 45°懸挑，下方無施工平臺可供利用，操作面狹小且在高空操作危險性大。

(3)因為大斜撐作為凱旋門結(jié)構(gòu)門式大懸挑轉(zhuǎn)換桁架主要受力桿件，斜向支撐內(nèi)存在多達七層的加強肋隔板，隔板中間最小開洞凈空僅為 300×300，采取普通方式澆筑混凝土時內(nèi)部空氣難以完全排除，極易導致出現(xiàn)混凝土空洞等缺陷。

(4)斜向桿件澆筑中，無法運用振搗棒對混凝土進行振搗勻?qū)?，若采用外附著式振搗器進行振搗，則又因鋼斜撐的管壁特厚，亦難于進行有效振搗，因此，采取自密實細石混凝土澆筑且混凝土由下而上用混凝土泵強力推送頂升，依靠混凝土自身重力作用以達到密實均勻的目

(5)由于桿件內(nèi)混凝土無法進行施工縫二次處理，所以鋼管內(nèi)混凝土一次澆筑成型，保確斜撐鋼管內(nèi)混凝土成型質(zhì)量。

2.3 高空無支點的安全防護

(1)懸挑鋼構(gòu)高空操作作業(yè)面大、點多，危險性大。

(2)鋼結(jié)構(gòu)吊裝需要避免發(fā)生點狀碰撞事故。

(3)塔樓外腳手架的搭設，需要根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)位置進行洞口預留以及加固。

(4)鋼結(jié)構(gòu)施工操作架的搭設以及工具式掛架的安裝，需要在鋼結(jié)構(gòu)桁架周圍整體覆蓋，提供足夠安全有效的操作面。

2.4 超高超長懸挑桁架的監(jiān)測

(1)根據(jù)工程工序安排情況進行施工模擬分析，計算各階段的受力情況及變形。

(2)做好懸挑末端的位移變形監(jiān)測。

(3)鋼桁架自身應力及應變的監(jiān)測。

(4)凱旋門區(qū)域混凝土樓板裂縫監(jiān)測。

3 監(jiān)理控制要點

針對工程的特點及難點，監(jiān)理在施工過程中采取針對性措施進行控制，對施工方案關鍵工序及施工難點重點審核；對施工單位采取的措施的可行性進行評審。監(jiān)理根據(jù)圖紙及施工方案，將施工難點匯總后對現(xiàn)場監(jiān)理人員進行交底，對關鍵工序進行重點控制，確保施工質(zhì)量。除常規(guī)施工質(zhì)量控制外，著重做好以下方面監(jiān)控。

3.1 高強度超厚鋼板現(xiàn)場焊接質(zhì)量監(jiān)控

(1)由于超厚鋼板構(gòu)件加工在外地，監(jiān)理部多次派出總監(jiān)代表，和香港顧問公司、檢測方共同遠赴湖北武漢某鋼構(gòu)總廠和江蘇省某鑄鋼集團，針對廠方的材料及加工質(zhì)量進行定時定點的跟蹤檢查，前期主要檢查生產(chǎn)單位及作業(yè)人員的資質(zhì)資格等，審核加工材料報審，特殊工藝方案，檢查計劃落實情況和構(gòu)件質(zhì)量是否達標檢驗。

(2)鋼材質(zhì)量應分別符合現(xiàn)行國家標準《碳素結(jié)構(gòu)鋼》規(guī)定的 Q345B 材質(zhì)要求。材料必須有出廠合格證和檢驗報告，所有栓釘應符合 GB 10433《圓柱頭焊釘》規(guī)定，其抗拉強度＞400 kPa，屈服強度＞240 kPa。

(3)要求施工方在正式施工前做好焊接工藝評定，針對各種類型的焊接節(jié)點，確定最佳焊接工藝參數(shù)，制定合理、詳細的工藝措施和流程。

(4)焊接工藝應優(yōu)先采用自動焊。焊條、焊絲、焊劑應針對不同鋼種、板厚和坡口形式，按《建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)程》的規(guī)定選用。

(5)鋼結(jié)構(gòu)必須按圖加工，完成后各加工人員及有關人員均須簽字驗收。鋼構(gòu)件進場時，應提供質(zhì)量合格證明。

(6)鋼結(jié)構(gòu)安裝前，應對其平面位置和標高進行檢查驗收。

(7)凱旋門鑄鋼件壁厚 120 mm(尺寸 1 500 mm×1 500 mm×120 mm，材料為 G20MN5QT)，安裝中采用 CO2半自動保護焊接，要求保持鑄鋼件的預熱溫度為 125℃～200℃，層間溫度為 125℃～250℃；保證在多層焊中，后道焊縫要存在起碼的預熱條件，避免出現(xiàn)熱應力裂紋。焊接后要用火焰加熱到200℃～250℃，保溫 1.5 h，并覆蓋保溫石棉布，使其緩慢冷卻。

(8)所有焊縫均須經(jīng)過監(jiān)理人員的檢查。焊縫表面應均勻，不得有裂紋、夾渣、焊瘤、燒穿、弧坑和針狀氣孔等缺陷，焊接區(qū)不得有飛濺物。一級焊縫應進行 100% 的無損檢測，二級焊縫應進行抽檢，抽檢比例應不小于 20%。

3.2 鋼管混凝土頂升澆筑質(zhì)量監(jiān)控

(1)要求施工方在鋼結(jié)構(gòu)大斜撐的深化設計階段，提前考慮各鋼構(gòu)件混凝土澆筑孔、觀察孔、溢漿排氣孔的設置(見圖4)，在保證凱旋門結(jié)構(gòu)體系受力要求的前提下，滿足頂升泵送混凝土的施工要求。

(1)通過采取配置高性能的 C60 無收縮自密實泵送混凝土，解決頂升泵送工藝中存在的超高層泵送、高強度、無振搗自密實等特殊混凝土材料性能要求。

(2)要求施工方通過對施工機械的選型、泵管的布置和加固進行優(yōu)化，從技術(shù)措施上保證頂升泵送混凝土一次澆筑成型。

(3)為了保證鋼管混凝土的澆筑質(zhì)量，混凝土澆筑完成28 d 后采用超聲波進行無損檢測，利用 ZBL-U520 非金屬超聲波儀及配套儀器對四根轉(zhuǎn)換鋼桁架大斜撐方形鋼管混凝土進行檢查，每根大斜撐上采取 250 mm×250 mm 測點間距布置，檢測點共計 108 個，對混凝土密實度、均勻性、混凝土與鋼管壁的粘結(jié)情況等進行檢測。

圖4 大斜撐鋼管預留孔洞開設圖

3.3 高空無支點安全防護監(jiān)控

(1)由于本工程屬于住建部規(guī)定的《危險性較大的分部分項工程安全管理辦法》的范圍，監(jiān)理部要求施工方做好專項方案，同時組織專家對專項方案進行論證。

(2)督促施工方據(jù)專家的論證報告修改完善專項方案，并經(jīng)施工單位技術(shù)負責人簽字報總監(jiān)，建設方負責人審批后才能實施。

(3)凱旋門高空構(gòu)件安裝時，督促施工方必須在作業(yè)面下方滿鋪安全網(wǎng)，由于下方懸空，工程必須采用軟性安全防護。

(4)鋼結(jié)構(gòu)安裝過程中，存在大量桁架構(gòu)件對接的節(jié)點焊接施工，局部需要施工人員在鋼梁側(cè)面和底部作業(yè)，施工前根據(jù)本工程鋼結(jié)構(gòu)的截面大小需求加工制作安防吊籃， 并在檢測合格后運入場內(nèi)備用。

(5)大斜撐桿件上為保證施工人員可以沿著 45° 坡面爬上進行塔吊掛鉤解鎖以及斜拉鋼絲繩固定，需要提前在大斜撐桿件上焊接防護爬梯。

(6)吊裝過程中應劃定作業(yè)區(qū)，無關人員不得入內(nèi)。吊裝作業(yè)人員，必須戴好安全帽，高處作業(yè)系好安全帶，嚴禁酒后作業(yè)。

4 超長懸挑桁架鋼結(jié)構(gòu)應力監(jiān)控

為了保證鋼桁架的安裝施工質(zhì)量，監(jiān)理方應督促施工方檢測并報見證。

(1)采用在桁架鋼結(jié)構(gòu)上粘貼應變器，連接傳感器數(shù)據(jù)采集儀對桁架的應變進行數(shù)據(jù)收集。

(2)對施工過程中桁架安裝以及上部結(jié)構(gòu)施工荷載變化進行數(shù)據(jù)收集和分析，每一層進行監(jiān)測 1 次。

(3)結(jié)構(gòu)封頂后每月 1 次，連續(xù)觀測 3 個月，若結(jié)構(gòu)應力連續(xù) 3 個月內(nèi)平均變形值不超過 10 個單位，則每 3 個月觀測1 次；連續(xù) 2 次每 3 個月平均變形值不超過 10 個單位，則每6 個月觀測 1 次；外界發(fā)生劇烈變化時應及時觀測。

5 監(jiān)理工作方法及措施

(1)根據(jù)本工程特點制定實施細則，內(nèi)部反復進行監(jiān)理交底。

(2)施工中監(jiān)理采取旁站、巡檢、抽檢的方法。對于隱蔽工程中工序重要部位我們實行全天候、全過程跟班旁站；對于時間較長才能完成的工序我們采用定期巡視的方法進行檢查。

(3)工程質(zhì)量監(jiān)理采用事前、事中、事后控制的方法。鋼結(jié)構(gòu)的質(zhì)量監(jiān)理主要控制原材料及產(chǎn)品進場驗收、鋼結(jié)構(gòu)焊接、鋼結(jié)構(gòu)零部件加工、鋼結(jié)構(gòu)安裝、鋼結(jié)構(gòu)涂裝、工程質(zhì)量的檢驗和見證檢測。

6 結(jié) 語

隨著超高層建筑的發(fā)展，超長懸挑桁架技術(shù)越來越多地應用于工程實踐，通過對港資成都華置廣場凱旋門中高強度超厚鋼結(jié)構(gòu)焊接、頂升泵送混凝土澆筑，無支點安全防護、鋼結(jié)構(gòu)應力應變監(jiān)測等高新技術(shù)進行攻關，達到了預期的監(jiān)理控制效果。

(1)項目監(jiān)理部嚴審施工方案，提出多項合理化建議，確保工程可靠性。該方案順利通過重慶大學教授組成的專家組審核。

(2)在工程實施中全過程攝像，便于質(zhì)量追溯。焊接過程中隨時用紅外線測溫儀控溫，保證焊接的預熱溫度和層間溫度。焊縫超聲波檢測，由業(yè)主方聘請第三方著名的檢測機構(gòu)進行檢測，保證了焊接質(zhì)量可控?，F(xiàn)場鋼結(jié)構(gòu)焊接一次合格率 98%，返修合格率為 100%。

(3)鋼桁架的位移變形監(jiān)測均在設計允許范圍內(nèi)。對鋼管混凝土進行檢測，未發(fā)現(xiàn)其有不密實或空洞等質(zhì)量缺陷，滿足設計要求。