林 翔,楊肖年
(福建三峽海上風電產(chǎn)業(yè)園運營有限公司,福建 福州 350309)
與陸上風電相比,我國海上風電具有資源豐富、不占用土地、靠近電力負荷中心、發(fā)電利用小時數(shù)高、適宜大規(guī)模開發(fā)的特點。根據(jù)黨中央、國務院的重大決策部署,三峽集團與福建省政府聯(lián)手打造世界上規(guī)模最大的海上風電基地和國際一流的海上風電裝備制造產(chǎn)業(yè)基地——福建三峽海上風電國際產(chǎn)業(yè)園。
產(chǎn)業(yè)園不僅為海上風電全產(chǎn)業(yè)鏈提供孵化平臺,還建設有分布式光伏(使用新型的一體化光伏屋面板),試驗風機,儲能系統(tǒng),是一個集“風光儲”為一體的新能源智慧園區(qū)。園區(qū)內(nèi)設計廠房均為重型鋼結構建筑,面積大,并在屋頂布設一體化光伏,這在福建濱海大風頻繁區(qū)域尚無先例,因此本研究對類似區(qū)域和類似重型鋼結構廠房的安裝具有一定的指導意義。
福建三峽海上風電國際產(chǎn)業(yè)園位于福建省福清市江陰港,是國內(nèi)首個海上風電全產(chǎn)業(yè)鏈裝備制造園區(qū)。項目生產(chǎn)區(qū)已開工建設廠房包括風機結構件廠房、風機一廠及配套廠房、東方風電工廠廠房、LM(艾爾姆)工廠廠房,總建筑面積超10萬m2。
項目最大廠房為5連跨,寬度達140 m,單坡屋面寬度70 m;最大單跨42 m、最大高度25 m;墻面為裝配式墻面板,屋面為一體化BIPV綠色環(huán)保光伏屋面板;廠房設有大型起重行車,其中最大起重噸位達300 t,最大跨度達42 m。
項目廠房均為單層格構式重型鋼結構,為上下固接的單層剛接框架。柱子為單階柱,上柱為H型鋼截面,下柱采用格構式截面,根據(jù)上柱和吊車梁傳來的荷載值,柱子肩梁采用單腹板。柱腳采用插入式柱腳,鋼架材質(zhì)為Q345B,鋼柱最大重20.98 t,柱身長27 m,寬3.5 m;鋼梁為焊接H型鋼梁,最大重量8 t,梁身長33 m,梁高1.45 m;最大板厚50 mm。
項目所在區(qū)域為吹填砂地塊,在吹填砂之前表層為約3~5 m厚的軟土(或淤泥),且土層中分布有“硬土球”或混凝土樁(養(yǎng)殖海產(chǎn)時遺留的混凝土樁),常年地下水位較高,大風天氣頻繁,且經(jīng)常正面遭遇臺風襲擊。
本項目為國際化產(chǎn)業(yè)基地,自建設初期開始就要求爭創(chuàng)素有鋼結構魯班獎之稱的“鋼結構金獎”,因此對工程質(zhì)量要求高,每道工序要求優(yōu)良。
充分分析項目建筑結構特點和區(qū)域因素影響,判定本項目存在若干施工重難點,情況分別如下:最大行車梁行程282 m,行車梁頂面平整度要求極高;單坡屋面寬度70 m,單坡屋面跨度大,屋面板吊裝困難;廠房內(nèi)最大行車噸位達300 t,大型吊裝機械施工時,屋面結構高度受限,安裝難度大;項目所在區(qū)域臨海,氣候變化較大,海風突發(fā)情況較多,大風頻繁,高空作業(yè)危險性較大,高空焊接質(zhì)量控制難度大。
因此,本項目的安裝質(zhì)量和安全主要受鋼柱、鋼梁的吊裝,高空焊接,海風等氣候變化影響較大,為保證施工質(zhì)量、精度和安全,針對吊裝及焊接的方案和組織實施,氣候影響等進行專門研究,制定對策。
通過BIM技術,將現(xiàn)場各個施工階段的作業(yè)內(nèi)容及周期等進行前期的平面規(guī)劃。并通過所建立起的精準場地模型,對鋼結構施工的現(xiàn)場平面布置及設計等進行綜合性的管理。通過BIM技術規(guī)劃,可促使場地平面布置更為緊湊有序,并能合理應用施工用地,以此在節(jié)約用地的基礎上顯著降低場內(nèi)運輸?shù)耐度氤杀尽?/p>
在鋼結構深化設計方面,BIM技術的應用可進行大跨度鋼結構模型的深化放樣,制定出實際的構件尺寸。在進行施工技術的過程中,利用BIM技術的深化設計功能可對構件實際尺寸進行細化分析,進而將其表述出來。通常情況下,在對大跨度鋼結構桁架進行制作的前期可用Tekla軟件對桁架進行分段、桿件切割及板材下料等作出精確設計。而通過地面放線也能快速、精準地完成桁架的拼裝[1-2]。
通過BIM技術建模,可實現(xiàn)桿件碰撞檢查,節(jié)點細部處理、施工過程可視化動態(tài)模擬等問題,模型處理完畢后,直接用模型對管理人員及施工隊伍進行可視化交底,大大加深了管理人員和施工隊伍對工程的認知程度。依照此種BIM技術施工管理方式,便于大跨度鋼結構施工技術的開展及目標的達成。
3.2.1 使用專用吊耳
H型鋼的翼板尺寸厚度較小,采用傳統(tǒng)的鋼絲繩進行捆扎吊裝,構件表面油漆容易磨損,并且捆扎部位在鋼絲繩作用下容易產(chǎn)生變形,從而致使H型鋼報廢,甚至造成安全風險。因此,在生產(chǎn)加工階段,就根據(jù)每根H型鋼構的尺寸確定出吊點的位置,并在吊點位置焊接專用吊耳[3-4](見圖1)。
圖1 吊耳位置示意圖
3.2.2 使用一種新型的自動脫鉤H型鋼專用吊鉤
施工過程中,H型鋼吊裝時,傳統(tǒng)做法是將工件吊裝至指定地點后,采用人工手動解鎖脫鉤,這樣難免存在一定的安全隱患,為保證吊裝過程中的施工安全,預防意外發(fā)生,現(xiàn)場使用一種新型的自動脫鉤H型鋼專用吊鉤。
本自動脫鉤H型鋼專用吊鉤包括連接板,連接板的頂部設置有掛鉤,連接板的兩側均設置有關節(jié)軸承I,關節(jié)軸承I連接鋼臂的一端,鋼臂的另一端鉸接卡刀,卡刀的內(nèi)側設置有關節(jié)軸承II,關節(jié)軸承II連接套筒,套筒內(nèi)設置有內(nèi)螺桿,內(nèi)螺桿連接制動裝置,所述卡刀的中部鉸接有夾具,結構圖如圖2所示[5]。
圖2 吊鉤示意圖
3.2.3 使用專用扁擔吊梁
由于鋼柱柱頭節(jié)點類型為雙牛腿柱,因此,在吊裝時根據(jù)鋼柱實際尺寸量身制作扁擔吊梁,該吊梁長度跨過牛腿柱頭,使柱頭不影響下端吊裝鋼絲繩垂直受力,保證吊裝過程的穩(wěn)定性。
行車梁頂面平整度要求高,軌道采用高強度低合金材質(zhì)U71Mn,自身對接及與吊車梁之間采用壓板焊接方式連接,不同種材料焊接難度大;相鄰軌端偏差要求不大于1 mm,精度要求高。針對該情況采取下列措施進行質(zhì)量控制。
1)柱腳澆筑前嚴格控制鋼柱牛腿標高,確保牛腿標高誤差在規(guī)范允許范圍內(nèi),鋼柱牛腿標高主要通過柱腳的墊板來控制;澆筑完畢后,再次觀測牛腿標高,復核無誤后,再進行吊車梁安裝。安裝前對吊車梁進行預先起拱,避免因自重造成下?lián)稀?/p>
2)軌道焊接時,在節(jié)頭兩側20~30 mm范圍內(nèi)進行預先250℃進行預熱,時間大概10 min。每個焊接節(jié)頭需要1個電焊工與1個清渣工相互配合,施焊前先進行試件焊接,合格后方可進行實體焊接作業(yè)。焊接前預先把接頭墊起40~60 mm,鋼軌由下而上進行焊接,先軌底后軌腰、軌頭。
根據(jù)福建省氣象局對項目所在地氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計發(fā)現(xiàn),非季風時節(jié)該區(qū)域風速六級以下(含六級)天氣為125 d,占比63.12%;風速六級以上天氣為73 d,占比為36.88%,大風天氣對鋼結構安裝質(zhì)量和安全影響較大。
施工人員密切注意施工現(xiàn)場的天氣狀況,焊接前做好防風、雨棚或防風箱,做到有備無患。防風雨棚應保證施焊空間內(nèi)滿足焊接有關條件,否則不允許施焊。遇下雨、大霧、刮風等不利氣候必須采用全面防護后方可施焊;嚴禁在雨天及母材表面潮濕或大風天氣進行露天焊接。施焊區(qū)域不清潔即有水、鐵銹、油漆、油污等不允許施焊;鋼板表面潮濕或雨后施工,應用烘槍將焊縫兩側100 mm區(qū)域內(nèi)的水分燒烤干凈。
在邊柱外側10 m處利用挖掘機開挖3 m長,2.5 m深的錨坑,將2.5 m長的錨塊(利用現(xiàn)場截樁出來的管樁節(jié))放入錨坑,把錨塊上預置露地錨鉤朝向鋼柱放置,然后回填沙土并碾壓密實。
鋼柱吊裝后將纜風繩固定在同向相鄰基礎承臺預埋錨鉤上,用倒鏈配合花籃螺栓進行調(diào)節(jié);邊柱位置向外的纜繩固定在預先設置的地埋錨塊錨鉤上。
本文分析了濱海大風區(qū)域重型鋼結構吊裝施工技術,希望能夠為濱海大風區(qū)域重型鋼結構施工提供一些經(jīng)驗,保證施工質(zhì)量和安全,打造精品工程。
1)濱海大風區(qū)域重型鋼結構吊裝的重難點在于吊裝精度控制和施工安全;
2)根據(jù)項目特點設計專門性工具有助于施工,如專用吊耳、扁擔梁等;
3)尤其關注大風天氣的影響,如大風天數(shù)所占比例、突發(fā)性等,并針對性做好防護措施。