林 翔，楊肖年

(福建三峽海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)園運(yùn)營(yíng)有限公司，福建 福州 350309)

與陸上風(fēng)電相比，我國(guó)海上風(fēng)電具有資源豐富、不占用土地、靠近電力負(fù)荷中心、發(fā)電利用小時(shí)數(shù)高、適宜大規(guī)模開(kāi)發(fā)的特點(diǎn)。根據(jù)黨中央、國(guó)務(wù)院的重大決策部署，三峽集團(tuán)與福建省政府聯(lián)手打造世界上規(guī)模最大的海上風(fēng)電基地和國(guó)際一流的海上風(fēng)電裝備制造產(chǎn)業(yè)基地——福建三峽海上風(fēng)電國(guó)際產(chǎn)業(yè)園。

產(chǎn)業(yè)園不僅為海上風(fēng)電全產(chǎn)業(yè)鏈提供孵化平臺(tái)，還建設(shè)有分布式光伏(使用新型的一體化光伏屋面板)，試驗(yàn)風(fēng)機(jī)，儲(chǔ)能系統(tǒng)，是一個(gè)集“風(fēng)光儲(chǔ)”為一體的新能源智慧園區(qū)。園區(qū)內(nèi)設(shè)計(jì)廠房均為重型鋼結(jié)構(gòu)建筑，面積大，并在屋頂布設(shè)一體化光伏，這在福建濱海大風(fēng)頻繁區(qū)域尚無(wú)先例，因此本研究對(duì)類似區(qū)域和類似重型鋼結(jié)構(gòu)廠房的安裝具有一定的指導(dǎo)意義。

1 工程概況

1.1 工程簡(jiǎn)介

福建三峽海上風(fēng)電國(guó)際產(chǎn)業(yè)園位于福建省福清市江陰港，是國(guó)內(nèi)首個(gè)海上風(fēng)電全產(chǎn)業(yè)鏈裝備制造園區(qū)。項(xiàng)目生產(chǎn)區(qū)已開(kāi)工建設(shè)廠房包括風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)件廠房、風(fēng)機(jī)一廠及配套廠房、東方風(fēng)電工廠廠房、LM(艾爾姆)工廠廠房，總建筑面積超10萬(wàn)m2。

1.2 廠房結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

項(xiàng)目最大廠房為5連跨，寬度達(dá)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(shè)有大型起重行車，其中最大起重噸位達(dá)300 t，最大跨度達(dá)42 m。

項(xiàng)目廠房均為單層格構(gòu)式重型鋼結(jié)構(gòu)，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(gòu)式截面，根據(jù)上柱和吊車梁傳來(lái)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(zhǎng)27 m，寬3.5 m；鋼梁為焊接H型鋼梁，最大重量8 t，梁身長(zhǎng)33 m，梁高1.45 m；最大板厚50 mm。

1.3 地質(zhì)條件

項(xiàng)目所在區(qū)域?yàn)榇堤钌暗貕K，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(shí)遺留的混凝土樁)，常年地下水位較高，大風(fēng)天氣頻繁，且經(jīng)常正面遭遇臺(tái)風(fēng)襲擊。

2 施工重難點(diǎn)分析

本項(xiàng)目為國(guó)際化產(chǎn)業(yè)基地，自建設(shè)初期開(kāi)始就要求爭(zhēng)創(chuàng)素有鋼結(jié)構(gòu)魯班獎(jiǎng)之稱的“鋼結(jié)構(gòu)金獎(jiǎng)”，因此對(duì)工程質(zhì)量要求高，每道工序要求優(yōu)良。

充分分析項(xiàng)目建筑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和區(qū)域因素影響，判定本項(xiàng)目存在若干施工重難點(diǎn)，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?jī)?nèi)最大行車噸位達(dá)300 t，大型吊裝機(jī)械施工時(shí)，屋面結(jié)構(gòu)高度受限，安裝難度大；項(xiàng)目所在區(qū)域臨海，氣候變化較大，海風(fēng)突發(fā)情況較多，大風(fēng)頻繁，高空作業(yè)危險(xiǎn)性較大，高空焊接質(zhì)量控制難度大。

因此，本項(xiàng)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(fēng)等氣候變化影響較大，為保證施工質(zhì)量、精度和安全，針對(duì)吊裝及焊接的方案和組織實(shí)施，氣候影響等進(jìn)行專門研究，制定對(duì)策。

3 主體鋼結(jié)構(gòu)吊裝

3.1 BIM技術(shù)應(yīng)用

通過(guò)BIM技術(shù)，將現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)施工階段的作業(yè)內(nèi)容及周期等進(jìn)行前期的平面規(guī)劃。并通過(guò)所建立起的精準(zhǔn)場(chǎng)地模型，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)施工的現(xiàn)場(chǎng)平面布置及設(shè)計(jì)等進(jìn)行綜合性的管理。通過(guò)BIM技術(shù)規(guī)劃，可促使場(chǎng)地平面布置更為緊湊有序，并能合理應(yīng)用施工用地，以此在節(jié)約用地的基礎(chǔ)上顯著降低場(chǎng)內(nèi)運(yùn)輸?shù)耐度氤杀尽?/p>

在鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)方面，BIM技術(shù)的應(yīng)用可進(jìn)行大跨度鋼結(jié)構(gòu)模型的深化放樣，制定出實(shí)際的構(gòu)件尺寸。在進(jìn)行施工技術(shù)的過(guò)程中，利用BIM技術(shù)的深化設(shè)計(jì)功能可對(duì)構(gòu)件實(shí)際尺寸進(jìn)行細(xì)化分析，進(jìn)而將其表述出來(lái)。通常情況下，在對(duì)大跨度鋼結(jié)構(gòu)桁架進(jìn)行制作的前期可用Tekla軟件對(duì)桁架進(jìn)行分段、桿件切割及板材下料等作出精確設(shè)計(jì)。而通過(guò)地面放線也能快速、精準(zhǔn)地完成桁架的拼裝[1-2]。

通過(guò)BIM技術(shù)建模，可實(shí)現(xiàn)桿件碰撞檢查，節(jié)點(diǎn)細(xì)部處理、施工過(guò)程可視化動(dòng)態(tài)模擬等問(wèn)題，模型處理完畢后，直接用模型對(duì)管理人員及施工隊(duì)伍進(jìn)行可視化交底，大大加深了管理人員和施工隊(duì)伍對(duì)工程的認(rèn)知程度。依照此種BIM技術(shù)施工管理方式，便于大跨度鋼結(jié)構(gòu)施工技術(shù)的開(kāi)展及目標(biāo)的達(dá)成。

3.2 鋼構(gòu)吊裝

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(jìn)行捆扎吊裝，構(gòu)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(bào)廢，甚至造成安全風(fēng)險(xiǎn)。因此,在生產(chǎn)加工階段，就根據(jù)每根H型鋼構(gòu)的尺寸確定出吊點(diǎn)的位置，并在吊點(diǎn)位置焊接專用吊耳[3-4](見(jiàn)圖1)。

圖1 吊耳位置示意圖

3.2.2 使用一種新型的自動(dòng)脫鉤H型鋼專用吊鉤

施工過(guò)程中，H型鋼吊裝時(shí)，傳統(tǒng)做法是將工件吊裝至指定地點(diǎn)后，采用人工手動(dòng)解鎖脫鉤，這樣難免存在一定的安全隱患，為保證吊裝過(guò)程中的施工安全，預(yù)防意外發(fā)生，現(xiàn)場(chǎng)使用一種新型的自動(dòng)脫鉤H型鋼專用吊鉤。

本自動(dòng)脫鉤H型鋼專用吊鉤包括連接板，連接板的頂部設(shè)置有掛鉤，連接板的兩側(cè)均設(shè)置有關(guān)節(jié)軸承I，關(guān)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(cè)設(shè)置有關(guān)節(jié)軸承II，關(guān)節(jié)軸承II連接套筒，套筒內(nèi)設(shè)置有內(nèi)螺桿，內(nèi)螺桿連接制動(dòng)裝置，所述卡刀的中部鉸接有夾具，結(jié)構(gòu)圖如圖2所示[5]。

圖2 吊鉤示意圖

3.2.3 使用專用扁擔(dān)吊梁

由于鋼柱柱頭節(jié)點(diǎn)類型為雙牛腿柱，因此，在吊裝時(shí)根據(jù)鋼柱實(shí)際尺寸量身制作扁擔(dān)吊梁，該吊梁長(zhǎng)度跨過(guò)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(guò)程的穩(wěn)定性。

3.3 行車梁安裝

行車梁頂面平整度要求高，軌道采用高強(qiáng)度低合金材質(zhì)U71Mn，自身對(duì)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(duì)該情況采取下列措施進(jìn)行質(zhì)量控制。

1)柱腳澆筑前嚴(yán)格控制鋼柱牛腿標(biāo)高，確保牛腿標(biāo)高誤差在規(guī)范允許范圍內(nèi)，鋼柱牛腿標(biāo)高主要通過(guò)柱腳的墊板來(lái)控制；澆筑完畢后，再次觀測(cè)牛腿標(biāo)高，復(fù)核無(wú)誤后，再進(jìn)行吊車梁安裝。安裝前對(duì)吊車梁進(jìn)行預(yù)先起拱，避免因自重造成下?lián)稀?/p>

2)軌道焊接時(shí)，在節(jié)頭兩側(cè)20～30 mm范圍內(nèi)進(jìn)行預(yù)先250℃進(jìn)行預(yù)熱，時(shí)間大概10 min。每個(gè)焊接節(jié)頭需要1個(gè)電焊工與1個(gè)清渣工相互配合，施焊前先進(jìn)行試件焊接，合格后方可進(jìn)行實(shí)體焊接作業(yè)。焊接前預(yù)先把接頭墊起40～60 mm，鋼軌由下而上進(jìn)行焊接，先軌底后軌腰、軌頭。

4 降低海風(fēng)影響

根據(jù)福建省氣象局對(duì)項(xiàng)目所在地氣象監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，非季風(fēng)時(shí)節(jié)該區(qū)域風(fēng)速六級(jí)以下(含六級(jí))天氣為125 d，占比63.12%；風(fēng)速六級(jí)以上天氣為73 d，占比為36.88%，大風(fēng)天氣對(duì)鋼結(jié)構(gòu)安裝質(zhì)量和安全影響較大。

4.1 保證焊接質(zhì)量

施工人員密切注意施工現(xiàn)場(chǎng)的天氣狀況，焊接前做好防風(fēng)、雨棚或防風(fēng)箱，做到有備無(wú)患。防風(fēng)雨棚應(yīng)保證施焊空間內(nèi)滿足焊接有關(guān)條件，否則不允許施焊。遇下雨、大霧、刮風(fēng)等不利氣候必須采用全面防護(hù)后方可施焊；嚴(yán)禁在雨天及母材表面潮濕或大風(fēng)天氣進(jìn)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(yīng)用烘槍將焊縫兩側(cè)100 mm區(qū)域內(nèi)的水分燒烤干凈。

4.2 安全防護(hù)纜風(fēng)繩

在邊柱外側(cè)10 m處利用挖掘機(jī)開(kāi)挖3 m長(zhǎng)，2.5 m深的錨坑，將2.5 m長(zhǎng)的錨塊(利用現(xiàn)場(chǎng)截樁出來(lái)的管樁節(jié))放入錨坑，把錨塊上預(yù)置露地錨鉤朝向鋼柱放置，然后回填沙土并碾壓密實(shí)。

鋼柱吊裝后將纜風(fēng)繩固定在同向相鄰基礎(chǔ)承臺(tái)預(yù)埋錨鉤上，用倒鏈配合花籃螺栓進(jìn)行調(diào)節(jié)；邊柱位置向外的纜繩固定在預(yù)先設(shè)置的地埋錨塊錨鉤上。

5 結(jié) 語(yǔ)

本文分析了濱海大風(fēng)區(qū)域重型鋼結(jié)構(gòu)吊裝施工技術(shù)，希望能夠?yàn)闉I海大風(fēng)區(qū)域重型鋼結(jié)構(gòu)施工提供一些經(jīng)驗(yàn)，保證施工質(zhì)量和安全，打造精品工程。

1)濱海大風(fēng)區(qū)域重型鋼結(jié)構(gòu)吊裝的重難點(diǎn)在于吊裝精度控制和施工安全；

2)根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)設(shè)計(jì)專門性工具有助于施工，如專用吊耳、扁擔(dān)梁等；

3)尤其關(guān)注大風(fēng)天氣的影響，如大風(fēng)天數(shù)所占比例、突發(fā)性等，并針對(duì)性做好防護(hù)措施。