李國標(biāo) 葉一位 葉 斌

中國化學(xué)工程第七建設(shè)有限公司 四川成都 610100

工廠預(yù)制化、現(xiàn)場裝配化與傳統(tǒng)施工相比，最大優(yōu)勢在于可以在工廠里成批成套地制造，再運到工地按照圖紙裝配，不僅能最大限度地縮短工期，而且可以減少高空作業(yè)、降低成本、減少環(huán)境和噪音污染等。

通過對馬來西亞RAPID 項目中裝配式混凝土PC管廊的安裝方法進(jìn)行詳細(xì)介紹，希望能為今后類似工程項目提供參考。

1 工程概況

RAPID 項目是馬來西亞國家石油在柔佛州興建的大型煉油和化工一體化項目，占地7.5km×4.5km，工程投資300 億美元，劃分17 個EPC 標(biāo)段。RAPID 項目中所有的管廊主體都是PC 模式。日本東洋工程公司為第5 標(biāo)段蒸汽裂解裝置總承包商，在其合同區(qū)域內(nèi)PC 管廊安裝重量達(dá)到27 萬t。PC 構(gòu)件將在距離施工現(xiàn)場70km 以外的巴西古單預(yù)制完成后直接交付現(xiàn)場。PC 管廊共有6 層，層高為1.5m，安裝標(biāo)高為- 1.5m。柱子橫向、縱向跨距相等，為9m 或者10m；柱子根據(jù)截面尺寸有700mm×700mm、800mm×800mm、900mm×900mm 、1000mm×1000mm 、1000mm×1100mm 共5 種規(guī)格，柱子之間通過PC 主梁和次梁進(jìn)行連接。PC 管廊施工流程見圖1。

圖1 PC管廊安裝流程圖

2 準(zhǔn)備工作

根據(jù)PC 管廊的安裝特點、外形尺寸、質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)、到貨計劃和吊裝要求等，對整個PC 管廊每個施工關(guān)鍵點編制詳細(xì)的施工方案和危險源辨識。

根據(jù)PC 管廊的分布、到貨計劃、外形尺寸和重量等信息，確定吊車數(shù)量、型號、工況，并確定吊車等大型機(jī)具進(jìn)場時間及數(shù)量。中國化學(xué)工程第七建設(shè)有限公司（以下簡稱七化建）合同范圍內(nèi)共計有PC 柱316 根，PC 柱子及1286 根混凝土PC 梁總安裝量超過2.2 萬t。其中最重的PC 柱達(dá)46t，高度18m，安裝周期計劃為8 個月。根據(jù)項目進(jìn)度計劃，最終確定以2 臺250t 履帶吊為主吊，110t 履帶吊和150t 履帶吊各1 臺進(jìn)行溜尾，3 臺臂長為38m 的曲臂升降車配合吊車摘鉤和PC 主、次梁的安裝。

3 吊裝梁和吊裝棒的設(shè)計加工

3.1 吊裝梁設(shè)計和制作加工

根據(jù)柱子最大重量46t 設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)載荷SWL=50t 的吊裝梁，吊裝梁上下均使用G- 2130 SWL=35t 標(biāo)準(zhǔn)卸扣，長度分別為1100mm 和800mm 兩種規(guī)格一體吊裝梁。

吊裝梁的安全性能需從合應(yīng)力、合位移兩個方面進(jìn)行計算分析，分別見圖2 和圖3。由圖2 可知，吊裝梁所用鋼材的屈服強(qiáng)度為220MPa/ mm2，當(dāng)對吊裝梁施加750000N 的1.5 倍力時，吊裝梁的最大應(yīng)力為99.6MPa/ mm2，最大受力點發(fā)生在安裝卸扣的位置，最大應(yīng)力遠(yuǎn)小于材料屈服強(qiáng)度，吊裝梁是安全的。

圖2 吊裝棒靜應(yīng)力分析

在1.5 倍荷載下，檢查吊裝梁施加載荷后相對于幾何中心處的合位移情況。由圖3 可見，吊裝梁幾何中心整體最大合位移僅為0.105mm，發(fā)生在吊裝梁上吊裝孔外部位置。結(jié)合鋼材的力學(xué)性能和所發(fā)生位移的部位來分析，吊裝梁是安全的。

圖3 吊裝棒合位移分析

對吊裝梁進(jìn)行綜合模擬運算，在1.5 倍工作載荷作用下，應(yīng)力和等效位移共同作用下，整個吊裝梁各個部位的安全系數(shù)分布區(qū)域和結(jié)果如圖4 所示。由圖可見，在進(jìn)行吊裝梁安全系數(shù)綜合分析計算時，設(shè)定在1.5 倍工作載荷的作用下，當(dāng)?shù)跹b梁某個區(qū)域的安全系數(shù)大于1.5 時該模型顯示為藍(lán)色，反之為紅色。從模擬結(jié)果來看，安全系數(shù)為4.43，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于1.5 安全系數(shù)的要求。因此，吊裝梁在進(jìn)行載荷為50t 的吊裝活動時是足夠安全的。

圖4 吊裝棒綜合運算分析

3.2 吊裝棒設(shè)計及校核

選用直徑95mm、材質(zhì)AISI4030 的高強(qiáng)度鋼棒，確保鋼棒和吊裝孔直徑有2.5mm 的間隙，以便使用時能自由滑動，通過調(diào)節(jié)兩側(cè)的調(diào)節(jié)套筒來滿足吊裝要求。為防止在吊裝過程中調(diào)節(jié)套筒對吊裝孔表面進(jìn)行擠壓造成洞口混凝土損壞，設(shè)計增加一個Φ150mm×T16mm 的墊板。吊裝過程中，為避免受力不平衡使鋼絲繩滑動，在兩側(cè)增加兩個可拆卸的擋塊。在鋼棒兩側(cè)端頭制作長度為136mm 的螺紋，用M160mm 的螺帽進(jìn)行固定，固定螺帽互相平行的兩個面上用Φ12mm 的螺紋鋼焊接兩個150mm 長的手柄。吊裝棒設(shè)計經(jīng)過三維建模有限元受力分析和馬來西亞IR 工程師蓋章確認(rèn)，并進(jìn)行安全系數(shù)1.5 倍的荷載試驗。試驗結(jié)果如圖5 和圖6 所示。

圖5 吊裝棒等效靜應(yīng)力分析

圖6 吊裝棒合位移分析

由圖5 可見，吊裝棒材料屈服強(qiáng)度為710MPa/ mm2。當(dāng)對吊裝梁施加750000N 的1.5 倍時，吊裝梁的最大應(yīng)力為654.175MPa/ mm2，吊裝棒最大受力點發(fā)生PC 在吊裝孔接觸位置。因此，從所受靜應(yīng)力的角度分析得出結(jié)論，最大應(yīng)力小于材料的屈服強(qiáng)度，吊裝棒安全。

圖6 為在1.5 倍載荷下，吊裝棒相對于幾何中心處的合位移情況。由圖可見，吊裝棒受力相對于其幾何中心整體最大合位移為0.544mm，發(fā)生在吊裝棒的兩個端頭且較為集中。結(jié)合所用鋼材的力學(xué)性能，以及所發(fā)生位移的部位來看，吊裝棒的變形在安全范圍內(nèi)。

對吊裝棒進(jìn)行綜合模擬運算，吊裝棒在1.5 倍工作載荷應(yīng)力和等效位移共同作用下，對吊裝棒各個部位的安全系數(shù)進(jìn)行分析。設(shè)定當(dāng)?shù)跹b棒某個區(qū)域的安全系數(shù)大于1.5 時模型顯示為藍(lán)色，當(dāng)某個區(qū)域的安全系數(shù)小于1.5 時顯示為紅色。得到吊裝棒的最小安全系數(shù)為1.62。因此，吊裝棒在進(jìn)行載荷為50t 的吊裝活動時是足夠安全的。

3.3 混凝土錨點制作

根據(jù)方案，在PC 柱吊裝找正后柱底板和插筋灌漿前，每根柱子需要4 個錨點進(jìn)行臨時固定。根據(jù)進(jìn)度計劃及PC 梁的施工周期，計劃預(yù)制100 個1.3m×1.3m×1.3m、重量大于5t 的錨點。

4 PC柱子安裝

4.1 基礎(chǔ)檢查

在基礎(chǔ)層臺上畫出柱子安裝中心線和標(biāo)高基準(zhǔn)點，并檢查插筋的間距、數(shù)量是否符合設(shè)計要求。

4.2 基礎(chǔ)處理

在PC 柱子基礎(chǔ)四邊距離柱子外表面60mm 處，用砂輪機(jī)切割出柱底板灌漿模板內(nèi)側(cè)邊線。如果基礎(chǔ)承臺高于安裝饅頭標(biāo)高時，需要加大切邊的范圍，以便后期PC柱子找正時加減調(diào)節(jié)墊板。

4.3 饅頭制作

PC 柱安裝部位切邊完成后，清除基礎(chǔ)表面浮漿，在基礎(chǔ)0°、90°、180°、270°方位畫出饅頭位置。饅頭頂部使用140mm×60mm×12mm 厚的鋼板，要求饅頭標(biāo)高誤差不超過2mm，水平度不超過1/ 1000，饅頭外端頭以露出柱子外表面10cm 為宜。

4.4 基礎(chǔ)插筋處理

為確保柱子下落時承臺基礎(chǔ)插筋能順利進(jìn)入螺紋套筒，在插筋調(diào)直后用一根12mm 的箍筋臨時將插筋固定；再次檢查插筋數(shù)量及間距、預(yù)留長度是否符合要求。

4.5 PC柱子檢查驗收

檢查PC 柱子編號、外觀尺寸，預(yù)埋件數(shù)量、位置、方向，支撐角鋼用預(yù)埋螺栓套筒的標(biāo)高、數(shù)量，牛腿方向、PC柱底部螺紋套管數(shù)量、間距、深度，以及灌漿孔數(shù)量、柱底平整度、PC 柱吊裝孔位置是否符合設(shè)計要求。將PC 柱子放在高度為200mm 的枕木上，以便后續(xù)纜風(fēng)繩安裝有操作空間，并用空壓機(jī)吹掃灌漿孔，確保暢通和無異物。

4.6 PC柱中心和標(biāo)高控制線標(biāo)注

在PC 柱三個方向上畫出中心線及安裝方向，距離底部1m 處標(biāo)注標(biāo)高控制線，確保吊裝就位后能快速地進(jìn)行找正，保證標(biāo)高統(tǒng)一。用水平角尺對柱子底部與饅頭接觸區(qū)域進(jìn)行平整度檢查，如果柱底不平需要進(jìn)行處理，確保PC 柱子底部和饅頭頂部接觸良好。

4.7 支撐角鋼制作及安裝

PC 主梁安裝用的支撐角鋼規(guī)格為200mm×200mm×20mm- L=700mm，通過6 顆M20×60 的高強(qiáng)螺栓與柱子上的預(yù)埋螺紋套筒連接。為防止銹水污染柱子表面，需要將支撐角鋼進(jìn)行油漆處理。

吊裝前支撐角鋼需安裝完成。由于支撐角鋼的頂標(biāo)高就是PC 主梁的安裝標(biāo)高，通過安裝標(biāo)高控制線處檢查支撐角鋼預(yù)埋螺栓的標(biāo)高，支撐角鋼的上表面標(biāo)高只能等于或者小于設(shè)計標(biāo)高。當(dāng)發(fā)現(xiàn)支撐角鋼標(biāo)高超過要求時，需要將支撐角鋼螺栓孔進(jìn)行擴(kuò)孔，將標(biāo)高降至設(shè)計值。

4.8 纜風(fēng)繩抱箍及錨點設(shè)計安裝

4.8.1 纜風(fēng)繩抱箍設(shè)計和制作

纜風(fēng)抱箍采用12# Q235 普通槽鋼進(jìn)行制作，四周用M16 的高強(qiáng)螺栓組裝，四邊槽鋼的中部焊接纜風(fēng)繩連接耳。為防止纜風(fēng)繩抱箍安裝完成后損壞柱子表面的混凝土，以及讓纜風(fēng)繩抱箍能更好地與柱子表面固定，需在槽鋼內(nèi)表面用AB 膠水張貼δ=6mm 的橡膠皮。還要將纜風(fēng)繩抱箍表面進(jìn)行油漆處理，預(yù)防槽鋼生銹對混凝土柱子表面造成污染。

4.8.2 抱箍和纜風(fēng)繩安裝

纜風(fēng)繩抱箍安裝在吊裝孔下方500mm 處，同時確保纜風(fēng)繩安裝高度超過柱子高度的2/ 3，以增加柱子的穩(wěn)定性。將纜風(fēng)繩沿著柱子拉直，捆扎在距柱底1m 高位置處。纜風(fēng)繩的長度根據(jù)柱子的高度適當(dāng)增加6m 左右，避免鋼絲繩張緊后纜風(fēng)繩不夠長。

4.9 錨點布置

擺放錨點時盡量確保纜風(fēng)繩張緊后與地面夾角不小于60°，需注意避讓后續(xù)柱子的吊裝，而且不能影響下一根柱子的纜風(fēng)繩拉設(shè)。錨點擺放位置要盡量平整，不能懸空；離基坑邊距離不少于1m，以防止暴雨對基坑沖刷造成錨點傾翻。

4.10 吊索具安裝

根據(jù)吊裝方案的要求安裝主吊和溜尾吊車的吊裝梁和鋼絲繩。根據(jù)柱子的外形尺寸，選擇合適的吊裝棒通過調(diào)節(jié)套筒調(diào)節(jié)兩側(cè)的距離，最后鎖緊螺帽。

4.11 PC柱吊裝就位

（1）采用兩臺吊車遞送法進(jìn)行吊裝，起吊之前特別注意要將兩臺吊車的主鉤調(diào)整至吊裝棒正上方。

（2）當(dāng)PC 柱完全直立后，使用升降機(jī)移除溜尾鋼絲繩和吊裝棒。移除底部吊裝棒時首先要移除溜尾鋼絲繩；拆除一方固定螺帽和調(diào)節(jié)套筒，將鋼棒從另外一側(cè)緩慢抽出300mm 左右；緩慢放下吊車小鉤，再使用一根1t×2m 的吊帶將吊裝棒捆綁住，待吊帶系牢后才能將鋼棒完全抽出。

（3）緩慢將柱子下落至距離插筋頂端200mm 左右，旋轉(zhuǎn)至正確的安裝方位；使用撬棍和叉子將柱子底部的螺紋套筒和插筋對正，緩慢下落直到插筋全部進(jìn)入柱子內(nèi)部套筒；拆除固定插筋用的箍筋，繼續(xù)下落至饅頭頂部約30mm 左右停止；將柱子中心和基礎(chǔ)中心對正，繼續(xù)下落，當(dāng)柱底和饅頭完全接觸吊車荷載為5t 時停止下落。

4.12 PC柱找正、微調(diào)、張緊纜風(fēng)繩

（1）將纜風(fēng)繩和混凝土錨點用手扳葫蘆連接起來，適當(dāng)張緊。用經(jīng)緯儀在互成90°兩個方向檢查柱子的垂直度，通過張緊纜風(fēng)繩進(jìn)行微調(diào)；用經(jīng)緯儀監(jiān)控垂直度，互成180°兩個方向時張緊纜風(fēng)繩，最后用掛鎖將手板葫蘆鎖死。

（2）使用高空升降車拆除頂部吊裝棒和鋼絲繩。與拆除溜尾吊裝棒相同，在拆除過程中需要使用小鉤系掛吊帶的方式。

4.13 PC柱底板灌漿

柱子驗收合格后，再安裝柱底板灌漿模板。模板四周距離柱子邊50mm，模板高度200mm。灌漿時，使用手搖壓力灌漿泵通過柱子中心孔進(jìn)行灌漿，灌漿高度以距離溢流口50mm 為宜，只需對底板進(jìn)行密封即可。

4.14 PC柱插筋灌漿

柱子底板灌漿12h 后即可使用手搖壓力灌漿泵由下往上對插筋進(jìn)行灌漿，灌漿料的攪拌必須嚴(yán)格按廠家要求進(jìn)行。灌滿后，灌漿料將會均勻地從溢流口緊貼柱子表面往下流，此時要拆除底部進(jìn)料管迅速用高密度海綿進(jìn)行封堵；灌漿完成后10min 左右，對溢流口和進(jìn)料口的部位進(jìn)行修補(bǔ)和污物清理。

4.15 柱中心孔封堵

中心孔灌漿需要將灌漿軟管從頂部排氣口插至柱子底部，使用手動壓力灌漿泵將灌漿料緩慢注入。隨著灌漿料的注入，緩慢抽出軟管，并在整個過程中始終保持軟管出口在灌漿料液面下，確保內(nèi)部空氣完全排除，直至灌漿料溢出為止。

5 PC主梁、次梁安裝

5.1 PC次梁安裝

首先開始最低層PC 次梁的吊裝，然后從一個方向完成4 根柱子之間的主次梁安裝。當(dāng)所有的主次梁安裝完成后，既可以開始找正灌漿用腳手架搭設(shè)。主、次梁的找正過程中，除最頂層PC 梁的找正使用吊車外，其余梁可以使用手拉葫蘆系掛在上一層PC 梁上進(jìn)行找正，可以大大降低吊車使用量和提高找正速度。通過標(biāo)高基準(zhǔn)線進(jìn)行標(biāo)高控制。找正完成后，對梁底部和牛腿之間的縫隙及固定銷進(jìn)行灌漿封堵。

5.2 PC主梁安裝

PC 主梁安裝方法和PC 次梁基本相同，待PC 主梁找正完成后，依次進(jìn)行U 型槽內(nèi)套筒鋼筋及模板、U 型槽上表預(yù)埋件安裝。檢查合格后，進(jìn)行混凝土澆筑。為防止角鋼安裝過程中標(biāo)高過高造成主梁標(biāo)高無法下降，在進(jìn)行角鋼安裝時要將槽鋼頂標(biāo)高下調(diào)5mm 左右。

6 拆除纜風(fēng)繩和抱箍

第一層主次梁安裝完成后，即可拆除纜風(fēng)繩和抱箍和錨點。在拆除纜風(fēng)繩的過程中，需要同時松開相對方向的手板葫蘆，盡量保持兩側(cè)同步。

7 拆除PC主梁模板和底部支撐角鋼

當(dāng)PC 主梁混凝土澆筑完成并且達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度時，即可拆除PC 主梁安裝所用的支撐角鋼和模板。支撐角鋼拆除后，立即用塑料發(fā)泡劑對安裝支撐角鋼用的預(yù)埋螺栓眼進(jìn)行封堵，防止雨水銹蝕造成污染。

8 PC管廊檢查移交

完成上述PC 管廊的所有施工后，即可移交給鋼結(jié)構(gòu)、電氣專業(yè)、管道專業(yè)進(jìn)行后續(xù)施工。

9 裝配式混凝土PC管廊的技術(shù)優(yōu)勢

9.1 縮短工期

裝配式混凝土PC 管廊與傳統(tǒng)現(xiàn)場澆筑的混凝土管廊相比，最大優(yōu)點是可以極大地縮短施工周期。裝配式混凝土PC 管廊的預(yù)制工作可以和現(xiàn)場基礎(chǔ)施工同步進(jìn)行，或者在現(xiàn)場基礎(chǔ)澆筑之前就在預(yù)制場完成，不受其他施工工序、施工環(huán)境、場地的影響。根據(jù)本項目的實施效果來看，與傳統(tǒng)的施工工藝相比，整體施工縮短6 個月以上。

9.2 施工質(zhì)量好

裝配式混凝土PC 管廊的預(yù)制都是在車間完成，可以實現(xiàn)流水線標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)。與傳統(tǒng)施工工藝相比，不僅施工誤差小，外觀成型好，而且生產(chǎn)效率高。

9.3 減少高空作業(yè)、減低現(xiàn)場施工風(fēng)險

與傳統(tǒng)的施工方法相比，裝配式混凝土PC 管廊可以最大限度地減少高空作業(yè)，降低了現(xiàn)場高空作業(yè)風(fēng)險。

9.4 節(jié)約能耗和原材料

裝配式混凝土PC 管廊在車間預(yù)制時使用的是標(biāo)準(zhǔn)可重復(fù)利用的鋼模板，而傳統(tǒng)的施工方法需要在現(xiàn)場安裝大量的模板，不僅成本高、浪費嚴(yán)重，而且造成大量的建筑垃圾，對環(huán)境造成大量的污染。同時，裝配式混凝土PC 管廊在施工中PC 柱梁安裝和后續(xù)管道專業(yè)安裝可以共用一個腳手架，減少了二次拆除和搭設(shè)。在本項目執(zhí)行過程中，與傳統(tǒng)的施工相比，直接節(jié)約二次腳手架搭設(shè)費用超過7 萬m2。

9.5 經(jīng)濟(jì)效益明顯

在本項目中，混凝土管廊由原來的現(xiàn)場澆筑變成和鋼結(jié)構(gòu)專業(yè)一樣可以按構(gòu)件編號進(jìn)行吊裝就位，極大地降低了人工成本。同時，由于使用工廠標(biāo)準(zhǔn)化流水線生產(chǎn)，受外界環(huán)境干擾小，現(xiàn)場腳手架不需要重復(fù)搭設(shè)拆除，預(yù)制模板可重復(fù)利用，節(jié)約施工場地，現(xiàn)場施工機(jī)械化程度高。與傳統(tǒng)的施工方法相比，裝配式混凝土PC 管廊的經(jīng)濟(jì)效益非常明顯。

10 結(jié)語

PC 管廊打破了常規(guī)現(xiàn)澆管廊的施工模式，不僅最大限度地縮短了施工周期，而且在工廠進(jìn)行構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，效率更高，施工質(zhì)量容易控制，避免了由于現(xiàn)場澆筑帶來的高空作業(yè)風(fēng)險和大量腳手架需求，保障了項目的總體進(jìn)度。

雖然目前國內(nèi)裝配化施工由于起步較晚，缺乏相應(yīng)的行業(yè)規(guī)范、成熟的施工經(jīng)驗，以及與之相配套的標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)供應(yīng)商，工業(yè)化生產(chǎn)方式與現(xiàn)行管理模式不相適應(yīng)等諸多不利因素限制，與發(fā)達(dá)國家還存在著巨大差距。但隨著科學(xué)技術(shù)水平的發(fā)展和國內(nèi)施工裝配水平的提高，這種差距正逐步縮小。毫無疑問，裝配化施工正成為國內(nèi)外工程發(fā)展的必然方向。