張 強(qiáng)，劉 軍，汪宇雄

(中國(guó)建筑第二工程局有限公司，北京 100160)

1 工程概況

廣西防城港核島安全廠房東、西、北外墻外側(cè)扶壁柱8.700～17.600m標(biāo)高區(qū)域內(nèi)設(shè)有防甩擊懸挑混凝土牛腿，共31個(gè)。牛腿作為主蒸汽管道的固定點(diǎn)，且結(jié)構(gòu)自身需具備抗大飛機(jī)撞擊的功能，因此，結(jié)構(gòu)選用C50混凝土+HRB500E鋼筋設(shè)計(jì)。防甩擊懸挑混凝土牛腿伸出外墻最大長(zhǎng)度為5.2m，牛腿高5.5m、厚1.6m，單個(gè)牛腿混凝土重約88.2t。牛腿混凝土總量約為603.4m3，鋼筋約310t，安裝有DN1 000， DN1 400的AW型和AZ型套管，單個(gè)套管長(zhǎng)1 600mm、重達(dá)1.1t，共88個(gè)鋼套管，套管總重達(dá)83t以上，牛腿剖面如圖1所示。

圖1 BSX廠房牛腿墩剖面(懸桃4 500mm)

核島安全廠房北側(cè)與常規(guī)島之間7m寬間隙作為施工期間人員通行、設(shè)備引入、材料倒運(yùn)的主通道，核島防甩擊懸桃混凝土牛腿在該區(qū)域共布置13個(gè)，若采用傳統(tǒng)鋼管架或塔架，在結(jié)構(gòu)施工期間整個(gè)7m寬間隙主通道需封閉，無法滿足項(xiàng)目整體施工目標(biāo)要求。經(jīng)分析，結(jié)合土建、安裝等各單位的施工需求，該區(qū)域牛腿選用由φ219×6鋼柱+可調(diào)托座+HW250×250×9×14型鋼主梁+I20次梁+三角桁架+模板系統(tǒng)組成的支撐體系(以下簡(jiǎn)稱“鋼柱支撐平臺(tái)”)。

防甩擊懸挑混凝土牛腿類型及對(duì)應(yīng)支撐體系類型如表1所示。牛腿分布于標(biāo)高9.000～16.000m，為保證混凝土澆筑質(zhì)量、提高鋼柱支撐體系的安全富余量，牛腿混凝土澆筑高度方向采用2次施工與澆筑，首層澆筑高度約3.6m，剩余約1.9m一次澆筑，2次澆筑時(shí)間間隔需滿足養(yǎng)護(hù)要求。

表1 安全廠房牛腿類型及對(duì)應(yīng)支撐體系類型

2 防甩擊懸挑混凝土牛腿施工

2.1 施工場(chǎng)地需求

鋼柱支撐平臺(tái)主要分布于廠房北側(cè)7m寬間隙及西北角和東北角，涉及15個(gè)牛腿，鋼柱立于已硬化的C35混凝土正式路面上，混凝土路面下方采用分層回填、分層壓實(shí)，地基承載力特征值≥200kPa(即20t/m2)的結(jié)構(gòu)回填料滿足鋼柱支撐平臺(tái)承載力要求，路面標(biāo)高約為-0.300m。

2.2 施工重難點(diǎn)分析及解決方案

針對(duì)核島安全廠房防甩擊懸挑混凝土牛腿外挑尺寸大、高度高、施工荷載大(立柱頂部支撐荷載可達(dá)131～168kN)預(yù)埋物項(xiàng)多且施工精度要求高，工期緊、任務(wù)重，場(chǎng)地狹小，地基處理工序繁瑣，作業(yè)環(huán)境復(fù)雜多變等特點(diǎn)，項(xiàng)目從安全管理、質(zhì)量管理、技術(shù)管理、工期合理安排、施工總平面動(dòng)態(tài)管理、大體積混凝土質(zhì)量控制、BIM技術(shù)的應(yīng)用等方面入手、保證施工安全和質(zhì)量。

2.2.1安全管理

實(shí)行項(xiàng)目安全周檢并成立防甩擊懸挑混凝土牛腿專項(xiàng)施工安全小組，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置專職安全員進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，事事跟蹤落實(shí)，定期組織學(xué)習(xí)。實(shí)現(xiàn)了牛腿施工期間零事故，將生產(chǎn)安全事故和對(duì)環(huán)境造成的不利影響降低到合理、可行、盡可能低的水平。

2.2.2質(zhì)量管理

由于核設(shè)施的特殊性，嚴(yán)格遵照HAF003(1991)《核電廠質(zhì)量保證安全規(guī)定》、國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)(IAEA)發(fā)布的50-C/SG-Q《核電廠和其它核設(shè)施安全的質(zhì)量保證》法規(guī)及其有關(guān)導(dǎo)則、現(xiàn)行ISO9001《質(zhì)量管理體系》等要求，結(jié)合項(xiàng)目特點(diǎn)制定符合要求且具有可實(shí)施性的《質(zhì)量保證大綱》《管理程序》《工作程序》，建立項(xiàng)目質(zhì)量、質(zhì)保管理體系，編制施工方案、質(zhì)量計(jì)劃、作業(yè)指導(dǎo)書，以此來指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工；設(shè)置各級(jí)質(zhì)量管理機(jī)構(gòu)，配備足夠數(shù)量的、高素質(zhì)的質(zhì)保、質(zhì)控監(jiān)督人員，加強(qiáng)過程監(jiān)控檢測(cè)措施。實(shí)現(xiàn)了牛腿施工質(zhì)量零事故。

2.2.3技術(shù)管理

編制牛腿支撐安全專項(xiàng)施工方案，并經(jīng)項(xiàng)目各部門會(huì)審，由項(xiàng)目總工程師、項(xiàng)目經(jīng)理審批后上報(bào)至公司審查，最終由公司總工程師批準(zhǔn)生效；上傳IMS施工管理信息系統(tǒng)經(jīng)工程公司、監(jiān)理單位審核通過后，組織一、二、三級(jí)安全技術(shù)交底后方可實(shí)施。

2.2.4工期合理安排

由項(xiàng)目工程部牽頭制定防甩擊懸挑牛腿施工專項(xiàng)進(jìn)度計(jì)劃并組織各單位進(jìn)行交底宣貫，成立牛腿專項(xiàng)施工小組，確保各施工任務(wù)按計(jì)劃如期完成。

2.2.5施工總平面動(dòng)態(tài)管理

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境，牛腿施工分批進(jìn)行，優(yōu)先啟動(dòng)7m寬間隙牛腿施工，預(yù)留時(shí)間窗口方便3，9，8號(hào)塔式起重機(jī)服務(wù)其他施工區(qū)域材料轉(zhuǎn)運(yùn)需求，根據(jù)施工進(jìn)度逐一拆除或移位與牛腿施工碰撞的3，9，8號(hào)塔式起重機(jī)。

2.2.6大體積混凝土質(zhì)量控制

1)鋼筋綁扎 鋼筋綁扎流程為：①安裝里側(cè)扶壁柱上預(yù)留套管對(duì)應(yīng)的水平鋼筋→②安裝里側(cè)豎向鋼筋→③安裝下部水平 U 形筋→④安裝里側(cè)水平箍筋(1層水平筋、1層水平箍筋)→⑤安裝里側(cè)豎向箍筋→⑥預(yù)留放置外側(cè)豎向箍筋→⑦安裝外側(cè)下部水平箍筋→⑧預(yù)留放置外側(cè)上部水平箍筋→⑨安裝上部水平 U形筋→⑩安裝外側(cè)豎向、水平向預(yù)留箍筋→安裝外側(cè)豎向直段帶彎拐鋼筋→拉鉤。

2)預(yù)埋件及套管安裝 利用起吊設(shè)備、吊帶、卸扣將貫穿套管放置于腳手架承重平臺(tái)上。承重平臺(tái)搭設(shè)至套管下緣，套管上方加設(shè)手拉葫蘆，利用手拉葫蘆配合塔式起重機(jī)將套管初步定位，用與結(jié)構(gòu)鋼筋型號(hào)相同的鋼筋將貫穿套管井字形加固，套管頂部加固適當(dāng)加密，調(diào)整至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，在套管頂部焊接橫梁措施鋼筋，然后根據(jù)實(shí)際位置焊接上、下部附加鋼筋，利用上、下及側(cè)向附加鋼筋與墻體支架鋼筋進(jìn)行點(diǎn)焊制作成六邊形固定框，將套管兩端固定，防止混凝土澆筑過程中套管上浮，如圖2所示。

圖2 套管固定示意

3)模板安裝加固 為防止牛腿在混凝土澆筑過程中發(fā)生側(cè)移，采用鋼絲繩+手拉葫蘆配合將模板體系與外墻上的鋼杯拉緊(見圖3)，在牛腿高度方向底部、頂部各設(shè)置1道。

圖3 牛腿側(cè)模防側(cè)移加固措施

4)混凝土澆筑及養(yǎng)護(hù) 牛腿混凝土分2次澆筑，首次澆筑高度約3.6m，下料高度≤1.5m，分層澆筑高度≤400mm。采用φ30，φ50振搗棒快插慢拔且按作用半徑的1.4倍均勻排布，即φ50振搗棒作用半徑約為200～300mm，振搗間距為280～420mm；φ30振搗棒作用半徑約為200mm，振搗間距為280mm。

在套管下部設(shè)置直徑≥6mm鋼筋制作的彈簧圈，并在套管底部開設(shè)振搗孔和觀察孔進(jìn)行跟蹤查看，確保套管底部混凝土澆筑質(zhì)量。

首層混凝土澆筑完成后，覆蓋塑料薄膜與土工布進(jìn)行保濕保溫養(yǎng)護(hù)，帶模養(yǎng)護(hù)時(shí)間≥7d，養(yǎng)護(hù)期間應(yīng)保持混凝土表面濕潤(rùn)。拆模后應(yīng)及時(shí)灑水或噴涂養(yǎng)護(hù)液進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，保濕養(yǎng)護(hù)的持續(xù)時(shí)間(帶模養(yǎng)護(hù)和拆模后保濕養(yǎng)護(hù)時(shí)間之和)≥14d。

2.2.7BIM技術(shù)的應(yīng)用

項(xiàng)目成立創(chuàng)新BIM小組，在牛腿施工前通過BIM模型模擬鋼柱安裝就位，牛腿主蒸汽管道系統(tǒng)、循環(huán)冷卻水管道系統(tǒng)、電纜橋架等體系的安裝，分析施工邏輯，檢查防碰撞構(gòu)件并及時(shí)通過設(shè)計(jì)進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，避免二次返工。

2.3 牛腿鋼柱支撐平臺(tái)施工

2.3.1平臺(tái)選擇

根據(jù)施工邏輯分析、各施工單位使用需求、施工場(chǎng)地使用需求及施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，經(jīng)支撐平臺(tái)設(shè)計(jì)驗(yàn)算對(duì)比分析，選用鋼柱支撐平臺(tái)作為牛腿模板支撐，屆時(shí)作為后續(xù)管道、橋架安裝施工平臺(tái)，同時(shí)滿足7m寬間隙主通道正常通行要求。位于懸挑牛腿底部區(qū)域的鋼柱選用φ219×6鋼管，靠近常規(guī)島側(cè)鋼柱為I22，鋼柱之間采用[12連接，主梁選用HW250×250×9×14型鋼，次梁為I20；鋼柱與主梁之間設(shè)置可調(diào)節(jié)支座；懸挑牛腿底部斜面選用I16，[10制作成三角桁架。

2.3.2構(gòu)造要求

1)7m寬間隙牛腿下方支撐鋼柱橫距1 380mm、縱距≤1 100mm， 通道處鋼柱縱距3 750mm，牛腿間鋼柱間距≤4 000mm。 鋼柱間水平拉桿、斜向拉桿選用不小于[12加固，主梁HW250×250×9×14南北向布置，次梁不小于I20、東西向≤600mm間距布置。鋼柱支撐平臺(tái)構(gòu)造如圖4所示。

圖4 7m寬間隙鋼柱支撐平臺(tái)構(gòu)造

2)水平牛腿下方支撐鋼柱橫距≤2 000mm、縱距≤1 100mm，通道處鋼柱縱距3 750mm，鋼柱間水平拉桿、斜向拉桿選用不小于[12加固，主梁HW250×250×9×14南北向布置，次梁不小于I20、東西向≤600mm間距布置。水平牛腿鋼柱支撐平臺(tái)構(gòu)造如圖5所示。

圖5 水平牛腿下方鋼柱支撐平臺(tái)構(gòu)造

2.3.3節(jié)點(diǎn)構(gòu)造

鋼柱節(jié)點(diǎn)構(gòu)造主要包含鋼柱分層間、鋼柱間水平及斜向支撐、鋼柱與支撐頂托間、支撐頂托與主梁間、主梁與次梁間等節(jié)點(diǎn)部位。

1)鋼柱整體高度為7～9m，采用分層加工和吊裝，分層高度≤4.5m，鋼柱分層間通過6組≥4.8級(jí)M16普通螺栓連接(見圖6)。

圖6 鋼柱分層間連接節(jié)點(diǎn)

2)鋼柱間水平及斜向支撐通過鋼柱耳板采用≥4.8 級(jí)M16普通螺栓連接(見圖7)。

圖7 鋼柱間水平及斜向支撐連接節(jié)點(diǎn)

3)為便于調(diào)整及后續(xù)拆除支撐，在柱頂設(shè)置可調(diào)支座(見圖8)，可調(diào)支座由4套8.8級(jí)M30螺栓+焊接的鋼構(gòu)件組合而成。經(jīng)壓重試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可調(diào)支座承載力≥500kN。根據(jù)鋼柱受力計(jì)算可知，牛腿單根支撐鋼柱最大承壓176kN，滿足要求。

圖8 柱頂可調(diào)支座立面

4)主梁HW250×250×9×14與鋼柱頂可調(diào)支座通過4顆≥4.8級(jí)M16普通螺栓連接。

2.3.4連墻件設(shè)置

利用外墻鋼杯+方通管(或槽鋼)+對(duì)拉螺栓系統(tǒng)為支點(diǎn)，相鄰支點(diǎn)焊接不小于∟50×5水平角鋼，通過 ∟50×5 連墻角鋼與鋼柱耳板通過M16螺栓、水平角鋼焊接固定，連墻件呈45°～60°夾角布置，間距≤5.5m，豎向設(shè)置≥2道。鋼支撐平臺(tái)連墻件節(jié)點(diǎn)如圖9所示。

圖9 鋼柱支撐平臺(tái)連墻件節(jié)點(diǎn)示意

2.3.5施工工藝流程

車間預(yù)制鋼柱、斜撐等桿件→地面硬化處理(鋼柱柱腳設(shè)置600mm×600mm×300mm混凝土支墩，底部設(shè)置2層間距≤200mm的HRB400E正交鋼筋，允許偏差為0～5.0mm)→測(cè)量放線→鋼柱安裝(柱腳與地面支墩膨脹螺栓固定)→鋼柱間水平及斜向支撐安裝→鋼柱頂部可調(diào)支座安裝→主梁安裝(鋼梁與鋼柱螺栓固定)→次梁安裝→鋼跳板鋪設(shè)→標(biāo)高測(cè)量及調(diào)整→三角桁架安裝→鋪設(shè)模板體系→驗(yàn)收。

2.3.6搭設(shè)

1)根據(jù)鋼柱、鋼梁及支撐桿件加工單進(jìn)行制作加工。

2)鋼柱在拼裝場(chǎng)地利用≥25t汽車式起重機(jī)輔助，選用≥2根質(zhì)量≥2t扁平吊帶，分層組裝成型。

3)根據(jù)鋼柱排布圖測(cè)量放線，混凝土地面不平整時(shí)進(jìn)行適當(dāng)打磨。

4)首層鋼柱吊裝 采用4點(diǎn)吊裝受力，主吊索為額定荷載≥20kN的4根吊帶，通過額定荷載≥20kN的卸扣纏繞在橫梁或鋼柱上作為吊點(diǎn)。

5)使用線錘、卷尺測(cè)量鋼柱垂直度，首層鋼柱垂直度按不大于±10mm控制。

6)2層鋼柱吊裝 同層吊裝方式相同并利用連接桿鋪設(shè)跳板作為施工通道。安全帶系掛在已穩(wěn)固的鋼柱橫梁、斜桿或安全繩上。

7)主梁吊裝 HW250×250×9×14主梁南北方向布置，采用額定荷載≥20kN的2根吊帶與額定載荷≥20kN的卸扣配合纏繞在鋼梁上，就位于鋼柱頂托上并采用螺栓固定。

8)次梁吊裝 次梁間距嚴(yán)格按圖紙要求排布，主、次梁間采用螺栓或點(diǎn)焊固定。次梁上滿鋪鋼跳板作為施工操作平臺(tái)。在平臺(tái)外側(cè)設(shè)置高度≥1.2m的防護(hù)欄桿和180mm高踢腳板，防護(hù)欄桿按要求設(shè)置安全網(wǎng)。

9)支撐頂標(biāo)高測(cè)量及調(diào)整 調(diào)整鋼柱可調(diào)支座以滿足標(biāo)高及平整度允許誤差要求。

10)三角桁架安裝 采用M16高強(qiáng)度螺栓通過外墻預(yù)留的對(duì)拉螺栓孔拉結(jié)固定，桁架間采用直徑≥16mm措施鋼筋固定。

2.3.7拆除

當(dāng)同條件養(yǎng)護(hù)試塊強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度100%時(shí)組織拆除支撐，同時(shí)與安裝單位確認(rèn)該區(qū)域無管道安裝作業(yè)后再行拆除。按先裝后拆、后裝先拆的原則逐層拆除。拆除流程為：調(diào)整鋼柱可調(diào)支座螺栓降低高度→拆除三角桁架→拆除底?！鸪瘟骸鸪髁骸謱硬鸪撝牧限D(zhuǎn)運(yùn)。

3 結(jié)語

核島安全廠房防甩擊懸挑混凝土牛腿荷載最大約900kN，采用鋼管支撐架，間距密集、現(xiàn)場(chǎng)搭設(shè)難度大、搭設(shè)周期長(zhǎng)，影響牛腿施工進(jìn)度。采用鋼柱支撐平臺(tái)設(shè)計(jì)方案，占地面積小，平臺(tái)下方留設(shè)充裕的施工通道，保證了牛腿施工期間7m寬間隙主通道正常的人員通行、安裝物項(xiàng)材料轉(zhuǎn)運(yùn)、設(shè)備引入等預(yù)期效果。鋼柱支撐平臺(tái)建安一體化、結(jié)構(gòu)承載力大、安全穩(wěn)定可靠、結(jié)構(gòu)安拆便捷、可循環(huán)利用、合理優(yōu)化施工邏輯、大幅縮減工期、提升整體建設(shè)效率等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)有類似結(jié)構(gòu)形式的核電項(xiàng)目支撐體系的選用有一定的借鑒意義。