李慧杰 陳吉亮 王國溶

(山東臨沂水利工程總公司，山東 臨沂 276000)

1 工程概況

臨沂市蘭山區(qū)涑河綜合治理工程主要建設(shè)內(nèi)容為河道治理及鋼構(gòu)橋及橡膠壩安裝施工。其中橡膠壩為單跨，壩底板高程73.5m，壩高4.5m，凈寬60m。鋼構(gòu)橋位于橡膠壩正上方，鋼結(jié)構(gòu)橋梁重353t，鋼構(gòu)橋?yàn)閱慰缌洪L62.62m的梭形鋼結(jié)構(gòu)空間桁架拱橋，分為騎行橋、慢行橋。上下弦之間通過豎桿、斜撐和斜向鋼拉桿連接。主橋結(jié)構(gòu)總高度4.807m，支撐跨徑61.12m，橋總寬9.2m。最高橋面高程85.579m，橋梁面積約588.8m2(見圖1)。

圖1 工程實(shí)景圖

2 選擇課題

2.1 需求分析

按照建設(shè)單位要求，主體施工任務(wù)必須在主汛期(6月1日)之前完成，保證汛期河道安全度汛。常規(guī)計劃鋼構(gòu)橋制作安裝和橡膠壩安裝時間為2021年5月1日至6月4日，總工期共35天，已經(jīng)進(jìn)入主汛期，不滿足建設(shè)單位和安全度汛要求。

施工工序由于受施工空間限制，只能按照鋼構(gòu)橋安裝、橡膠壩壩袋安裝次序依次進(jìn)行。施工位置位于涑河主河道上，兩者呈上下空間分布。梭形鋼構(gòu)橋，因其跨度大、重量大、結(jié)構(gòu)不規(guī)則及受力不平衡等特點(diǎn)，安裝施工難度大。橡膠壩袋安裝工序多，步驟煩瑣。如若按照傳統(tǒng)安裝方法，二者的安裝總體施工工期縮短是難以實(shí)現(xiàn)的。

施工人員高空作業(yè)次數(shù)多，存在較大安全隱患。目前，大多數(shù)橋梁吊裝過程中，都需要工人利用工具，配合吊車進(jìn)行微調(diào)作業(yè)，這給吊裝作業(yè)增加了難度及風(fēng)險性。

測量儀器不便于使用，安裝定位精準(zhǔn)度控制難度大。鋼橋在吊裝過程中，根據(jù)以往的吊裝方案，各種測量儀器不方便進(jìn)行校核控制，不能精準(zhǔn)地控制鋼構(gòu)件的標(biāo)高及坐標(biāo)。

常規(guī)的鋼結(jié)構(gòu)吊裝方法無法滿足施工工期要求，安裝過程中存在安全隱患，對于鋼構(gòu)橋安裝精準(zhǔn)度控制難度大。

2.2 創(chuàng)新思路

小組成員召開頭腦風(fēng)暴會議，討論研究工程中具有借鑒價值的事物，最終從檢修閘門鎖定銷運(yùn)用原理得到啟發(fā)。檢修閘門是鋼結(jié)構(gòu)平板閘門，平時放置于檢修槽上方，使用時將多個檢修閘依次安裝到檢修槽內(nèi)，依靠檢修閘門鎖定銷緊密結(jié)合。多塊檢修閘門依靠上、下部分的銷子和銷槽，可以實(shí)現(xiàn)整個檢修閘門安裝的快捷、準(zhǔn)確。檢修閘門鎖定銷原理是一對一搭接，點(diǎn)對點(diǎn)就位，可以準(zhǔn)確無誤地保證安裝精準(zhǔn)度。應(yīng)該探索研制梭形鋼構(gòu)橋空間定位裝置，提高鋼構(gòu)橋安裝定位精準(zhǔn)度，減少人員高空作業(yè)次數(shù)，加快施工進(jìn)度，縮短施工工期。

3 設(shè)定目標(biāo)及目標(biāo)可行性論證

3.1 設(shè)定目標(biāo)

經(jīng)過小組成員討論分析，只有縮短前期鋼構(gòu)橋安裝工期，在鋼構(gòu)橋騎行橋安裝完成后進(jìn)行漫行橋交叉施工，才能確保鋼構(gòu)橋下橡膠壩施工工期提前，最終實(shí)現(xiàn)縮短工期目標(biāo)。因此目標(biāo)設(shè)定為：鋼構(gòu)橋及橡膠壩袋安裝總工期壓縮至30天內(nèi)。

3.2 目標(biāo)可行性論證

3.2.1 施工工期可行性論證

該施工任務(wù)按照原施工計劃需要35天完成，為保證工程在主汛期前完成，只有縮短鋼構(gòu)橋安裝工期，才能確保鋼構(gòu)橋下橡膠壩壩袋順利安裝，最終實(shí)現(xiàn)縮短工期目標(biāo)。由于梭形鋼構(gòu)橋結(jié)構(gòu)不規(guī)則，制作工序復(fù)雜，已經(jīng)安排在機(jī)械廠分塊制作，并在吊裝前運(yùn)輸?shù)焦さ噩F(xiàn)場拼接。此外，按照公司以往類似規(guī)模橡膠壩袋安裝經(jīng)驗(yàn)，本項(xiàng)目橡膠壩袋安裝需要8天才能完成，不能再縮短，所以只能縮短鋼構(gòu)橋安裝工期，才能保證總體施工工期在30天內(nèi)完成(見圖2)。

圖2 總體施工計劃工期論證對比

3.2.2 針對即將研制的空間定位裝置進(jìn)行推演論證

根據(jù)推理演算，空間定位裝置的制作安裝可在鋼構(gòu)橋分塊運(yùn)至工地現(xiàn)場之前完成，待鋼構(gòu)橋分塊運(yùn)送至工地現(xiàn)場后，直接吊裝焊接，精準(zhǔn)定位，避免吊裝過程中反復(fù)調(diào)試定位，可以達(dá)到縮短工期的目標(biāo)。

檢測設(shè)備配備齊全，檢測人員跟蹤檢測鋼構(gòu)橋安裝質(zhì)量，可以對焊接構(gòu)件進(jìn)行實(shí)時測量檢測，為鋼構(gòu)橋定位裝置研制提供了檢測技術(shù)支持，確保所研制裝置安全可靠。

4 提出方案并確定最佳方案

4.1 擬定方案

經(jīng)過召開會議分析，圍繞“梭形鋼構(gòu)橋空間定位裝置研制”，提出多種改進(jìn)方案，經(jīng)過技術(shù)總工總結(jié)后，擬出兩套可供選擇的總體方案。

方案一：滿堂腳手架支撐平臺+操作平臺。采用滿堂腳手架作為支撐系統(tǒng)，在跨中搭設(shè)操作平臺。先在橡膠壩底板平面搭設(shè)滿堂腳手架，搭設(shè)至指定高程，搭設(shè)操作平臺，方便后期施工人員在平臺上，配合吊車進(jìn)行微調(diào)作業(yè)。

方案二：框架支撐平臺+空間定位裝置。采用在壩底板中心處設(shè)置框架支撐平臺，配合空間定位裝置的使用。借鑒檢修閘鎖定銷原理，實(shí)現(xiàn)“點(diǎn)對點(diǎn)”拼裝，使用測量儀器在空間定位裝置上放出鋼構(gòu)橋吊裝空間中心點(diǎn)。在鋼構(gòu)橋吊裝過程中，將鋼構(gòu)橋底部定位器對準(zhǔn)定位槽，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)精準(zhǔn)安裝。

方案分析情況見表1。

表1 方案比選

經(jīng)小組從操作性、工期及成本等方面分析，最終決定采用框架支撐平臺+空間定位裝置(總體方案)。小組成員充分考慮影響鋼構(gòu)橋吊裝和空間精準(zhǔn)定位的關(guān)鍵因素，確定了框架支撐平臺和空間定位裝置兩大部分，小組成員運(yùn)用系統(tǒng)圖對組成部分進(jìn)行了整理(見圖3)。

圖3 框架支撐平臺+空間定位裝置方案分解系統(tǒng)圖

根據(jù)方案細(xì)化分解及之前的論證，實(shí)施方案還需要解決好支撐柱、支撐平臺、支撐架、定位槽和定位器五個方面的問題。經(jīng)過小組成員分析討論，對方案進(jìn)行了細(xì)化分解。

4.2 支撐柱方案選擇

選擇過程：通過對槽鋼(40B)、工字鋼(40B)及鋼管(φ600×6mm)三種材料的荷載計算、核算，可操作性，經(jīng)濟(jì)合理性等方面進(jìn)行綜合評估得出結(jié)論：鋼管(φ600×6mm)荷載滿足施工需求，價格適中，制作難度小，操作簡便。

4.3 支撐平臺方案選擇

選擇過程：通過對槽鋼(40B)、工字鋼(45B)兩種材料的荷載計算、核算，可操作性，經(jīng)濟(jì)合理性等方面進(jìn)行綜合評估得出結(jié)論：工字鋼(45B)承壓效果好，制作難度中等，成本費(fèi)用稍高。

4.4 支撐架方案選擇

選擇過程：通過對角鋼(100mm×100mm×6mm)、槽鋼(10∶100mm×48mm×5.3mm)兩種材料的荷載計算、核算，可操作性，經(jīng)濟(jì)合理性等方面進(jìn)行綜合評估得出結(jié)論：角鋼(100mm×100mm×6mm)雖然費(fèi)用較高，但是加工制作簡便，施工工期短，可以實(shí)現(xiàn)縮短工期的目標(biāo)。

4.5 定位槽及定位器方案選擇

選擇過程：通過對Q420C(12mm)鋼板、Q235(12mm)鋼板兩種材料的可操作性，經(jīng)濟(jì)合理性等方面進(jìn)行綜合評估得出結(jié)論：Q420C(12mm)鋼板雖然價格較高加工難度較大，但是材料強(qiáng)度高不易變形。

4.6 確定最佳方案

確定的最佳方案見圖4。

圖4 確定最佳方案(框架支撐平臺+空間定位裝置)

5 制定對策

小組成員根據(jù)確定的最佳方案，結(jié)合工程成本、生產(chǎn)技術(shù)條件和可操作性商定對策(見表2)。

表2 對策

6 對策實(shí)施

6.1 采用鋼管制作支撐柱

小組成員按照對策表采購φ600鋼管；并按照圖紙進(jìn)行切割；將制作完成的支撐柱焊接固定在橡膠壩底板。按《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》(GB 50205—2001)中相關(guān)規(guī)定對支撐柱進(jìn)行檢測得知：焊縫探傷檢測等級均不低于Ⅱ級，垂直度允許偏差均符合規(guī)范要求。

6.2 采用角鋼制作支撐架

采購角鋼(100mm×100mm×6mm)，并按照圖紙要求下料焊接。根據(jù)相關(guān)規(guī)范對支撐柱進(jìn)行檢測得知：焊縫探傷檢測等級均不低于Ⅱ級，符合規(guī)范要求。

6.3 采用工字鋼制作支撐平臺

采購工字鋼(45B)，按照圖紙要求下料焊接，焊接調(diào)整過程采用全站儀校核高程及坐標(biāo)點(diǎn)。按照相關(guān)規(guī)范對支撐平臺進(jìn)行檢測得知：平臺平整度偏差均小于2mm，坐標(biāo)測量偏差均小于2mm，高程測量偏差均小于2mm。

6.4 采用Q420C(12mm)鋼板制作定位槽及定位器

使用鋼構(gòu)橋制作時剩余的Q420C鋼板按照圖紙要求下料焊接。按相關(guān)規(guī)范對定位槽及定位器進(jìn)行檢測得知：焊縫探傷檢測均不小于Ⅱ級，表面平整度測量均符合規(guī)范要求。

7 效果檢查

通過空間定位裝置的科學(xué)應(yīng)用，鋼構(gòu)橋及橡膠壩袋安裝任務(wù)順利完成。分別從施工工期及安裝質(zhì)量進(jìn)行分析：首先，鋼構(gòu)橋及橡膠壩安裝原計劃施工工期35天，小組開展活動確定目標(biāo)工期為30內(nèi)完成，應(yīng)用空間定位裝置后施工工期共29天，縮短工期6天，完成小組活動目標(biāo)。其次，小組成員對鋼構(gòu)橋進(jìn)行沉陷位移測量：設(shè)計跨中底高程為80.770m。安裝前，考慮鋼橋安裝完成后，會發(fā)生沉降現(xiàn)象，將安裝跨中底高程抬高30mm，設(shè)置為80.800m。安裝后測量檢查鋼構(gòu)橋沉陷位移情況，觀測點(diǎn)平均高程為80.772m，較設(shè)計高程偏差為2mm，滿足鋼結(jié)構(gòu)安裝質(zhì)量要求。

8 效益分析

8.1 經(jīng)濟(jì)效益

小組成員對空間定位裝置研制成本進(jìn)行分析：本次QC小組活動研制投入費(fèi)用35577.12元，使用研制裝置后節(jié)省費(fèi)用27600元。經(jīng)核算，增加研制費(fèi)用7977.12元。該裝置的研制應(yīng)用雖然沒有節(jié)省成本，但是鋼構(gòu)橋及橡膠壩安裝任務(wù)29天完成，縮短了6天工期，提高了施工效率，在主汛期之前順利完成了施工任務(wù)。

8.2 社會效益

該裝置成功的研制應(yīng)用，縮短了施工工期，提高了鋼構(gòu)橋定位精度控制的便捷性。并且完善了公司在鋼結(jié)構(gòu)建筑物的施工工藝水平，將公司技術(shù)創(chuàng)新、工藝水平提升到新的高度，得到了業(yè)主及監(jiān)理單位的一致好評。

9 標(biāo)準(zhǔn)化

小組對本次活動中“鋼構(gòu)橋空間定位裝置”的成功研制應(yīng)用進(jìn)行了總結(jié)記錄，編制了《梭形鋼構(gòu)橋空間定位裝置工藝總結(jié)報告》，并開展推廣學(xué)習(xí)活動，以便今后在同類工程中推廣應(yīng)用。根據(jù)空間定位裝置研制、制作過程，將本次QC小組活動成果形成技術(shù)圖紙(見圖5)和工藝總結(jié)報告整理存檔。撰寫論文《涑河綜合治理工程鋼構(gòu)橋安裝精度控制》及申請實(shí)用型專利《一種大跨度鋼構(gòu)橋空間定位裝置》。

圖5 空間定位裝置圖紙1—橋墩；2—球鋼支座；3—鋼構(gòu)橋橋板；4—支撐柱；5—臨時支撐平臺；6—連接鋼板；7—定位槽；8—定位器；9—上橋板；10—底板；11—支撐架

10 結(jié) 語

通過小組成員的共同努力，研制出了“空間定位裝置”并在梭形鋼構(gòu)橋安裝時成功運(yùn)用，縮短了施工工期，保證了工程安全度汛，提高了鋼構(gòu)橋定位精度控制的便捷性，既保證了空間定位的精準(zhǔn)度，又替代了吊裝時施工人員的高空作業(yè)，降低了安全隱患。通過本次質(zhì)量管理活動的開展，極大地提高了公司員工創(chuàng)新改進(jìn)意識、質(zhì)量意識，充分發(fā)揮了團(tuán)結(jié)協(xié)作能力。