浅谈某纸业污水厂钢膜结构吊装施工技术应用与质量控制管理

耿金彪

上海博丹环境工程技术股份有限公司 上海 200940

引言

针对污水处理过程中恶臭气体收集的最有效办法是对污水池进行加盖，然后用风管连接进行换气，将恶臭气体引到废气处理装置进行净化处理。污水池体钢膜结构加盖是近年来兴起的一种新型技术，具有结构安全、防腐耐久、美观大方等诸多优点，解决了污水池散发恶臭异味的难题。但是当污水池跨度比较大时，由于其周边环境差，无堆放物料和合适的吊点，造成施工困难。因此必须针对此类项目进行专题研究，因地制宜地去解决此吊装问题，满足施工的具体要求。

1 工程概况

本项目位于湖北省黄冈市，是国内一家大型造纸企业的污水处理工程，为保证恶臭气体逸散，对污水池体进行钢膜加盖。本工程的钢膜加盖内容为：2座直径72m的圆形池体（固定式），2座50m的圆形池体（旋转式），2座30m的圆形池体（旋转式）。其中72m圆形池体跨度大，周边无物料周转空间，因此施工难度较大。在施工方案中必须要重点进行控制，合理安排物料布置、吊点安排、吊装措施，并进行钢结构吊装过程中的各种工况的计算，确保钢梁起吊时的强度和挠度在设计允许范围内，结构三维轴侧图如图1所示。

图1 三维轴测图

2 施工环境分析

由于本项目的污水池跨度较大，周围环境复杂，障碍物较多，给钢膜结构的吊装施工作业带来非常大的困难。6座圆形池体高出地面4m，周围有宽约6m的厂区道路，污水池外部无钢构堆料区域，对钢结构吊装施工要求高。另外在污水池体周围的水处理设备和管线较多，吊车可以站立位置空间狭小。本项目为新建工程，污水池内尚未通水，可以利用污水池内部空间进行物料堆放和吊装，经施工方与业主方反复沟通，最终采用了将吊车放置于池体中央位置的施工方案。

3 施工工艺流程

本项目通过计算模拟分析和方案对比，最终采用了尚未通水的污水池内作为钢结构堆场，将一部150T的吊车放置于圆形池体内部的中央位置，作为起吊点。总体施工工艺流程为：工艺准备—材料进场—基础板孔对位、打孔、固定—吊短立柱—校正焊接—焊筋板—吊装桁架梁—焊缝打磨、上油漆-—吊装结束后移出吊车—池外吊装膜材—固定张拉膜材—局部整修收尾。

根据施工顺序，组织施工计划，按施工方案原定的施工部署流水节拍顺序进行各区段的施工作业。优化安装方案，使各工序顺利搭接，加工、安装随结构施工同步跟上。对本工程实行施工管理、协调、进度控制，全面负责整个工程的进度、工程质量、施工技术、现场标准化、安全生产等工作。从施工技术的先进性、吊装的可行性、现场环境的适应性上制订相应的措施，确保达到优质工程的验收标准。

4 钢膜结构吊装施工要点

4.1 吊车摆放位置的选择

72米跨度的圆形池（固定式）的钢结构梁吊装难度大。单榀桁架最大为72.15m，必须严格做好吊装计划，严格执行吊装操作。本工程由于跨度太大，采用塔吊及汽车吊在池外作业，皆不安全。最终选择了吊车在池内作业的方案，确保吊装安全，也是最经济的选择。这样钢材的堆放也选择在池体内部，既有堆放空间，又缩短了吊车的吊臂长度，节约了吊车的费用，加快了施工速度[1]。

4.2 池内吊车规格的选择

本项目中吊装是最重要的施工环节，吊车规格的选择关乎吊装安全，至关重要。本项目钢结构单榀桁架最大为36.75m，必须严格做好吊装计划，严格执行吊装操作。将150吨吊车用200吨大吊车吊入池内。吊车在池内斜坡上作业时，用枕木垫高，使支撑点达到水平状态。圆形池钢结构中心离吊车中心距有15米，单一主构件重量达2.89吨，故吊装时，需用到150吨吊车。在29米作业半径时的吊重能力是4.5吨，所以吊近3吨的主钢架是安全的，有一定的安全储备。将150吨吊车用200吨大吊车吊入池内。吊车在池内斜坡上作业时，用枕木垫高，使支撑点达到水平状态。

4.3 钢桁架吊点的选择

正式吊装前，应进行大型设备验算，吊索具验算，合格后方可作业。吊点设置及结构验算提升施工方案，对钢桁架做实体建模分析。钢桁架的上下弦杆及斜腹杆均为钢管，材质为Q235B。整段钢桁架重量为2.89吨，计算吊装应力时，考虑节点板重量系数1.2，钢桁架自重荷载分项系数1.4，计算轴力、弯矩时，分项系数取为1.4；计算吊点反力时，分项系数取为1.0。吊点分析分为4种工况，即工况1：无风垂直提升，中间部分钢桁架端部无预拉钢索；工况2：无风垂直提升，中间部分钢桁架端部设置预拉钢索；工况3：正常提升（5级风工况，预拉钢索）；工况4：静止张拉防风缆绳（10级风工况，预拉钢索，极端天气情况）。经过验算得出结论：钢桁架在四种工况条件下，上弦钢最大应力比为0.386，下弦钢最大应力比为0.421，斜腹杆最大应力比为0.256。钢桁架在吊装时最大垂直下挠-65mm，端部水平位移12.5mm，鉴于此变形情况，在钢结构加工时采用了预起拱处理，减少在结构吊装时的变形，同时在吊点处进行了局部节点加强处理。

4.4 钢桁架梁吊装方案制定和实施

本项目为圆形池，跨度72m，跨度较大，因此必须在圆池中心设置支撑架，作为钢桁架梁安装时的临时支点。支撑架采用刚度较大的四肢空间桁架柱，确保自身具有较高的稳定性和较小的变形，为钢桁架梁提供可靠的支撑。钢桁架梁和支撑架处采用螺栓连接，便于以后进行拆除[2]。钢桁架梁吊装时必须要有两条揽风绳来控制钢结构件，用吊车将钢结构吊放在指定的位置后，与中心的支撑架可靠连接，并用钢丝绳进行预固定，根据图纸杆件编号，分别将杆件与主钢架连接。当一侧钢桁架梁固定后，再吊装下一榀钢桁架梁。然后用系杆将两个钢桁架梁连接起来，形成一个稳定的结构体系，依次按上述方式进行下一步吊装。

4.5 膜面的安装方案制定和实施

本项目膜屋面共分为12片，每片膜材面积约为380m2。由于单片膜体较大，为保证方便在钢构上部均匀铺开，用钢管作为中心轴将膜片卷成筒状，整体进行吊装。本项目的主要功能是防止恶臭气体逸散，因此密封要求非常高，在整张膜片张拉工作完成后，必须严格进行收边处二次防水膜焊接，并用淋水法对密封性进行检测，确保膜材拼缝处不发生漏水漏气现象。

4.6 支撑架卸载方案的制定和实施

在钢桁架梁全部安装完毕后，应拆除池体中心的钢支撑架。由于钢支撑架在施工过程中承受了所有钢桁架梁的末端力，拆除后的钢支撑架的受力会转移至钢桁架梁自身承受，会产生在支撑点处的较大节点位移。根据结构计算的数据，支撑点的结构位移为Z向下沉设计值为45mm。在实际卸载中，按两两对称方向逐步卸下钢桁架梁和支撑架的连接螺栓，按5mm/分钟的速度缓慢下移支撑架，最终完成卸载过程，实际Z向下沉值为38mm，略小于设计值，说明本项目钢桁架梁的刚度非常大，完全满足设计要求。

5 施工质量控制与管理

5.1 钢结构整体变形监测与控制

该工程建立了工地现场的测量控制网，采用了6台索佳全站仪进行安装控制点监测控制，主要对各个基座点、中心点以及主要拉杆连接点的位置进行控制，保证建筑外形的精确。工地配备了经验丰富的测量监控人员，在整个吊装过程中，记录所有轴线和标高数据，随时对施工精度进行控制，确保施工质量符合设计规范要求。特别是在钢桁架安装过程中对所以胎架进行检测，利用胎架的标高差来控制钢桁架的拱度。经过严格控制，所有钢桁架的垂直下挠小于-38mm，小于设计计算的垂直下挠-45mm。所有钢桁架的端部水平位移8.2mm，小于设计计算的钢桁架的端部水平位移12.5mm。

5.2 钢结构整体稳定监测与控制

在吊装过程中必须进行钢结构稳定性的定性监测，根据设计人员和施工人员共同确定的方案，工设计了12个监测点，利用安装在钢桁架主体的均匀分布的6个光纤光栅应变计和安装在对称基座处的2个激光测距仪来进行监测。通过此设置可以观察主结构的12组桁架梁的不同施工状态的应力和应变情况。12组钢桁架全部就位后，钢结构的应力和应变进入稳定期，每组钢架的挠度得以监测并与设计值进行全面比对，检测结果为偏差在1%以内，完全在设计误差范围内。

5.3 膜材预应力监测与控制

本项目的紧绳器布置为每1米一组，每隔5个紧绳器安装一组测力计，实时监测膜材施加的张拉力，并与膜材施工的设计值进行比对。本项目的膜材预拉力为3kN/m，由于按顺序张拉的过程中会产生前面的紧绳器的拉力松弛现象，即膜材内部拉力的相互影响。因此在张拉过程中需要施工人员来回巡视，不断对紧绳器进行调整，确保膜材达到设计的预拉力。经现场膜材预拉力反复测试，本工程膜材的缩率控制在0.8~1%，可以达到预期的拉力值，与设计值非常吻合。在整片膜材安装到位后，施工人员采用顶紧式膜材测力仪对膜面进行检测，并与测力计进行了数据对比，误差在5%以内，满足设计要求。

6 结束语

此项目2018年2月10日开始施工，竣工时间为2018年11月15日。整个钢膜结构系统吊装方案合理，解决了大跨度钢桁架结构的施工难题，在施工过程中对各项质量控制指标，包括结构变形、结构稳定性、膜材预应力等进行了严格的监测，与设计值吻合得非常好。在本项目施工过程中因地制宜，通过严谨的施工技术的创新应用，最大限度地控制了施工质量，并顺利通过了项目验收，赢得了客户的充分肯定。