整体顶升法在通用机场机库中的应用

陈鹏，王志伟，张明冬，齐亚雄

（中国建筑土木建设有限公司，北京 100070）

1 引言

网架结构作为大跨度钢结构的代表形式之一，施工难度较大，必须采用特定的施工方法，整体顶升法就是使用较为广泛的施工方法之一，其基本原理是在投影地面完成钢架结构安装，然后利用千斤顶将钢架结构顶升至设计标高位置。在实际施工过程中，顶升支撑结构既可以利用原有结构柱，也可以搭建临时支架，配合必要的导向设施即可完成网架结构施工，高空作业量大幅减少，也不必考虑网架结构在空中发生位移，整体施工效率较高，并且也能保障施工质量。

2 工程概况

费县通用机场项目位于山东省临沂市费县胡阳镇，项目包括通航综合楼、机场专业楼、通航服务中心、1#机库、2#机库、3#机库、4#机库、道口以及门房，共10 个单体。其中，机库部分设计为钢筋混凝土排架柱加网架屋盖体系，机库屋面球节点网架整体为长方形，其中，1#机库和3#机库网架宽43 m，长90 m，面积约为3 870 m2；2#机库和4#机库宽43 m，长60 m，面积约为2 580 m2。球节点网架采用斜放四角锥网架结构，节点为螺栓球及焊接球混装节点。1#～4#机库网架质量约680 t，采用下弦支撑，高度2.50～6.00 m，为规则网架。

3 项目施工重难点分析

在本项目中主要存在以下几方面重难点：（1）对安全作业防护要求较高，尤其是网架屋面结构部分的施工安全防护；（2）顶升架的安装，这是整个施工过程控制的关键点之一，并且也关系到后续顶升施工；（3）顶升施工过程监测，尤其是架体整体性及顶升架体的垂直度监测；（4）本项目的顶升高度较大，最高处达11 m，施工过程中不确定因素较多；（5）本项目网架结构节点复杂，在具体施工过程中，交叉施工部分较多，需要多工种协同配合，管理难度较大；（6）项目工期紧，部分钢构件需要定制，如何保证材料及时有序供应是项目建设阶段的施工重点；（7）本项目工程量较大，大致在680 t，施工面积大、高空作业频繁、部分施工阶段工期紧张、施工周期短，合理组织施工是保证现场进度的管理重点；（8）本项目施工工艺比较复杂，涉及高空胎架组装、构件高空拼装、高空吊装、高空焊接及液压提升等多项施工工艺，整体难度较高。

4 网架顶升施工技术

4.1 顶升设备选择

顶升设备主要包括千斤顶、顶升架、泵站以及计算机控制系统4 部分，本项目中千斤顶采用的是双动式千斤顶，泵站供油时活塞向外伸出，泵站回油时，活塞自动收回。如将活塞上端固定，则油缸向上运动。顶升架采用的是格构式支撑架，整体由型钢制成，其主要作用是将被提升钢架结构的重力荷载传递至地基[1]。泵站的主要作用是为千斤顶供油并收回液压油，本项目中，泵站电机的功率为2 kW，电磁阀的型号为4WE10E24W，油箱储油量为60 L，油泵额定压力为31.5 MPa，油泵流量为24 L/min。计算机控制系统采用的是PLC 电脑同步液压顶升系统，该系统支持一拖五同步调试，同步精度可以达到1 mm。

4.2 施工准备

在网架整体顶升施工准备环节，主要涉及两方面工作：（1）绘制顶升坐标图。要求作业人员将顶升坐标一一标注在顶升相邻的柱子上，以便在后续顶升施工过程中开展测控工作。（2）验收顶升支撑基础。安装顶升架之前必须先完成支撑基础的验收工作，确认各个支撑点标高、位置符合施工标准，误差在允许范围内[2]。支撑面标高允许偏差为0～5.0 mm，水平度允许偏差为相邻支撑面高差不超过15 mm；支撑基础中心偏移允许误差为不超过30.0 mm；支撑基础最大高差允许偏差为30.0 mm。

4.3 施工过程

4.3.1 组装顶升架

安装顶升架并将顶升架与支撑架连接，组装顶升架时，必须保证中心和网架顶升点位置垂直度的误差＜5 mm。将液压油缸置于顶升支架中央，接好液压油缸和油箱的油管，调试控制柜，检查线路等做好顶升前的准备工作。

4.3.2 试顶

试顶是正式顶升作业前的必要环节，主要目的是确定千斤顶的行程速度与压力的关系，同时，还要确定每级顶升的距离和所需时间。试顶作业的参数根据项目相关资料、施工现场情况以及同类型工程施工经验确定，包括每级顶升量、千斤顶压力以及顶升完成时间等。完成试顶准备工作，调配好各岗位工作人员后，在操作总指挥下开始加载千斤顶，要求必须保持均匀同步。第一次加载时，千斤顶操作工必须注意各自千斤顶发生行程时的油压表读数，并根据第一级加载时间和顶升量调整各自的加载速度，保证千斤顶在规定时间内均匀地完成规定的顶升量。如相邻的千斤顶已发生位移但自己的千斤顶没有压力时，可稍稍加快加载速度。当前15 s 内千斤顶还没有正常压力时，则要报告现场管理人员，由管理人员报告操作总指挥，在总指挥下令停止加载后，所有千斤顶均要停止加载，待故障排除后再重新加载。

4.3.3 正式顶升

进行正式顶升作业前，首先需要根据试顶结果重新确定千斤顶压力、顶升时间以及每级顶升量等参数，同时，根据试顶过程中监测到的应力变化以及变形数据判断顶升工艺是否科学，整个顶升作业过程是否安全。顶升过程中要对建筑应力、变形、千斤顶行程等数据进行全程监测，如发现有超过安全控制标准时，必须马上向技术指导报告并停止加载，楔紧钢板，再对监测数据进行综合分拆，找出原因，采取有效措施后方可再继续顶升，每一级顶升到位后，都要对各千斤顶的行程进行比较，如建筑的其他监测项目表明建筑处于安全状态，但各千斤顶行程有差别，也必须在下一级顶升时对各千斤顶顶升量进行调整并消除差别，不能让各千斤顶顶升量误差逐级累加，以免造成建筑损伤，每级顶升完成后楔紧钢板。在整个顶升过程中要对建筑进行全方位监测，并通过信息化施工手段，改进顶升工艺，确保顶升安全。

正式顶升过程中，控制系统的运行方式设定为自动模式，按照网架安装要求，将钢架结构顶升到设计标高，若发现部分点位和支座高度不符，则需要进行单独调整，完成后即锁定千斤顶。拉索缆绳时要注意观测屋面结构的稳定性与偏移情况，按照要求将缆绳调节到位并紧固绳卡。完成加固处理后，作业人员需对各个部位进行检查，若发现问题需要及时采取措施。关于网架变形监测，可以将高程基准点设置在混凝土柱上，同时，在下弦球与焊接球上设置观测点，开始顶升前准确测量各个观测点标高，做好数据记录，待完成顶升后重新测量各个观测点标高，利用二者相对高差判断网架变形情况。关于顶升架的沉降观测，需要将观测点设置在顶升架底部，顶升前测量高程基准点与观测点高差，同时，在每个作业环节始末重新测量二者高差，以判断顶升架沉降情况。

4.4 控制措施

为保证网架结构在顶升过程中的稳定性以及水平度，在液压顶升器中任意选择1 台，以该液压顶升器的行程位移量和顶升速度作为标准值，以此作为顶升作业过程中位移与速度的基准量。利用计算机控制系统控制其余的液压顶升器以各自位移量进行跟踪对比，根据两点间位移量之差动态调整顶升过程，确保在顶升过程中各个吊点始终保持同步。为确保顶升点的同步精度，利用计算控制系统控制顶升施工过程，通过油压传感器、泵源限压以及高精度行程控制等多重控制方式确保顶升点保持同步，一旦部分顶升点超过预定压力，则泵源会自动卸荷溢流，从而确保部分顶升点不会超过设定反力值的10%，通过这种方式，本项目顶升点的同步控制精度可以限制在不超过20 mm。

4.5 设备、顶升架拆除

网架安装工作完成并且经过验收后开始卸载顶升设备，但仅限于油缸，顶升支架则需要在杆件以及网架制作全部焊接完成后才能开始卸载。卸载设备时，由计算机控制系统控制液压千斤顶进行卸载，使顶升支架慢慢回落。需要注意的是，若支座处于不完全受力情况下，液压顶升不能完全卸压；卸载速度需要控制在3 mm/min 以下，确保设备稳定下降。顶升支架应于网架支座焊接完成、网架挠度检测合格后按照顺序拆除，利用网架作为拆除支架的支点，采用5 t 手拉葫芦边拆除支架边降落千斤顶，使支架在千斤顶作用下徐徐下落。手拉葫芦只是辅助支架，支架拆除主要靠液压油缸来完成。拆除工作应由专职顶升人员组织，其他工作人员辅助完成，在拆除时应严格保证人员及其他设施的安全。同时，随时监测网架在拆除支架时的挠度变化情况。

5 注意事项及安全保障措施

5.1 注意事项

在网架整体顶升作业过程中，需要注意以下7 个方面：

1）在顶升作业过程中，施工现场除作业人员外，其余闲杂人员严禁进入施工区域；

2）整个顶升作业过程中由现场总指挥负责统一协调管理；

3）进行正式顶升作业时，需要严格控制顶升速度，并且需要安排专人负责观测网架；

4）试顶升环节，要注意记录千斤顶的油泵压力，根据记录的数据计算各个支撑点的支座反力，并对比分析计算结果以及记录的数据，若二者基本相符，则表明网架验算无误；若中间的油泵压力基本稳定，4 个角点支撑反力交替增大，说明千斤顶发挥了自我调节作用，即受力小的顶升得快，受力大的顶升得慢；

5）在网架顶升过程中，需要对网架进行全面检查，具体内容包括网架是否出现偏移、顶升支架是否处于正常状态、网架杆件是否存在弯曲的情况等；

6）初次顶升阶段，每顶升500 mm 需要对网架检测1 次，确认无异常情况后再次顶升；

7）正式顶升过程中，以单次顶升高度为1 个标准节，要求油缸起升高度必须高于1 个标准节；完成1 个标准节顶升后，需要利用经纬仪或磁力线锤调整顶升支架。

5.2 安全保障措施

1）进行网架顶升作业前需要制定好现场应急预案，将各种可能发生的情况考虑在内，并制定完善的应对措施；

2）开展网架顶升作业时，需要在施工现场划定安全区，以防止顶升过程中意外发生重物坠落时造成人员伤亡，同时，在顶升作业过程中，施工区域内严禁进行交叉作业，与顶升作业无关人员禁止进入施工现场；

3）参与高空作业的人员必须做好个人防护措施，经检验合格后才能开始作业；

4）在整个施工过程中，必须安排专人负责监测网架结构的变形情况，并做好记录，发现异常情况要及时向现场总指挥报告。

6 结语

综上所述，本项目的网架结构跨度大、高度大、钢构件尺寸及数量较大，整体施工难度高，施工工艺复杂，采用整体顶升法进行网架结构施工显著提升了施工效率，保障了项目进度，同时充分保障了施工质量，符合项目设计标准。