超高层超长悬挑桁架高空施工的监理控制

潘宏亚

（四川省川建院工程项目管理有限公司， 四川 成都 610017）

1 项目概况

港资华置广场项目位于四川省成都市中央商务区(CBD)太升南路地段，是总建筑面积为 43 余万 m2的城市综合体，地下室为 4 层，地上设有五星级酒店、高级写字楼、高档住宅等 4 栋塔楼及大型商场等 5 层裙楼。其中两栋住宅楼分别为 53 层，塔体总高度达 197 m。根据建筑设计的需要，两栋住宅楼在地上 38 层(143 m 高度处)至屋面结构部位采用悬挑对接，尤如巨臂横空出世，形成独具特色的“凯旋门”空间结构。

图1 凯旋门效果图

为了承担凯旋门上部悬挑结构荷载，在 38 层～40 层间采用了超高层高空“门”式大悬挑转换桁架作为悬挑楼层部分的承力转换结构。该门式结构采用箱型钢管混凝土桁架，用以支撑其上部共 11 层混凝土结构层动、静荷载。单栋塔楼转换桁架长度约 26.1 m，悬挑长度约 14 m，双栋塔楼桁架中间预留 1.2 m 间距(抗震缝)。单栋塔楼为不对称结构，节点构造及受力情况复杂，施工工艺要求高。

图2 悬挑转换桁架三维图

2 工程重点和难点

2.1 凯旋门钢桁架高强度超厚钢板现场焊接

凯旋门桁架安装采用的是分段吊装焊接的方式，主要截面形式为箱形构件，其中铸钢(G20MN5QT)最大截面为 1 500 mm×1 500 mm×120 mm×120 mm。因此焊接具有如下特点。

(1)凯旋门悬挑桁架钢板厚度均超过 50 mm，最大板厚达120 mm。存在全位置焊接，焊接工作量大，焊缝等级要求高。焊接重点要控制焊接变形、减小残余应力和防止层状撕裂等。

(2)箱形构件承担载荷大，焊缝质量等级要求高，焊接条件差，焊接难度大。

(3)有 G20Mn5QT 与 Q345B 两种材质的焊接，节点复杂且对焊接工艺及焊工素质有相当高的要求。

(4)本工程焊接作业集中在高空进行，焊接时需搭设悬挑式焊接操作平台，焊接作业条件十分复杂，既要防风、防雨、又须防止雷击，因此为确保施工安全，须采取超常规的预防措施。

2.2 凯旋门悬挑桁架封闭大斜撑钢管混凝土泵送顶升浇筑

为了承担悬挑结构上部 11 层钢筋混凝土楼层的荷载传递，在每栋塔楼的转换桁架中设置了两根大斜撑钢管作为主要受力、传力构件。大斜撑总长度为 11.2 m，由塔楼向外悬空 45°，大斜撑由 1 根长度为 6 m，截面 1 000 mm×800 mm×60 mm×60 mm 的矩形钢管与 3 个长 1.67 m、厚 120 mm的铸钢构件节点焊接而成，焊接施工成型后在大斜撑内部形成一个 11 m×0.88 m×0.68 m 的斜向空心封闭结构。因设计中考虑本构件的耐火性能要求高，故需要将此空心封闭结构内部以 C60 混凝土浇筑密实(见图 3)，形成钢管混凝土类型的斜向支撑杆件。4 根悬挑斜撑结构距离地面高度 134.4

图3 大斜撑钢管混凝土浇筑范围示意图

由于凯旋门中悬挑转换桁架的封闭斜向钢管混凝土的特殊设计要求，在施工中存在如下技术难点。

(1)大斜撑为封闭型的钢管混凝土结构，顶部无开放式的进料口，传统的泵送浇筑或塔吊高抛法浇筑施工工艺均难以满足浇筑要求。

(2)凯旋门大斜撑位于地面以上 134.4 m 以上，混凝土浇筑高度高，同时斜撑为由塔楼向外 45°悬挑，下方无施工平台可供利用，操作面狭小且在高空操作危险性大。

(3)因为大斜撑作为凯旋门结构门式大悬挑转换桁架主要受力杆件，斜向支撑内存在多达七层的加强肋隔板，隔板中间最小开洞净空仅为 300×300，采取普通方式浇筑混凝土时内部空气难以完全排除，极易导致出现混凝土空洞等缺陷。

(4)斜向杆件浇筑中，无法运用振捣棒对混凝土进行振捣匀实，若采用外附着式振捣器进行振捣，则又因钢斜撑的管壁特厚，亦难于进行有效振捣，因此，采取自密实细石混凝土浇筑且混凝土由下而上用混凝土泵强力推送顶升，依靠混凝土自身重力作用以达到密实均匀的目

(5)由于杆件内混凝土无法进行施工缝二次处理，所以钢管内混凝土一次浇筑成型，保确斜撑钢管内混凝土成型质量。

2.3 高空无支点的安全防护

(1)悬挑钢构高空操作作业面大、点多，危险性大。

(2)钢结构吊装需要避免发生点状碰撞事故。

(3)塔楼外脚手架的搭设，需要根据钢结构位置进行洞口预留以及加固。

(4)钢结构施工操作架的搭设以及工具式挂架的安装，需要在钢结构桁架周围整体覆盖，提供足够安全有效的操作面。

2.4 超高超长悬挑桁架的监测

(1)根据工程工序安排情况进行施工模拟分析，计算各阶段的受力情况及变形。

(2)做好悬挑末端的位移变形监测。

(3)钢桁架自身应力及应变的监测。

(4)凯旋门区域混凝土楼板裂缝监测。

3 监理控制要点

针对工程的特点及难点，监理在施工过程中采取针对性措施进行控制，对施工方案关键工序及施工难点重点审核；对施工单位采取的措施的可行性进行评审。监理根据图纸及施工方案，将施工难点汇总后对现场监理人员进行交底，对关键工序进行重点控制，确保施工质量。除常规施工质量控制外，着重做好以下方面监控。

3.1 高强度超厚钢板现场焊接质量监控

(1)由于超厚钢板构件加工在外地，监理部多次派出总监代表，和香港顾问公司、检测方共同远赴湖北武汉某钢构总厂和江苏省某铸钢集团，针对厂方的材料及加工质量进行定时定点的跟踪检查，前期主要检查生产单位及作业人员的资质资格等，审核加工材料报审，特殊工艺方案，检查计划落实情况和构件质量是否达标检验。

(2)钢材质量应分别符合现行国家标准《碳素结构钢》规定的 Q345B 材质要求。材料必须有出厂合格证和检验报告，所有栓钉应符合 GB 10433《圆柱头焊钉》规定，其抗拉强度＞400 kPa，屈服强度＞240 kPa。

(3)要求施工方在正式施工前做好焊接工艺评定，针对各种类型的焊接节点，确定最佳焊接工艺参数，制定合理、详细的工艺措施和流程。

(4)焊接工艺应优先采用自动焊。焊条、焊丝、焊剂应针对不同钢种、板厚和坡口形式，按《建筑钢结构焊接规程》的规定选用。

(5)钢结构必须按图加工，完成后各加工人员及有关人员均须签字验收。钢构件进场时，应提供质量合格证明。

(6)钢结构安装前，应对其平面位置和标高进行检查验收。

(7)凯旋门铸钢件壁厚 120 mm(尺寸 1 500 mm×1 500 mm×120 mm，材料为 G20MN5QT)，安装中采用 CO2半自动保护焊接，要求保持铸钢件的预热温度为 125℃～200℃，层间温度为 125℃～250℃；保证在多层焊中，后道焊缝要存在起码的预热条件，避免出现热应力裂纹。焊接后要用火焰加热到200℃～250℃，保温 1.5 h，并覆盖保温石棉布，使其缓慢冷却。

(8)所有焊缝均须经过监理人员的检查。焊缝表面应均匀，不得有裂纹、夹渣、焊瘤、烧穿、弧坑和针状气孔等缺陷，焊接区不得有飞溅物。一级焊缝应进行 100% 的无损检测，二级焊缝应进行抽检，抽检比例应不小于 20%。

3.2 钢管混凝土顶升浇筑质量监控

(1)要求施工方在钢结构大斜撑的深化设计阶段，提前考虑各钢构件混凝土浇筑孔、观察孔、溢浆排气孔的设置(见图4)，在保证凯旋门结构体系受力要求的前提下，满足顶升泵送混凝土的施工要求。

(1)通过采取配置高性能的 C60 无收缩自密实泵送混凝土，解决顶升泵送工艺中存在的超高层泵送、高强度、无振捣自密实等特殊混凝土材料性能要求。

(2)要求施工方通过对施工机械的选型、泵管的布置和加固进行优化，从技术措施上保证顶升泵送混凝土一次浇筑成型。

(3)为了保证钢管混凝土的浇筑质量，混凝土浇筑完成28 d 后采用超声波进行无损检测，利用 ZBL-U520 非金属超声波仪及配套仪器对四根转换钢桁架大斜撑方形钢管混凝土进行检查，每根大斜撑上采取 250 mm×250 mm 测点间距布置，检测点共计 108 个，对混凝土密实度、均匀性、混凝土与钢管壁的粘结情况等进行检测。

图4 大斜撑钢管预留孔洞开设图

3.3 高空无支点安全防护监控

(1)由于本工程属于住建部规定的《危险性较大的分部分项工程安全管理办法》的范围，监理部要求施工方做好专项方案，同时组织专家对专项方案进行论证。

(2)督促施工方据专家的论证报告修改完善专项方案，并经施工单位技术负责人签字报总监，建设方负责人审批后才能实施。

(3)凯旋门高空构件安装时，督促施工方必须在作业面下方满铺安全网，由于下方悬空，工程必须采用软性安全防护。

(4)钢结构安装过程中，存在大量桁架构件对接的节点焊接施工，局部需要施工人员在钢梁侧面和底部作业，施工前根据本工程钢结构的截面大小需求加工制作安防吊篮， 并在检测合格后运入场内备用。

(5)大斜撑杆件上为保证施工人员可以沿着 45° 坡面爬上进行塔吊挂钩解锁以及斜拉钢丝绳固定，需要提前在大斜撑杆件上焊接防护爬梯。

(6)吊装过程中应划定作业区，无关人员不得入内。吊装作业人员，必须戴好安全帽，高处作业系好安全带，严禁酒后作业。

4 超长悬挑桁架钢结构应力监控

为了保证钢桁架的安装施工质量，监理方应督促施工方检测并报见证。

(1)采用在桁架钢结构上粘贴应变器，连接传感器数据采集仪对桁架的应变进行数据收集。

(2)对施工过程中桁架安装以及上部结构施工荷载变化进行数据收集和分析，每一层进行监测 1 次。

(3)结构封顶后每月 1 次，连续观测 3 个月，若结构应力连续 3 个月内平均变形值不超过 10 个单位，则每 3 个月观测1 次；连续 2 次每 3 个月平均变形值不超过 10 个单位，则每6 个月观测 1 次；外界发生剧烈变化时应及时观测。

5 监理工作方法及措施

(1)根据本工程特点制定实施细则，内部反复进行监理交底。

(2)施工中监理采取旁站、巡检、抽检的方法。对于隐蔽工程中工序重要部位我们实行全天候、全过程跟班旁站；对于时间较长才能完成的工序我们采用定期巡视的方法进行检查。

(3)工程质量监理采用事前、事中、事后控制的方法。钢结构的质量监理主要控制原材料及产品进场验收、钢结构焊接、钢结构零部件加工、钢结构安装、钢结构涂装、工程质量的检验和见证检测。

6 结 语

随着超高层建筑的发展，超长悬挑桁架技术越来越多地应用于工程实践，通过对港资成都华置广场凯旋门中高强度超厚钢结构焊接、顶升泵送混凝土浇筑，无支点安全防护、钢结构应力应变监测等高新技术进行攻关，达到了预期的监理控制效果。

(1)项目监理部严审施工方案，提出多项合理化建议，确保工程可靠性。该方案顺利通过重庆大学教授组成的专家组审核。

(2)在工程实施中全过程摄像，便于质量追溯。焊接过程中随时用红外线测温仪控温，保证焊接的预热温度和层间温度。焊缝超声波检测，由业主方聘请第三方著名的检测机构进行检测，保证了焊接质量可控。现场钢结构焊接一次合格率 98%，返修合格率为 100%。

(3)钢桁架的位移变形监测均在设计允许范围内。对钢管混凝土进行检测，未发现其有不密实或空洞等质量缺陷，满足设计要求。