利用千斤顶解决重钢结构厂房下段柱安装难题的创新与实践

郝国鹏，袁建伟，龚建华

(1.中国三峡建设管理有限公司白鹤滩建设部，四川 宁南 615421；2.三峡基地发展有限公司白鹤滩分公司，四川 宁南 615421)

白鹤滩水电站是金沙江下游4个梯级水电站中的第2个梯级，建成后将是仅次于三峡的世界第二大水电站，水电站总装机容量1 600万kW，左右岸地下厂房内各布置8台目前世界最大的单机装机量100万kW的水轮发电机，多年平均发电量641亿kWh，正常蓄水位825 m，死水位765 m，水库总库容206亿m3，调节库容104亿m3，防洪库容75亿m3。

白鹤滩水电站包括1号和2号转轮加工厂2个独立的钢结构厂房，主要承担白鹤滩水电站16台百万千瓦机组转轮的现场加工任务，均为单层重型钢结构，钢立柱采用的杯口基础，主厂房跨度28.52 m，高度24 m，副厂房跨度5 m，高度5.1 m，长度均为148.5 m。2个厂房各配备QD500/32 t-23 m桥式起重机1台(起重机自重约250 t)，起吊重量达到500 t，加之跨度大、结构复杂，其单个构件重量、外形尺寸都在国内水电站建设工程中较为少见，以上这些因素均对厂房的安装质量提出了非常高的要求。另外，本地区为干热河谷地带，6月至10月为雨季，11月至次年4月为干旱大风季节，根据多年统计，干季年均出现7级以上大风天数占干季总日数的83.0%，极大风力可以达到12级以上，所有这些外在环境因素给钢结构安装带来较大难度。

1 传统杯口基础施工方法与特点

1.1 杯口基础与传统施工方法

杯口基础是钢结构安装中的一种常见基础形式，即在基础中间留置杯口，在杯口中插入预制柱，然后校正好立柱后进行二次浇筑(见图1)。

图1 杯口基础图

杯口基础施工方法的施工顺序为根据设计尺寸与标高浇筑好杯口，测量浇筑后的杯底实际标高，如果标高超高，则需剔除，如果超低，则用垫铁调整至设计标高，然后用汽车吊将钢柱吊装至杯口内。吊装就位时，先用汽车吊悬提钢柱，人工缓慢将其就位，用钢楔或木楔使其平面位置符合要求，同时用经纬仪、水准仪及缆风绳调节钢柱垂直度及标高。平面位置和垂直度及标高均满足要求后，将楔子和揽风绳固定牢靠，并再次检查上述参数，确认无误后，进行杯口二次浇筑混凝土[1]。

1.2 传统施工方法柱子标高与垂直度的控制方法

1)基底标高的控制。传统杯口基础施工方法浇筑杯口底面时标高难以控制，杯口底面标高如果超过设计标高，则需要剔除，因杯口狭小，操作难度较大，如果杯口底面标高超低时，增加垫铁也难以操作，因此造成立柱的标高难以控制。

2)柱子垂直度的控制。立柱吊入杯口基础后需调整其垂直度，根据传统施工方法，垂直度的矫正需用楔铁与千斤顶配合施工，即在一侧采用千斤顶调整柱子轴线位置及垂直度，另一侧采用楔铁配合矫正(见图2)，两侧不断同时调整，最后达到垂直度规范要求，但该方法调整垂直度的时候可能会影响到柱子标高，调整起来较为麻烦[2]。

图2 柱子垂直度矫正

2 传统施工方法在本项目中遇到的难点

2.1 工期紧

本项目于该年4月份开工，开工后按照传统安装方法施工，发现下段柱安装效率极其低下，根据已安装的9根下段柱统计，平均安装1根下段柱需要耗时为10.56 h，即约为1.32个工日，而现场2个转轮加工厂房共计56根立柱，按传统方法全部安装完成下段柱所需工日为：56×1.32=73.92个工日，根据工期计划，下段柱的安装时间仅为45个工日，两者相差28.92工日，因此，采用传统安装方法，难以满足项目工期要求，如若将安装工程拖延至11月份大风季节来临，还将给项目带来很大安全隐患，对此要求剩余47根下段柱每根安装时间不能大于(45-1.32×9)/47=0.705工日。

2.2 施工难度大、安装精度难以保证、效率低

根据转轮加工厂重钢结构立柱特点，传统杯口安装方法在施工中有以下两个难点：

难点1：垂直度矫正困难，2个转轮加工厂房为重钢结构厂房，立柱分为上下两段，但厂房单根下段柱高14.6 m，重量达到了21 t，吊装至杯口内以后用楔铁进行调整垂直度非常困难，每根柱子都要吊车配合反复矫正多次才能满足规范要求(见图3)。

图3 厂房剖面图

难点2：立柱标高难以控制，因杯底高程空间狭小，所以杯底找平非常困难，且在进行立柱高程调整时往往与立柱垂直度相互影响，大大影响了立柱安装效率。

受以上安装上的2个难点限制，要想采用传统安装方法在规定的工期内完成安装任务几乎是不可能的，同时因安装效率低下造成人工成本与机械租赁成本均会大大增加，所以，为了按期完成钢结构安装、降低成本与安全风险，必须对现有安装方法进行改进。

3 创新性改进施工方法

为保证钢立柱安装精度，提高施工效率，减少施工难度，通过研究分析，创新性改进施工方法：即在钢立柱下端增加临时牛腿，在牛腿下采用千斤顶进行垂直度与标高的调节控制的施工方法，具体施工步骤如下[3-5]。

1)首先在钢立柱加工时在立柱下端同一高度上焊上4个临时牛腿。

2)利用吊车将钢立柱吊入杯口，立柱高程利用安装于立柱根部的临时牛腿和千斤顶进行高程的调节，用水准仪测量保证立柱高程满足规范要求。

3)水平方向利用千斤顶进行调整，在杯口边缘与立柱的间隙中塞入楔铁进行固定，可保证横向、纵向水平距离满足规范要求。垂直度利用拴在柱顶的缆风绳和花篮螺栓(或倒链)进行初调，再用千斤顶进行细调，待各项数据调整完毕经验收合格后通过楔铁和缆风绳进行固定。

4)单根钢柱吊装完成，进行水平标高和垂直度的复测，如有偏差可以通过楔铁、揽风绳，并配合千斤顶进行调整。调整完毕后经验收合格对杯口进行二次混凝土浇筑密实，保证钢柱的重量及推力传递到基础。待混凝土强度达到70%以上，钢柱已基本上固定，方可拆除揽风绳。

改进后的安装方法与常规做法相比仅简单增加了支撑千斤顶，却实现了垂直度的精细准确调整，方法简单高效。吊装及调整操作方法见图4～图6所示。

图4 杯口安装高程调整现场施工图示

图5 水平轴线调整现场施工图示

图6 吊车配合固定现场施工图示

根据《钢结构施工质量验收规范》GB50205-2001及《建筑工程施工质量验收资料》要求，钢立柱垂直度偏差允许为H/1 000(本项目下段钢立柱高度14.6 m)即允许最大偏差为14.6 mm。根据前9跟下段柱垂直度偏差统计，平均偏差为13.8 mm，改进施工方案后检测的47个数值，其中最大检测值为8.0 mm的有1个，占比为2.1%；偏差7.0 mm的有1个，占比为2.1%；偏差6.0 mm的有2个，占比为4.3%；5.0 mm以下共43个，占比91.5%，平均偏差值控制在了5 mm以内，取得了明显的质量提升，见图7。

图7 改进方案前后垂直度偏差对比图

4 结 语

本文对传统杯口基础形式施工进行了一个创新改造 ，在下段柱上利用增加临时牛腿，利用千斤顶对牛腿进行垂直及水平调整，成功解决了重型钢结构在杯口基础形式中施工时立柱标高和垂直度难以控制的问题，实现了下段柱安装的垂直度及高度的精准控制的同时也大大提高了安装效率，该方法施工简单高效，不但能提高施工质量、缩短工期，同时也能节省施工成本。该方法具有操作简单、安装效率高，对施工质量控制精准的特点，具有很强的推广价值，相信在今后的施工过程中会被广泛采用。