钢网架适应性抗不均匀沉降超前安装技术*

董 琦，刘宏扬，吕宏亮，李 亮，杜峰峰

(中国人民解放军63926部队，北京 100192)

0 引言

某工程是我国载人航天“三步走”战略规划实施相配套的基建项目，建成后将为进一步提升航天员科研训练和空间站任务产品研制能力、促进载人航天技术发展和国际技术交流提供良好的基础设施平台，为建设世界一流的航天员科研训练中心打下坚实基础[1]。按使用需求，试验大厅及相关配套设施需达到提前交付使用的条件。试验大厅横跨1，2段沉降缝，沉降缝两侧地基不均匀沉降将直接影响屋面钢网架结构超前安装时的安全稳定[2]。为确保试验大厅圆满顺利提前交付使用，如何控制由于沉降缝两侧地基不均匀沉降对钢网架安装的影响成为钢网架施工时必须解决的关键性问题。

1 工程概况

该工程建筑面积40 000余m2，其中试验大厅屋面为平板四角锥网架上铺设发泡水泥复合屋面板结构[3]，网架结构尺寸67.2m×54m，距地高度14.5m，根据图纸设计，大厅钢网架(见图1)南侧边缘支座落在沉降缝另外一侧。为确保试验大厅按期交付使用，需在1段主体结构还未封顶的情况下进行2段试验大厅屋面钢网架等施工。

图1 网架平面

2 应对不均匀沉降方案设计

根据设计图纸，建筑物1段为CFG桩复合地基，基础形式为筏板基础；2段中间范围采用天然地基，其他采用CFG桩复合地基，基础形式为筏板基础。建筑最终沉降变形量不能超过GB 50007—2011《建筑地基基础设计规范》规定的地基最终变形允许值[4]。地基最终变形量一般采用分层总和法计算出的变形量乘以沉降计算经验系数得出，可利用数值分析估算地基沉降变形量。结合北京市地质工程勘察设计院提供的《921601—120工程岩土工程地质勘察报告》和施工图纸等资料，利用FLAC3D软件分别对沉降缝两侧建筑物进行建模[5]，通过计算分析，得出1段沉降值29.02mm，2段沉降值9.22mm，二者之间最大偏差为19.80mm，不满足目标值10mm要求。因此，需采取技术措施，制定一种应对建筑物不均匀沉降的方法，通过调研，可参考借鉴目前桥梁等领域应对地基不均匀沉降方法及理论[6]，通过改变施工方法、重新设计网架或支座结构等方法实现。

2.1 总体方案设计

为应对建筑物不均匀沉降，考虑钢网架自身设计和网架支撑2个方向，通过论证，形成5种钢网架结构解决方案：临时支座、临时落地式支撑、网架外挑、自适应网架、可调支座。

1)临时支座 方案原理：在沉降缝南侧1排支座处施作临时支座，可根据沉降量进行位移调整，待地基不均匀沉降稳定后拆除临时支座，安装正式支座。控制方法：利用千斤顶顶升支点、临时支座加楔形垫片的办法调整临时支座高度在偏差允许范围内。

2)临时落地式支撑 方案原理：在沉降缝南侧1排钢网架上弦球节点处设置临时落地式支撑承受上部荷载，临时落地式支撑采用型钢焊接钢桁架，共设6个临时支撑点，支撑上弦球节点。控制方法：钢网架卸载后通过设置临时落地式支撑施工上部结构，待地基不均匀沉降稳定后，固定南侧1排支座，拆除临时落地式支撑，施工过程中如上弦球位移超出允许范围，利用千斤顶进行调整。

3)网架外挑 方案原理：钢网架设计为外悬挑形式，沉降缝南侧1跨钢网架全部采用外悬挑方式，与1段主体结构脱离，此种方式无响应考虑地基不均匀沉降带来的钢网架变形问题。控制方法：改变原有钢网架设计方案，利用外悬挑沉降缝南侧1跨钢网架，整个钢网架与1段主体结构脱离，一次性解决地基不均匀沉降引起的钢网架变形问题。

4)自适应网架 方案原理：根据地质勘察资料和设计图纸，利用FLAC3D软件进行建模，计算出建筑物理论沉降值，按沉降量理论最大值设计钢网架。控制方法：考虑结构极限状态，利用钢网架杆件自身受力及变形，解决地基不均匀沉降引起的钢网架变形难题。

5)可调支座 方案原理：结合工程实际，研究设计出1种可调支座，该支座可在一定范围内进行水平及竖向位移自动调节，在沉降缝南侧1排7个支座处安装应用该支座，通过支座位移调节解决地基不均匀沉降引起的钢网架变形难题。控制方法：设计可调支座，利用蜗轮蜗杆或液压传动，如地基基础实际沉降值偏差超出允许范围，则进行水平和竖向位移调节。

5种方案中，临时支座方案安全性较低，且需二次安装支座；临时落地式支撑方案会影响局部地面施工；网架外挑、自适应网架方案通过自身解决沉降问题，安全性好，但用钢量增大、成本高；可调支座方案调节方便、精确，劳动强度小，工作效率高，安全性好。从结构安全性、经济性、可操作性、难易性、可靠性、时间性等性能指标综合分析，采用可调支座方案经济、安全、可行。

2.2 可调支座设计

可调支座结构主要由上座板、中座板、下座板及调节系统、减震系统组成。上座板连接支撑网架球节点；下座板与结构柱头连接固定；中座板位于上、下座板之间，与调节系统协调配合调节上座板高度；上、中座板之间由平面滑板、球芯、球面滑板过渡连接；减震系统分为横向和纵向减震，缓冲沉降瞬间应力对结构影响，满足结构抗震性要求。

其中，座板选用高强度易焊接的高强钢；调节系统采用蜗轮系统，通过蜗轮蜗杆传动进行调节，操作简单，易操控，调节高度可计算控制；横向减震系统采用易组装的弧状减震簧，纵向减震系统选用减震性能好的橡胶减震。根据选定材料绘制支座结构设计系统。根据结构设计，可调支座参数如下：竖向压力500kN，水平剪力100kN，转角0.2rad，位移±50mm，调高量+50mm。对设计可调支座结构(见图2)进行力学验算，经计算，满足受力要求。

图2 可调支座结构示意

3 钢网架安装

3.1 支座安装

3.1.1工艺流程

城市轨道交通杂散电流会对走行轨及其相关部件、车站混凝土结构中的钢筋、轨道交通周围埋地管线(如：天然气管道、自来水管道、公共事业管线)等造成腐蚀，轻则缩短设施设备的使用寿命，重则造成人员的伤亡和财产的巨大损失。

可调支座安装工艺流程如图3所示。

图3 支座安装流程

3.1.2支座进场验收

可调支座加工完成后运至现场，按表1进行质量验收。

表1 支座进场质量验收

经检查进场资料和现场进行加工尺寸、焊接质量、承载力等复核，支座验收合格率达到100%。

3.1.3安装固定

具体操作步骤如下。

1)测量定位 测量员对支座安装位置进行测量标识。

2)焊接固定 焊工对支座进行焊接固定。

4)探伤检测 对焊缝进行探伤检测，要求满足二级焊缝要求[7]。

经测量，支座就位准确，标高基本一致，相邻支座标高最大偏差6.11mm，在10mm以内。

3.1.4沉降监测

定期对沉降缝两侧支座位移进行监测，并做好相关记录。监测步骤为：①选定沉降监测点；②监测记录沉降缝两侧支座沉降；③计算沉降缝两侧相邻支座间高差；④沉降缝两侧相邻支座间高差>10mm报警，提出调整方案。

在沉降监测过程中，监测数据真实有效，相邻支座高差>10mm时能及时提出预警。

3.1.5高度调节

当沉降缝两侧相邻支座面高差>10mm时，沉降监测小组提出调节预警，并进行支座适应性抗沉降调节[8]。半自动可调支座的调节方案步骤如下。

1)第1步 用标高测量仪测量各支座上表面标高，并标注各支座标高，比较各处标高。

2)第2步 根据测量和比较结果，将需调高或降低的高度换算成蜗杆旋转圈数。

3)第3步 调高或调低支座。调高支座：将摇把插在标高较低支座的摇把插孔内，根据计算的蜗杆转动圈数，顺时针摇动摇把，通过蜗杆带动蜗轮转动，将立柱升高至指定高度；调低支座将摇把插在标高较高支座的摇把插孔内，根据计算的蜗杆转动圈数，逆时针摇动摇把，通过蜗杆带动蜗轮转动，将立柱降低至指定高度。通过调节，沉降缝两侧相邻支座高差可调整在要求范围内，且调高过程一次性地准确调整到位，劳动强度小，劳动效率高。

3.1.6支座最终固定

该建筑主体结构于2016年10月沉降趋于稳定。为保证支座长期稳固，对可调支座进行最终固定，采用注入结构胶方式，2016年10月30日利用1d时间对7个可调支座完成了注胶固定。其中，日平均沉降量为0。注胶24h后，支座稳固可视为固定支座。

3.2 质量验收

3.2.1检验方法

为确保钢网架安全稳定，根据GB 50205—2001《钢结构工程施工质量验收规范》和DB11/T 1074—2014《建筑结构长城杯工程质量评审标准》规定的钢网架结构安装的允许偏差，本次相邻支座地基不均匀沉降高差目标设定为≤10mm。钢网架结构安装允许偏差如表2所示。

表2 钢网架结构安装允许偏差

3.2.2效果检查

截至2016年10月8日，整个沉降观测期间，通过调整，相邻支座间高差均控制在10mm以内。支座最终固定时，测量相邻支座间高差为7.01mm，满足规范要求。

4 结语

通过自主研制加工的半自动可调支座，有效解决了因建筑物横跨施工缝部位的地基不均匀沉降引起的钢网架超前安装困难的问题，为试验大厅按期交付奠定了良好基础，确保了后续工作如期进行。