收费大棚整体吊装施工技术

黄志华

（中铁十一局集团第一工程有限公司，襄阳441100）

1 工程概况

1.1 工程概况

深圳市货运交通组织调整相关高速公路收费站及配套设施盐排高速收费站工程，总体设计15 个收费关卡，收费钢网架大棚为桁架结构形式，四周采用玻璃幕墙围护，上下顶板为铝板金属结构。投影尺寸长为74.2米，高为39.1 米，最大高度6.46 米，最大跨度16.5 米；设计使用年限为25 年，建筑防火等级为二级。

1.2 设计参数

表1 收费大棚设计参数

2 方案比选

排榜收费站在既有高速进行改扩建施工，存在施工场地狭窄、沿线车流量大等客观问题，施工组织、交通组织难度大，施工安全风险高。尤其是收费雨棚横跨现状通行的高速公路，雨棚杆件多、重量大，若采用常规的“防护棚架+空中散拼”工艺，将面临长时间的交通通行及高空作业安全风险。为此，项目团队积极开拓思路，创新提出“一分为六再拼接，网架装饰整体吊”的工艺设想。为验证其可行性，项目团队多次通过三维软件受力分析、装饰材料破坏性试验、试吊检验及沙盘推演等方式，确定该工艺可行，并按此组织开展精密施工。这一新工法，总体缩短工期47 天，大幅降低了交通及施工安全风险。

表2 网架施工方案对比分析

3 总体吊装思路

根据收费大棚的尺寸、现场场地条件及对应柱距，采取分割分段法施工，将大棚分割成6 片安装单元，每个安装单元的所有杆件预先在地面组拼成片、金属幕墙（铝板）装饰完成，然后再用履带吊将单元块吊装到位，块与块之间的杆件采用空中散装法连接。

4 设备选型

网架吊装施工在高速路上方进行，吊装过程中需考虑高速通行安全。由于交通疏解之后拼装空间有限，单元块拼装完成之后需吊装、旋转、移动之后才能安装就位，综合考虑现场条件，决定采用履带吊进行吊装施工，履带吊较汽车吊更为灵活，更能保障现场施工安全及质量。

4.1 履带吊验算

取面积最大、质量最重的1#单元（52t）进行验算，已知条件：

图1 履带吊吊装工况示意图

（1）履带吊旋转中心距吊点距离26 米。

（2）夹角64o，地面距吊臂顶56.95 米。

（3）吊机臂长60 米。

根据查询中联QUY400（400t）履带吊性能表可知：吊装点距离履带吊旋转轴中心距离为26 米，臂长为60 米，额定起重量为56t。在此范围内吊装，其额定最大起重量56t﹥52t，工况满足吊装要求。故综合考虑现场施工工况、吊物重量、吊物尺寸、起吊距离等实际情况，决定采用400t 的履带吊进行施工作业。

4.2 钢丝绳的选型和验算

根据《钢丝绳通用技术条件》（GBT 20118-2017），网架单元吊装用钢丝绳挂钩在4 个螺栓球节点上，考虑到吊装、旋转及平移过程中的不利工况，按3 根进行折算，根据螺栓球的位置及吊装高度配置足够长度的钢丝绳，确保钢丝绳与水平面夹角不小于60°。

Q—吊物质量 520KN

β—钢丝绳与水平面夹角 60°

n—吊装用钢丝绳数量，根据不利工况，n=3。

单根钢丝绳受力计算公式：

S=520/3×1/0.866=173.3×1.154=199.9（KN）

选用6×37+1 规格钢丝绳,直径为44mm，每根钢丝绳长26 米。查询规范44mm 钢丝绳强度为1960Mpa时，其破断力拉力值为1210KN。取安全系数K=6，则容许拉力为：Fg=1210/6=201.6(KN)，即201.6KN＞199.9KN，安全，满足要求。

图2 钢丝绳受力验算示意图

4.3 卸扣的选型和验算

已知网架螺栓球单个吊装点最大拉力为199.9KN，则采用30t 规格吨位的U 型卡环。即300KN＞199.9KN，满足要求。

5 施工工艺

5.1 工艺流程

立柱基础混凝土浇筑→立柱及网架加工制作→立柱安装→大棚网架单元拼装→铝板幕墙安装→整体吊装→竣工验收。

5.2 立柱及网架加工制作

钢管柱及钢网架采用受力性能较好的成品无缝钢管，网架弦杆及腹杆两端带有螺杆丝头，便于与螺栓球进行连接成网架结构。钢网架加工制作时注意事项：

（1）钢管应采用机床下料，下料长度应预加焊接收缩量，长度允许偏差为±1mm。

（2）螺栓球节点螺纹要求为6H 级，精度符合《普通螺纹公差》(GB197-2018)的有关规定，角度容许偏差为±20′。

（3）钢管与锥头、封板连接采用剖口对接焊缝，焊缝质量应符合《钢结构超声波探伤及质量分级法》(JG/T203-2007)规定的二级质量等级的要求。

（4）所有钢材应采用喷砂除锈，除锈质量等级达到《未涂覆过的钢材表面和全面清除原有涂层后的钢材表面的锈蚀等级和处理等级》(GB/T8923.1)规定的Sa2.5 级。

（5）网架拼装单元中杆件与螺栓球之间高强度螺栓连接范围，不得被油漆或者施工过程中油污污染，并应满足相关规范要求，确保构件摩擦面系数达到0.45 以上。

（6）建筑防火等级为二级，网架耐火极限为：1.5h，防火涂料选用超薄型防火涂料。

5.3 立柱安装

排榜收费站大棚立柱由3 排5 列共15 根无缝钢管组成。钢网架立柱通过立柱底连接法兰与预埋在其中的螺杆相连，安装之后调节柱底连接螺母，控制钢网架立柱的标高，确保立柱垂直。测设钢立柱顶的标高，调整调节螺母保证柱顶标高误差在±2mm 以内之后对调节螺母进行紧固固定，再次复核标高及垂直度，无误后采用C40 细石混凝土填充柱底及基础混凝土顶面间间隙。

5.4 网架组拼

安装前首先对材料进行分类、编号，按照使用的先后顺序进行排列，把杆件、螺栓球及套筒转移至工作面，按照下述步骤进行网架单元的组拼：

（1）下部弦杆与节点螺栓球拼装。首先平整场地，将下一排螺栓球支垫牢固，通过水准仪测量控制确保在同一水平面，然后将下部杆件与节点螺栓进行连接。

（2）螺栓球四角杆件拼装。上一排螺栓球通过中间杆件以及上部杆件进行连接，组装成四面发散的整体稳定架体结构。

（3）紧固锁定。先紧固上部连接杆件，后紧固中间杆件；先紧固长度短、活动范围小的杆件，后紧固长度长、活动范围大的杆件，紧固到位之后应将锁紧螺母及时拧紧，锁定杆件与螺栓球。

（4）拼装完成一组网架之后，应首先检查整体尺寸及节点相对距离，确保结构尺寸无误，然后进行下一组网架对接拼装接长。

每拼装一组网架单元之后再次复核，然后按照上述方法和过程，循环上述步骤，直到所有网架单元全部拼装完成。

5.5 铝板幕墙安装

收费站网架上、下屋面外装饰材料设计为单层3.0mm 厚氟碳喷涂铝单板，四周设计为玻璃幕墙。铝板及玻璃幕墙主钢龙骨通过支托板用螺栓固定在螺栓球上，主钢龙骨与支托连接采用焊接连接，铝板及玻璃安装固定于龙骨上形成整体装饰效果。

5.6 整体吊装

根据现场场地条件，在CAD 中按比例还原吊装工况，针对不同位置、不同重量的网架单元，对履带吊的起吊位置、移动路线、安装位置分单元进行充分的讨论论证，在保证履带吊安全工况的条件下选择最优行走路线，最安全作业位置。依据网架立柱受力分布将网架分6片进行吊装，并经过建模验算，确保网架受力体系不发生变形。

履带吊在收费大棚C 轴立柱靠近线路右幅进行吊装，安装横向第二排的1#网架单元，安装就位后，将过渡板与柱顶钢板进行焊接固定。履带吊在原位继续安装2#网架单元，2#网架单元有两个支座可以放置于钢柱顶，2#网架单元吊装至设计标高时，履带吊将2#网架单元缓缓向1#网架单元进行靠近，完成连接接长。以此类推，完成其余单元块网架整体吊装安装。

6 结论

排榜收费站面积3003 平方米的收费大棚，采用带铝板及玻璃分块整体吊装施工，业内首创，最大分块面积达726 平方米，重52t。经过科学地分析、计算、论证、施工方案比选、严格把控，最终安全、高效、高质量地提前完成网架整体吊装，取得的效果及效益分析如下：

（1）操作性。该施工工艺适合在高速公路通车状态，不具备散拼的条件下施工，利用有限的施工场地在地面完成杆件拼装形成整体，吊装就位，施工安全高效，方便快捷。

（2）功效性。项目采用整体吊装施工工艺，通过方案模拟论证对比，缩短施工工期47 天，保证了业主制定的工期节点，实现按期通车。

（3）经济性。整体吊装一方面缩短了工期成本，另一方面优化了施工方案，取消了散拼过程中需要搭设的支架平台，节省了大量的人工及材料设备费，为项目降本增效。

（4）安全性。吊装前完成杆件及装饰铝板安装，无高空坠物风险，无需搭设支架平台，无高速行车剐蹭支架风险，保障了高速公路行车安全，获得外界一致好评，创造了良好的社会声誉。