CN111561175B - 一种预应力托换静力切割拔柱施工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种预应力托换静力切割拔柱施工工艺，所述预应力托换静力切割拔柱包括钢筋混凝土有粘结预应力托换结构、金刚石绳锯切割***和结构位移应变监测***，具体施工工艺步骤如下：构建钢筋混凝土有粘结预应力托换结构；预应力张拉、静力切割及监测设备安装；张拉与截柱。本发明的施工工艺有效保障了施工进度的稳定快速及施工工序的合理有序，确保工期目标的实现；同时通过一系列的科学计算结合施工实际情况分段控制，将科学管理和先进技术相结合，将加快工程部进度同时保障施工安全性。

Description

一种预应力托换静力切割拔柱施工工艺

技术领域

本发明涉及建筑施工技术领域，具体涉及一种预应力托换静力切割拔柱施工工艺。

背景技术

众所周知，随着国家高速发展，各种建筑也随之平地崛起。建筑形式的多样化也标志着一个城市或地区的文化及建设程度。但是我国目前的建筑施工工艺还无法满足各种多样化建筑的建造需求。尤其在一些结构复杂，非常见性结构的建筑中，存在着施工进度慢、施工安全度不高、工程质量无法满足要求及施工成本高等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种预应力托换静力切割拔柱施工工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种预应力托换静力切割拔柱施工工艺，所述预应力托换静力切割拔柱包括钢筋混凝土有粘结预应力托换结构、金刚石绳锯切割***和结构位移应变监测***，具体施工工艺步骤如下：

步骤1、构建钢筋混凝土有粘结预应力托换结构，具体包括以下步骤：

（1）、新钢筋安装绑扎：根据施工图定位安装钢筋，确保底部受力钢筋在待拔桩区域的连续惯通，遇待拔柱与开孔整筋穿过，避免连接点出分布在此区域，新钢筋与原结构连接采用植筋后锚固法连接；

（2）、安装金属波纹管：按照设计图纸中预应力钢束布置图中钢束横向坐标在梁板底模上准确划出钢束各控制点横向坐标的位置，然后按照钢束布置图中各控制点的纵向坐标的位置，准确安装钢束定位钢筋；定位钢筋宜先焊接成定位钢筋网，然后按照所定位置与腹板钢筋绑扎在一起，定位钢筋曲线部分以间隔为50cm、直线部分间隔为100cm。定位钢筋绑扎好后，穿金属波纹管，波纹管必须采用套管对接；

（3）、安装预应力钢绞线：钢绞线按设计图纸下料，下料采用切割机切割，将按照设计图纸下料的钢绞线按照相应编号穿入波纹管内，钢绞线采用人工穿放；锚垫板必须与钢绞线及管道垂直且与封头模板固定牢固；

（4）、模板安装与混凝土浇筑；

步骤2、预应力张拉、静力切割及监测设备安装；

步骤3、张拉与截柱。

优选地，所述步骤2具体包括以下步骤：

（1）、预应力张拉设备安装：张拉设备采用数控液压千斤顶实施张拉，千斤顶主体安装可在张拉端区域开孔吊装；

（2）、切割设备安装：切割设备采用金刚石绳锯切割***，绳索的切割方向是由导向轮组安装方位来完成的，导向轮组与主驱动动轮组的安装位置应巧妙设计，从而满足高效的切割要求；

（3）、监测设备安装：结构位移应变监测委托具有结构监测资质的单位进行监测，结构位移应变监测***主要设备包含4组应变计，2组位移计及结构位移应变监测***主机一套；

优选地，所述步骤3具体包括以下步骤：

（1）、初张拉：所有准备工作完成后进行初始预张拉，初始预张拉至设计张拉值的10%；

（2）、第二次张拉：张拉至设计张拉值50%，同步并持续监测托换结构的位移与应变值；

（3）、第一次静力切割截柱：切割柱中部分，并同步持续观察托换结构的位移与应变变化；

（4）、观察结构受力情况并进行第三次张拉：持续监测托换结构位移与应变值，根据检测数据张拉预应力筋，使新梁纵筋的应力值保持在0~-200之间；

（5）、第二次静力切割柱：切割柱右侧剩余部分、同步并持续监测托换结构位移与应变值；

（6）、观察结构受力情况并进行第四次张拉：持续监测托换结构位移与应变值，根据检测数据张拉预应力筋，使新梁纵筋的应力值保持在0~-200之间；

（7）、第三次静力切割柱：切割柱左测剩余部分、同步并持续监测托换结构位移与应变值；

（8）、观察结构受力情况并进行第五次张拉：持续监测托换结构位移与应变24小时，根据检测数据张拉预应力筋做为安全储备值；

（9）、柱截断24h后，检测结果位移与应变保持在设计允许范围且基本保持无变化，卸顶、注浆、封锚并将断柱逐步分段切割移除。

本发明的技术效果和优点：本发明的施工工艺有效保障了施工进度的稳定快速及施工工序的合理有序，确保工期目标的实现；同时通过一系列的科学计算结合施工实际情况分段控制，将科学管理和先进技术相结合，将加快工程部进度同时保障施工安全性。

附图说明

图1是本发明的实施例中扇形钢结构轴线及区域划分示意图；

图2是本发明的实施例中扇形钢结构的中心剖面图；

图3是本发明实施例中的格构支撑柱做法示意图；

图4是本发明实施例中的柱间支撑结构示意图；

图5是本发明实施例中的分段4吊装时格构支撑柱立面布置图；

图6是本发明实施例中的轨道***断面图；

图7是本发明实施例中的落架措施示意图；

图8是本发明实施例中在原有梁配筋的基础上增加牛腿的方法示意图；

图9是本发明实施例中铁路轨的中线在铺设时放样拟合成与D、E轴相同圆弧半径时的示意图；

图10是本发明实施例中屋面吊装定位架示意图；

图11是本发明实施例中预埋件的平面位置轴线控制点示意图；

图12是本发明实施例中预埋件的平面位置中线控制点示意图；

图13是本发明实施例中钢柱校正示意图。

图中：1-钢筋混凝土结构，2-屋面造型钢结构，3-屋面桁架***，4-楼面桁架，5-钢筋混凝土结构，6-吊挂平台，7-V型支撑柱，8-箱型柱，9-十字劲性柱，10-悬挑平台，11-钢管，12-滑靴，13-轨道梁，14-桁架下弦，15-层叠钢垫板，16-设计支座，17-抗剪钢筋或钢筋砼牛腿，18-千斤顶，19-牛腿，20-轨道中线，21-钢箱梁中线，22-限位装置，23-屋面吊装定位架，24-预埋件中线，25-上盖板，26-下盖板，27-调整螺母，28-钢柱，29-地脚螺栓，30-调节螺母标高，31-混凝土基础。

具体实施方式

为了使本发明的实现技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明，在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接或是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以两个元件内部的连通。

实施例1

一种预应力托换静力切割拔柱施工工艺，所述预应力托换静力切割拔柱包括钢筋混凝土有粘结预应力托换结构、金刚石绳锯切割***和结构位移应变监测***，具体施工工艺步骤如下：

步骤1、构建钢筋混凝土有粘结预应力托换结构，具体包括以下步骤：

（1）、新钢筋安装绑扎：根据施工图定位安装钢筋，确保底部受力钢筋在待拔桩区域的连续惯通，遇待拔柱与开孔整筋穿过，避免连接点出分布在此区域，新钢筋与原结构连接采用植筋后锚固法连接；

（2）、安装金属波纹管：按照设计图纸中预应力钢束布置图中钢束横向坐标在梁板底模上准确划出钢束各控制点横向坐标的位置，然后按照钢束布置图中各控制点的纵向坐标的位置，准确安装钢束定位钢筋；定位钢筋宜先焊接成定位钢筋网，然后按照所定位置与腹板钢筋绑扎在一起，定位钢筋曲线部分以间隔为50cm、直线部分间隔为100cm。定位钢筋绑扎好后，穿金属波纹管，波纹管必须采用套管对接；

（3）、安装预应力钢绞线：钢绞线按设计图纸下料，下料采用切割机切割，将按照设计图纸下料的钢绞线按照相应编号穿入波纹管内，钢绞线采用人工穿放；锚垫板必须与钢绞线及管道垂直且与封头模板固定牢固；

（4）、模板安装与混凝土浇筑；

步骤2、预应力张拉、静力切割及监测设备安装；

步骤3、张拉与截柱。

优选地，所述步骤2具体包括以下步骤：

（1）、预应力张拉设备安装：张拉设备采用数控液压千斤顶实施张拉，千斤顶主体安装可在张拉端区域开孔吊装；

（2）、切割设备安装：切割设备采用金刚石绳锯切割***，绳索的切割方向是由导向轮组安装方位来完成的，导向轮组与主驱动动轮组的安装位置应巧妙设计，从而满足高效的切割要求；

（3）、监测设备安装：结构位移应变监测委托具有结构监测资质的单位进行监测，结构位移应变监测***主要设备包含4组应变计，2组位移计及结构位移应变监测***主机一套；

优选地，所述步骤3具体包括以下步骤：

（1）、初张拉：所有准备工作完成后进行初始预张拉，初始预张拉至设计张拉值的10%；

（2）、第二次张拉：张拉至设计张拉值50%，同步并持续监测托换结构的位移与应变值；

（3）、第一次静力切割截柱：切割柱中部分，并同步持续观察托换结构的位移与应变变化；

（4）、观察结构受力情况并进行第三次张拉：持续监测托换结构位移与应变值，根据检测数据张拉预应力筋，使新梁纵筋的应力值保持在0~-200之间；

（5）、第二次静力切割柱：切割柱右侧剩余部分、同步并持续监测托换结构位移与应变值；

（6）、观察结构受力情况并进行第四次张拉：持续监测托换结构位移与应变值，根据检测数据张拉预应力筋，使新梁纵筋的应力值保持在0~-200之间；

（7）、第三次静力切割柱：切割柱左测剩余部分、同步并持续监测托换结构位移与应变值；

（8）、观察结构受力情况并进行第五次张拉：持续监测托换结构位移与应变24小时，根据检测数据张拉预应力筋做为安全储备值；

（9）、柱截断24h后，检测结果位移与应变保持在设计允许范围且基本保持无变化，卸顶、注浆、封锚并将断柱逐步分段切割移除。

实施例2

如图1-图13所示，以一扇形结构为例，将其分为A、B、C、D、E、F、G轴和A、B、C、D、E、F、G区，A 轴距圆心距离444.200m，B轴距圆心距离435.200m，C轴距圆心距离425.200m，D轴距圆心距离416.200m，E轴距圆心距离335.200m，F轴距圆心距离321.700m，G轴距圆心距离304.700m； 1线至85线弧度118.18度，共分7个区，1线至13线为A区,13线至25线为B区，25线至37线为C 区，37线至49线为D区，49线至61线为E区，61线至73线为F区，73线至85线为G区，各区弧度均为16.88度。1线至2线、3线…85线各线弧度均为1.41度，如图1所示。

楼面部分采用钢管柱+钢桁架结构，钢管柱网为27m×81m，桁架两端支撑在楼面前后部的混凝土构件上，桁架支座与混凝土采用单向滑动支座，楼板分别与两端混凝土采用固接。D至E轴1～85线为桁架钢结构，每一展区设置14根 GGZ1箱形柱，共98根，每一展区中间柱距18.0m，二端17.137m与21.143m二种规格，柱与柱之间托架连接，桁架与D轴、托架、E轴连接，进而形成桁架空间结构，桁架与桁架连接，分上弦连接与下弦连接，上弦梁连接后铺设金属组合楼层板为楼面。屋面大跨度钢桁架采用跨度为31.5m、81m的连续两跨钢桁架结构，桁架前端支撑在V形柱上，中间和后端支撑在钢筋混凝土主体上，其中楼面的前部处外挑约20m，楼面的后部处外挑约19m，屋架总长度为161.0m；桁架沿半径方向呈放射性分布，其中心间距约9m，扇形钢结构的中心剖面图如图2所示。

该实施例的主要施工方案如下：

1.施工临时措施方案

1.1脚手架操作平台

搭设材料：A48.3*3.6脚手架钢管，各型扣件，竹串片脚手板，密目安全网等。平台承载力限值：平台上电焊机等设备堆放区承载力按2KN/m2控制，人员站立施工区域，平台承载力按1.5KN/m2控制。

操作平台搭设的操作平台构造要求为：a.平台顶部脚手板满铺；b.架体水平剪刀撑竖向间隔不超过8m；c.竖向剪刀撑全高满设于四周；d.立杆底部设10#通长槽钢或6mm厚、100*100mm钢板垫板；e.架体底部至少为100mm厚C15垫层，基层土需压实；f.架体底部需做好排水工作。

1.2格构式临时支撑

根据临时支撑平面布置图，通过MIDAS软件进行支座反力计算，经计算格构式临时支撑最大顶推力为62吨。格构式支撑柱包括GGZ1、GGZ2、GGZ3和GGZ4。布置时，GGZ4安装位置处于钢筋混凝土楼板的后浇带上，需与设计及土建施工单位协调，适当调整后浇带位置。GGZ1～3安装位置位于二层钢桁架之上，GGZ4支撑柱底部仅钢筋混凝土板承重。故 GGZ4支撑柱下方钢筋混凝土板需加固处理。处理办法为：板底设置钢管支撑，支撑坐落在地面上。格构支撑柱做法如图3所示，柱间支撑结构示意图如图4所示。格构式支撑卸载时，通过MIDAS软件对每一步的卸载支撑位置及剩余支点反力进行计算，保证格构柱的各阶段支撑力及滑移滑靴的支座反力均在施工措施的承载力范围里。

1.3分段4吊装时格构支撑柱做法

屋面桁架分为4段结构，其中分段4吊装时需要格构支撑柱，格构支撑柱立面布置图如图5所示，格构支撑柱支撑力经MIDAS软件计算得出支撑力最大为19.7吨。支撑架卸载顺序验算步骤为：(1)拆除中间支撑格构柱；(2)安装V型柱；(3)拆除第二根格构支撑柱；(4)最后拆除第三根格构柱，并继续安装后续悬挑屋盖。可得，支撑柱施工阶段最大支撑力需按25.6吨计。然后通过软件进行受力验算，包括：建立计算模型、计算单元应力、各杆件验算比。

1.4地面拼装胎架

分段1～4的地面拼装用胎架顶面要求离地净高不小于800mm，表面不平整度要求2mm/3m、整体不平整度小于30mm。横向主次梁交接处均设底座。

1.5顶推滑移轨道梁***

轨道***断面图如图6所示，轨道梁下翼缘板与剪力墙、1000*1500梁之间空隙采用不低于C35的高强砂浆填缝，以确保上部荷载传递到剪力墙和梁上。

1.6屋盖落架支座

落架措施示意图如图7所示，在原钢筋混凝土增加抗剪钢筋或增加钢筋砼牛腿。在原有钢筋砼结构加固时，分为当梁柱均位于中线时与梁不在柱中心线两种情况。当梁柱均位于中线时，在原有梁配筋的基础上，增加抗剪弯起钢筋(HRB400)。当梁柱不在柱中心线时，采用增加牛腿的方法，如图8所示，本实施例中牛腿采用中南电力设计院的TD-107-01图集中编号N50-70 110A的做法，竖向承载力标准值为146.5吨，设计值为 199.1吨，满足本实施例中的工程使用要求。

2.顶推施工

2.1钢箱梁支座与铺设

本实施例的钢结构工程为一座呈扇形结构，由于实际承载钢箱梁的加工难度，D轴和E轴圆弧半径较大(分别为416.2米和335.2米)，所有钢箱梁加工成直线段，拼接后呈折线近似圆弧。其上铺设P43铁路轨，通过测量、顶弯加工拟合成弧线。直线段的长度按每一榀的间距来确定。按一个展区13榀扇形角16.88°计算，D轴每根钢箱梁及钢轨中线长度为：而E轴每根箱梁及轨道中线长度为：每根钢箱梁的两端做0.7°的切角方便拼接。拼缝间隙＜2mm，钢箱梁的滑移面上铺设2mm不锈钢板，拼接处焊接后打磨光滑，滑靴过拼缝处不会被“啃”掉。

2.2钢轨铺设与搭接

P43铁路轨采用间断焊方式固定在钢箱梁上并且辅以压板，在箱梁两端各预埋一截抗剪销，钢轨加工缺口以契合该抗剪销。由于滑移过程中，铁路轨承受与滑移方向相反、大约100吨顶推力，以焊缝、压板及抗剪销的组合方式来提高支反力***的可靠性。铁路轨的中线在铺设时放样拟合成与D轴、E轴相同的圆弧半径，如图9所示，搭接部分需进行打磨修整，保证圆弧过渡，符合滑靴通过拼缝时的间隙要求。钢箱梁的铺设先于桁架搭建时就已完成，而由于整个施工周期时间可能较长。所以钢箱梁架设及钢轨铺设后，需要对滑移面及轨道夹持面做防锈、防砸保护。

2.3滑靴设置与构造

滑靴根据用途分成两种：不带顶推装置的滑靴和带顶推装置的滑靴。施工时在每榀桁架架设前先放置在D轴和E轴的节点位置上。

顶推装置的布局主要做了以下考虑：已知G轴到E轴间的重量为1160吨，E轴到D轴之间的重量为1810吨，E轴到A轴之间的重量为570吨，G区总重量为3540吨，其他几个展区屋面桁架***的重量与此相同。根据支反力计算，整个G区屋架在D轴上的支座反力是1190吨，E轴上是2349吨，按10％摩擦系数计算，D轴需要的总顶推力是119吨，E轴的总顶推力是 235吨。由于D轴和E轴使用相同数量和规格的顶推装置，而E轴需要的顶推力较大，所以分布方式以满足E轴顶推为主。整个屋架共13榀，每增加一榀(含联系桁架)其在E轴上需要的顶推力约为18吨。考虑一定的裕度，第一个顶推装置顶推的榀数为4榀，加上第二个顶推装置后，顶推的榀数8榀。所以顶推装置分别布置在第2、第5和第9榀的节点位置上。

由于轨道中线拟合成与D轴和E轴相同半径的圆弧，顶推过程可以认为滑靴与其上的桁架结构之间不存在转动，只需考虑桁架因温差产生的伸长量变化。根据计算，在30℃温差情况下，D轴到E轴之间的伸长量约为5cm。施工时E轴的滑靴装置顶部与桁架固定，D轴的滑移座顶部做纵向限位，铺设钢圆销使桁架可在横向伸长。由于顶推过程是随桁架建造同时进行，所以顶推装置在桁架建造时陆续安装到位。考虑到可能的不利因素，泵站、顶推装置均做了一定的防护措施。施工时也必须格外注意必要时采取其他措施以防止以上液压装置及管线的损坏。当第2、第5和第9榀就位后，将顶推装置安装到轨道上。夹轨器放置到钢轨上，顶推油缸杆端耳环与滑靴尾部耳环通过销轴连接。由于轨道成圆弧形，顶推过程油缸与滑靴之间的角度会产生变化，所以杆端耳环安装关节轴承，可以在5°范围内转动。考虑到顶推装置安装和拆卸时需要反复吊装，为防止安装在油缸外的位移传感器损坏，设置了防滚动法兰。油缸连同夹轨器整体起吊时为防止夹轨器过度下垂带来的不便，耳板上加工的转动限位角。夹轨器内楔形块的夹持长度为650mm，按圆弧较小的E轴计算夹持段弦高为0.157mm，通过加大夹块齿形高度，降低夹块的整体刚度达到与轨道夹持面贴合。

顶推装置旁的桁架结构上，需要搭建一个工作平台放置液压泵站。泵站安装就位后，才能进行液压管线、信号线等的安装。由于顶推装置的安装距离较远，液压***采用分布式结构。即液压泵站只作为压力源输出，油缸顶推控制及辅助夹轨器油缸控制阀都就近安装在顶推装置上，以提高***的响应速度。液压软管通过串接方式先连接到第一个顶推装置上。等第二个顶推装置安装完毕后，液压管线在从第一个顶推装置串接到第二个，以此类推。顶推装置上的信号线及电控线路则通过集线盒连接到泵站电箱。泵站到顶推装置的管线长度固定，管线铺设后与桁架之间捆扎固定。考虑到液压泵站安装和拆卸时需要反复吊装，为防止电箱及管接头损坏，泵站顶部安装防砸格栅，施工作业时仍需注意防护。

根据电动机规格，进线电缆线截面必须使用16平方以上的。G区屋顶从工作台位到安装位置，需要转过67.52°，E轴移动的弧线长度394.8米，D轴移动的弧线长度490.2米，必须使用类似移动电缆卷盘车连接电源箱为泵站供电。车上电箱配置63A空气开关。泵站管线连接完毕后，通过FROFIBUS通信总线与同步控制箱连接。从安全角度出发，总控箱放置于地面的小车上，由人力推行。泵站、顶推装置的运行状况通过总控箱上的屏幕获取。

2.5等角度顶推控制

桁架屋面顶推沿E轴和D轴绕圆心成扇形移动，安装在D轴和E轴上的顶推装置需以等角速度的方式控制。D轴和E轴的圆弧半径分别为416.2米和335.2米，E轴的顶推线速度比D轴慢19.46％。顶推控制***以PLC，位移传感器及变频器构成闭环控制***。PLC以不同的频率值控制两台电动泵电机旋转，通过安装在油缸上的位移传感器反馈位移值，PLC对两轴线上的位移速度比值与目标值19.46％进行比对并不断修整变频器设定频率，使两边的速度差接近于理论值。同一轴线上的顶推装置以电磁阀通断控制相互之间的同步。以同一轴线上第一台安装的顶推装置位移传感器为基准，PLC对同一轴线上的位移值进行比对，并不断修正电磁阀的通断时间，使前后顶推装置保持同步，控制流程图如所示。

3.楼层钢结构安装

楼层钢结构安装分为三个部分：第一部分为楼面钢结构；第二部分为F轴到G轴的悬挑平台及V型撑；第三部分为85轴外侧的钢框架结构。

3.1楼面钢结构安装

楼面钢结构施工主要由托架桁架吊装单元、桁架吊装单元及上弦钢梁和下弦系杆构成。每个区托架桁架共划分为12榀吊装单元，桁架划分为43榀吊装单元。楼面吊装单元共计381吊。箱型柱最大吊装重量25t，桁架吊装单元桁架最大长度为28.334m，高度为3.7m，托架桁架吊装单元最大吊装重量为48.7t。托架桁架吊装单元整榀最重为48.7吨，长度18 米，直接在加工厂组装成成品运输到现场安装。桁架吊装单元长度在22米到30米，在加工厂预拼装后分为两段发往现场，最大长度为17米，重量19t。现场采用150吨履带吊进行对接拼装和吊装。楼面桁架吊装：150t履带吊选择27m主臂，吊装半径16m，额定起重能力47.3t＞46.7t，满足吊装要求；150吨汽车吊选择25m主臂，吊装半径7m，额定起重能力47.2t＞46.7t，满足吊装要求。楼面托架桁架吊装时，150吨履带吊选择27m主臂，吊装半径14m，吊装重量55.6t＞48.6t，满足吊装要求；150吨汽车吊选择25m主臂，吊装半径6m，额定起重能力51.7t>48.6t，满足吊装要求。钢管柱吊装利用专门设计的吊装平衡梁进行吊装，自找平衡。楼层钢梁、系杆选用25t汽车吊进行安装，最重构件截面H300x300x10x15，重量1.2t。GT-250C汽车吊选择选择32.2m主臂，吊装半径22m，吊装重量1.6t＞1.2t，满足要求。

对接位置的操作平台采用吊篮，吊篮采用圆钢做成，在钢梁吊装之前安装在钢梁上，随构件一起吊装至安装位置。构件就位时，先用冲钉将螺栓孔眼卡紧，穿入安装螺栓，安装螺栓数量不得少于螺栓总数的三分之一，且不得少于2颗。主梁或钢桁架在吊装前，应在上翼缘上设置生命线，生命线使用镀锌钢丝绳，钢丝绳两端固定在小立柱上，小立柱下方采用可拆卸式夹板固定。为节省吊装提升和下落所需时间，提高安装工效，采用一钩多吊的方法安装次梁等小型构件，为确保安全，对钢丝绳与型钢翼缘板接触位置进行边角防护。

3.2悬挑及吊挂钢结构及V型支撑柱安装

悬挑钢结构包括悬挑平台和吊挂平台两部分。构件类型主要为悬挑钢梁及吊杆、不锈钢拉杆。最重构件为钢梁GL4，规格HN550*200*10*16，长度11.85米，重量为1.1t。

在相应位置屋面钢结构安装完成后，开始安装悬挑钢结构，安装方法如下：

第一步：采用25t汽车吊吊装悬挑平台，对于伸缩缝位置附近悬挑较大的悬挑平台，存在吊杆构件，安装前需先在正下方设置临时支撑；

第二步：在钢梁和吊杆连接节点下方设置钢管格构柱临时支撑，并拉设四根缆风绳进行固定。临时支撑吊装时选用25t汽车吊，32.2m主臂，吊装半径9m，吊装重量5.5t，满足要求；

第三步：采用25t吊车进行吊装钢梁。钢梁吊装时选用25t汽车吊，32.2m主臂，吊装半径14m，吊装重量3.5t＞1.1t，满足要求；

第四步：安装吊杆及与V型支撑柱之间的撑杆和不锈钢拉杆；

第五步：一个区的悬挑平台结构安装完成后，拆除临时支撑。

V型支撑柱主要包括柱脚、中间段和柱顶段，其中柱脚单独作为一个安装单元，在具备安装条件后即进行施工。中间段分为两段运至现场，地面拼接后整根进行吊装。柱顶段加工时焊接在桁架下部节点上，施工时随桁架构件一同吊装。V型支撑柱主要沿G轴线分布。每个分区主要由6根规格为Φ750*30的圆管柱组构成。每根长度约为25米，吊装构件最大重量为14.9t。V型支撑柱吊装时，50t汽车吊选择25.3m主臂，吊装半径8m，吊装重量15.9t＞14.9t，满足要求。

4.屋面钢结构吊装

4.1屋面桁架的分段及拼装

本工程屋面桁架按A～G展区，共划分为7个拼装滑移单元，由于屋面桁架截面较大，应在加工厂进行整体预拼装后，主要以散件形式发至现场。首先在地面拼装成3段平面单元，然后用260t履带吊吊装到高空胎架上进行滑移单元总拼。拼装好平面单元后，利用两台履带吊四吊点进行翻身到垂直放置状态。然后采用260吨履带吊2吊点进行吊装。

260吨履带吊塔式主臂长29m，副臂长27m，工作半径20m，起吊重量53.3吨。屋面桁架分段1最大分段重52.2吨＜53.3吨，满足要求。屋面桁架分段2最大分段最重49.2吨＜53.3吨，满足要求。屋面桁架分段3最大分段最重44.8吨＜53.3吨，满足要求。屋面桁架分段4最大分段最重14.2吨＜53.3吨，满足要求。分段1～4拼装场地尽量靠近安装位，减少履带吊负重行走距离。屋面桁架高空组对时采取稳定措施图10所示，定位架放置在钢筋砼结构的三层屋面之上，D及E列支座处均设置一组。

桁架拼装前，对胎架的布置及连接进行检查。拼装胎架间距不宜过大，以保证桁架在拼装过程中有足够的支撑点，避免桁架因自重变形而影响拼装精度；胎架下部地面必须平整压实并铺设路基箱或H型钢作为整体拼装平台。通过千斤顶调整弦杆间的相对位置，使其符合相关规范的要求。桁架拼装时，按照设计给出的起拱后线型进行杆件定位。拼装完毕后焊接前应进行全面的尺寸检查，若发现偏差超过规范要求应重新进行调整，再次检查无误后方可进行焊接。由于桁架分段进行拼装，桁架拼装结束后，应进行外形尺寸检查，以确保主桁架拼装误差控制在允许范围内，保证后续高空安装对接顺利进行，减小安装累积误差。

4.2屋面造型钢结构安装

屋面造型组装件最大重量6.8吨。根据7030型塔吊性能参数表，旋转半径R＝35m时，起重量6.91吨；260吨履带吊主臂29m，副臂27m，工作半径20m，吊重53.3吨；故吊机均满足要求。屋面造型采用地面拼装成组装件后，再通过2台7030型塔吊和260吨履带吊吊装。屋面垂直桁架、水平系杆、支撑等小件，单件重量小，主要采用现场2台7030型塔吊进行吊装。对于塔吊起重能力覆盖外的，采用260吨履带吊吊装。

5.钢结构安装测量方案

5.1控制测量

在复测移交的场区平面控制网和高程控制网的同时，还必须复测同钢结构关联的土建结构相互关系，以保证最终钢结构施工的整体性，只有当所有复测精度满足要求后，才能进行下步工作。为满足钢结构安装定位需要，需利用周边稳固建筑物构建平面网，选择控制点时应选择稳定的不受施工影响的场外，同时考虑今后的使用方便及通视问题。控制网须精确观测严密平差后方可使用。控制网观测墩采用强制归心形式，以减少对点误差。平面控制网采用与测绘单位提供的相一致的控制***。选择合理和可靠的高精度测量技术并编制切实可行的测量技术方案，重点对基准控制网的设置、测量仪器的选用、测点布置、数据传递和多***校核等测量工序进行控制。

在高程控制方面，高程控制点应设在不受施工情况影响的场外。以精密水准仪检测首级高程控制网。用闭合水准的方式将高程控制点引入场内，并设定固定点作为高程点。场内地面高程点经复核无误后，在展馆施工时分别引测到各个层面上，每个层面引测4-6个标高控制点，控制点应引测到稳固的构件上，在每一层上对引测点校核，误差应在精度要求范围内。高程引测时可使用水准仪以水准路线引测，高程传递以悬挂钢尺或全站仪天顶方向直接传递并相互校核。

在测量时机的选择上，设计所提供的每个施工节段的相应标高和其它变形值，一般是基于某种标准气温下的设计值，而大型结构往往跨季节、跨昼夜施工。温度变化，特别是日照温差的变化对于结构变形的影响是复杂的，将温差变化所引起的结构变形从实测变形值中分离出来相当困难。因此，应尽量选择温度变化小的时机进行测量，力求将温度、日照对施工控制的影响降低到最小限度。对一些大型结构温度影响的测试表明，在气候条件最不利的夏季，凌晨日出之前的气温较均匀，且最接近季节平均气温，测量的较好时机。目前，温度对大型结构控制的影响很难精确地描述。

在大型结构的施工控制中，温度影响可以分为两种：一种是昼夜温差的影响，另一种是季节温差的影响。无论是昼夜温差还是季节温差对桁架标高控制均有较大影响。昼夜温差的影响一般在标高控制中多采用回避的做法，即对标高起控制作用的施工工序，均要求在温度较均匀的凌晨日出前进行。但遇连续高温的天气情况，由于凌晨的温度仍难均匀，温度的影响难以完全避免，在此情况下，宜采用标高的修正公式来减少日照温差的影响。季节温差的影响，应设定一个标准温度，将施工过程中实际季节温差对结构的影响在施工控制计算中考虑。

5.2焊接对测量控制的影响

为减小焊接对测量控制和钢结构施工质量的影响，每次安装校正完毕，高强度螺栓安装施工后，测量人员应对钢柱垂直度重新进行测量，提供给实际的偏差数值，然后由质量部门按实际数值编制焊接顺序，对一些部位预留焊接收缩量。焊接过程中，测量人员进行跟踪观测，以减小焊接对测量控制的影响。

5.3钢结构安装的测量控制

预埋件的平面位置控制图如图11、图12所示，图中TK1、TK2、TK3、TK4 表示预埋件轴线控制点，YK1、YK2、YK3表示预埋件中线控制点。

轴线定位法：在I、II级控制点的基础上，力求提高放样精度，采用精密量距和经纬仪测角两测回，放样出预埋件的纵横轴线和定位点TK1、TK2、TK3、TK4。在TK1、TK3定位点架设经纬仪，分别用定位点TK2、TK4定向，使预埋件的中线与控制轴线重合，并用全站仪对点位进行坐标复测。

全站仪坐标定位法：在设计图纸上根据各预埋件的结构中线确定YK1、YK2、YK3的位置，获得其坐标值，在预埋件上做出YK1、YK2、YK3的标志。用全站仪极坐标法线定位YK1点，确定预埋件的中点位置，再用同样的方法测定YK2、YK3的位置，控制预埋件的轴线方向。

以上两种定位法测设的预埋件轴线偏移量允许值为2.0mm。

预埋件的标高控制中，.对基础面的高程控制，采用水准仪常规高差测量，直接测得预埋件面的标高；对离水准基准点较远的测设，为了减少水准仪的传递误差和多次读数的偶然误差，采用全站仪三角高程测得预埋件的标高。预埋件的标高允许偏差为3.0mm。

钢柱的测量控制中，轴线定位或垂直度，对于斜钢柱二者均要测量，对于直钢柱二者选一，一般可测垂直度。钢柱调整时，应先粗调轴线位置或垂直度，然后初测和调整标高，然后再精调轴线位置或垂直度，最后复测标高。

钢梁的测量控制中，钢梁安装可能会存在间隙或大或小，使得螺栓不能正常穿入，而且此偏差用冲钉不能调整到位。可使用千斤顶顶开或减少间隙，从而使螺栓能正常穿入。钢梁的水平度允许偏差(L/1000)+3mm(L为梁长)，且不大于10mm，钢梁水平度超标的主要原因是连接板位置或螺孔位置又误差，可采取更换连接板或塞焊孔重新制孔进行处理。

桁架的测量控制如下：

(1)地面拼装测量控制

1).钢桁架拼装时按由下向上，由两侧向中心的顺序拼装；

2).桁架拼装时应尽快形成稳定整体。桁架拼装过程中，当天拼装的构件要形成结构稳定体系；

3).桁架拼装完毕，现拧高强螺栓后焊接。焊接时要先下弦后上弦。

4).使用高精度的测量仪器监控桁架的变形情况，尤其是焊接前与焊接后预起拱的变化，发现异常应及时查找原因并采取措施调整。

5).在施焊过程中要进行测量全程观测，保证其偏差在规范要求的范围之内。

(2)高空拼装测量控制

1).根据设计图调整胎架标高及位置，拼装时，调整构件的垂直度及轴线位置，并采取措施，防止安装及焊接过程中的变形。

2).拼装完毕后，利用全站仪对桁架各节点进行复核调整，完成后，开始桁架焊接。焊接完成后，对桁架进行全面检测，将检测数据记录存档，并与焊接前的检测数据对照分析，确定其变形程度，分析变形原因，以便在下一个桁架拼装中能够尽可能减小拼装误差。

6.高强度螺栓安装

高强度螺栓连接长度的确定如下：L＝δ+H+nh +c，式中：δ—连接构件的总厚度mm；H—螺母高度mm，取0.8D(螺栓直径)；n—垫片个数；h－垫圈厚度mm；c—螺杆外露部分长度mm(2-3扣为宜，一般取5mm)；计算后取5的整倍数。

高强螺栓连接在施工前应对连接副实物和摩擦面进行检验和复检，合格后才能进入安装施工。螺栓安装分3个步骤进行：第一步，吊装钢构件，用临时螺栓或冲钉固定，严禁把高强螺栓作为临时螺栓使用，临时螺栓数量不应少于螺栓总数的1/3且不少于两个；第二步，用高强螺栓由中间向四周替换普通螺栓，并初拧高强螺栓；第三步，高强螺栓紧固必须分两次进行，第一次为初拧，初拧紧固到螺栓终拧轴力值的的50～80％。第二次为终拧，终拧紧固到标准预拉力，偏差不大于±10％。正常情况下采用专用的电动扳手进行终拧，梅花头拧掉即标志着终拧结束。个别不能用专用扳手操作时，扭剪型高强螺栓应按大六角头高强螺栓用扭矩法施工。终拧结束后，检查漏拧、欠拧宜用0.3～0.5kg重的小锤逐个敲检，如发现有欠拧、漏拧应补拧；超拧应更换。检查时应将螺母回退30°～50°，再拧至原位，测定终拧扭矩值，其偏差不得大于±10％，已终拧合格的做出标记,以免混淆。

7.钢结构安装校正措施

7.1钢柱安装校正措施

根据钢柱的底标高调整好螺杆上的螺帽，放置好垫块。所有钢柱吊点均设置在钢柱的上部，利用四个临时连接耳板作为吊点。钢柱起吊时必须边起钩、边转臂使钢柱垂直离地。当钢柱吊到就位上方200mm，停机稳定，对准螺栓孔和十字线后缓慢下落，下落中应避免磕碰地脚螺栓丝扣。当柱脚板进入地脚螺栓后，检查钢柱四边中心线与基础十字轴线的对准情况，经调整钢柱的就位偏差在3mm内后，再下落钢柱，使之落实。

钢柱吊装就位以后，先对准钢柱中心线与基础中心线，确定钢柱的平面位置，然后通过钢柱底板下的螺母调节来校正钢柱的直线度，要求钢柱在自由状态下，两个正交方向的直线度偏差校正到零，然后拧紧地脚螺栓。钢柱的标高可能会发生微小变化，正常情况下不会超过《钢结构工程施工质量验收规范》(GB50205-2001)所规定的2.0mm的要求，钢柱校正示意图如图13所示。

垂直度校正：钢柱的垂直度校正采用两台经纬仪，在柱身相互垂直的两个方向上架设经纬仪，或者架设在偏离角度不大15°的范围内，用望远镜照准钢柱柱顶处的安装标识，把望远镜向下照准柱底的安装标识，并在柱底安装标识上放置钢板尺，在望远镜中观察柱顶安装标识投影下来后与柱底安装标识的距离，调整钢柱，使钢柱的垂直度校正到规定范围内，垂直度偏差值应不大于H/1000且≤10mm，H为柱高。

扭转校正：通过将二钢柱的定位轴线在一节已经固定好的钢柱柱顶上放样出后，可以量取二节钢柱各个面与定位轴线的偏差值。利用该偏差值可以求得钢柱在X与Y方向上的扭转值,然后进行精确调整。此外，根据现场的实际施工状况，也可以结合全站仪测量钢柱柱顶坐标来校正，使钢柱柱顶的安装标识线调整至定位轴线上。

7.2屋面桁架安装校正措施

每分段屋架桁架用一个桁架间调整器，进行垂直度校正，固定两端支座处，螺栓固定或焊接→安装屋面梁→水平支撑→检查无误，成为样板间，以此类推。屋架桁架的绑扎点设置，必须绑扎在节点上，以防构件在吊点处产生弯曲变形。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种预应力托换静力切割拔柱施工工艺，其特征在于：所述预应力托换静力切割拔柱包括钢筋混凝土有粘结预应力托换结构、金刚石绳锯切割***和结构位移应变监测***，具体施工工艺步骤如下：

步骤1、构建钢筋混凝土有粘结预应力托换结构，具体包括以下步骤：

(1)、新钢筋安装绑扎：根据施工图定位安装钢筋，确保底部受力钢筋在待拔桩区域的连续惯通，遇待拔柱与开孔整筋穿过，避免连接点出分布在此区域，新钢筋与原结构连接采用植筋后锚固法连接；

(2)、安装金属波纹管：按照设计图纸中预应力钢束布置图中钢束横向坐标在梁板底模上准确划出钢束各控制点横向坐标的位置，然后按照钢束布置图中各控制点的纵向坐标的位置，准确安装钢束定位钢筋；定位钢筋宜先焊接成定位钢筋网，然后按照所定位置与腹板钢筋绑扎在一起，定位钢筋曲线部分以间隔为50cm、直线部分间隔为100cm；定位钢筋绑扎好后，穿金属波纹管，波纹管必须采用套管对接；

(3)、安装预应力钢绞线：钢绞线按设计图纸下料，下料采用切割机切割，将按照设计图纸下料的钢绞线按照相应编号穿入波纹管内，钢绞线采用人工穿放；锚垫板必须与钢绞线及管道垂直且与封头模板固定牢固；

(4)、模板安装与混凝土浇筑；

步骤2、预应力张拉、静力切割及监测设备安装，具体包括以下步骤：

(1)、预应力张拉设备安装：张拉设备采用数控液压千斤顶实施张拉，千斤顶主体安装可在张拉端区域开孔吊装；

(2)、切割设备安装：切割设备采用金刚石绳锯切割***，绳索的切割方向是由导向轮组安装方位来完成的，导向轮组与主驱动动轮组的安装位置应巧妙设计，从而满足高效的切割要求；

(3)、监测设备安装：结构位移应变监测委托具有结构监测资质的单位进行监测，结构位移应变监测***主要设备包含4组应变计，2组位移计及结构位移应变监测***主机一套；

步骤3、张拉与截柱，具体包括以下步骤：

(1)、初张拉：所有准备工作完成后进行初始预张拉，初始预张拉至设计张拉值的10％；

(2)、第二次张拉：张拉至设计张拉值50％，同步并持续监测托换结构的位移与应变值；

(3)、第一次静力切割截柱：切割柱中部分，并同步持续观察托换结构的位移与应变变化；

(4)、观察结构受力情况并进行第三次张拉：持续监测托换结构位移与应变值，根据检测数据张拉预应力筋，使新梁纵筋的应力值保持在0～-200之间；

(5)、第二次静力切割柱：切割柱右侧剩余部分、同步并持续监测托换结构位移与应变值；

(6)、观察结构受力情况并进行第四次张拉：持续监测托换结构位移与应变值，根据检测数据张拉预应力筋，使新梁纵筋的应力值保持在0～-200之间；

(7)、第三次静力切割柱：切割柱左测剩余部分、同步并持续监测托换结构位移与应变值；

(8)、观察结构受力情况并进行第五次张拉：持续监测托换结构位移与应变24小时，根据检测数据张拉预应力筋做为安全储备值；

(9)、柱截断24h后，检测结果位移与应变保持在设计允许范围且基本保持无变化，卸顶、注浆、封锚并将断柱逐步分段切割移除。

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