李國標 葉一位 葉 斌

中國化學工程第七建設有限公司 四川成都 610100

工廠預制化、現場裝配化與傳統施工相比，最大優(yōu)勢在于可以在工廠里成批成套地制造，再運到工地按照圖紙裝配，不僅能最大限度地縮短工期，而且可以減少高空作業(yè)、降低成本、減少環(huán)境和噪音污染等。

通過對馬來西亞RAPID 項目中裝配式混凝土PC管廊的安裝方法進行詳細介紹，希望能為今后類似工程項目提供參考。

1 工程概況

RAPID 項目是馬來西亞國家石油在柔佛州興建的大型煉油和化工一體化項目，占地7.5km×4.5km，工程投資300 億美元，劃分17 個EPC 標段。RAPID 項目中所有的管廊主體都是PC 模式。日本東洋工程公司為第5 標段蒸汽裂解裝置總承包商，在其合同區(qū)域內PC 管廊安裝重量達到27 萬t。PC 構件將在距離施工現場70km 以外的巴西古單預制完成后直接交付現場。PC 管廊共有6 層，層高為1.5m，安裝標高為- 1.5m。柱子橫向、縱向跨距相等，為9m 或者10m；柱子根據截面尺寸有700mm×700mm、800mm×800mm、900mm×900mm 、1000mm×1000mm 、1000mm×1100mm 共5 種規(guī)格，柱子之間通過PC 主梁和次梁進行連接。PC 管廊施工流程見圖1。

圖1 PC管廊安裝流程圖

2 準備工作

根據PC 管廊的安裝特點、外形尺寸、質量驗收標準、到貨計劃和吊裝要求等，對整個PC 管廊每個施工關鍵點編制詳細的施工方案和危險源辨識。

根據PC 管廊的分布、到貨計劃、外形尺寸和重量等信息，確定吊車數量、型號、工況，并確定吊車等大型機具進場時間及數量。中國化學工程第七建設有限公司（以下簡稱七化建）合同范圍內共計有PC 柱316 根，PC 柱子及1286 根混凝土PC 梁總安裝量超過2.2 萬t。其中最重的PC 柱達46t，高度18m，安裝周期計劃為8 個月。根據項目進度計劃，最終確定以2 臺250t 履帶吊為主吊，110t 履帶吊和150t 履帶吊各1 臺進行溜尾，3 臺臂長為38m 的曲臂升降車配合吊車摘鉤和PC 主、次梁的安裝。

3 吊裝梁和吊裝棒的設計加工

3.1 吊裝梁設計和制作加工

根據柱子最大重量46t 設計標準載荷SWL=50t 的吊裝梁，吊裝梁上下均使用G- 2130 SWL=35t 標準卸扣，長度分別為1100mm 和800mm 兩種規(guī)格一體吊裝梁。

吊裝梁的安全性能需從合應力、合位移兩個方面進行計算分析，分別見圖2 和圖3。由圖2 可知，吊裝梁所用鋼材的屈服強度為220MPa/ mm2，當對吊裝梁施加750000N 的1.5 倍力時，吊裝梁的最大應力為99.6MPa/ mm2，最大受力點發(fā)生在安裝卸扣的位置，最大應力遠小于材料屈服強度，吊裝梁是安全的。

圖2 吊裝棒靜應力分析

在1.5 倍荷載下，檢查吊裝梁施加載荷后相對于幾何中心處的合位移情況。由圖3 可見，吊裝梁幾何中心整體最大合位移僅為0.105mm，發(fā)生在吊裝梁上吊裝孔外部位置。結合鋼材的力學性能和所發(fā)生位移的部位來分析，吊裝梁是安全的。

圖3 吊裝棒合位移分析

對吊裝梁進行綜合模擬運算，在1.5 倍工作載荷作用下，應力和等效位移共同作用下，整個吊裝梁各個部位的安全系數分布區(qū)域和結果如圖4 所示。由圖可見，在進行吊裝梁安全系數綜合分析計算時，設定在1.5 倍工作載荷的作用下，當吊裝梁某個區(qū)域的安全系數大于1.5 時該模型顯示為藍色，反之為紅色。從模擬結果來看，安全系數為4.43，遠遠高于1.5 安全系數的要求。因此，吊裝梁在進行載荷為50t 的吊裝活動時是足夠安全的。

圖4 吊裝棒綜合運算分析

3.2 吊裝棒設計及校核

選用直徑95mm、材質AISI4030 的高強度鋼棒，確保鋼棒和吊裝孔直徑有2.5mm 的間隙，以便使用時能自由滑動，通過調節(jié)兩側的調節(jié)套筒來滿足吊裝要求。為防止在吊裝過程中調節(jié)套筒對吊裝孔表面進行擠壓造成洞口混凝土損壞，設計增加一個Φ150mm×T16mm 的墊板。吊裝過程中，為避免受力不平衡使鋼絲繩滑動，在兩側增加兩個可拆卸的擋塊。在鋼棒兩側端頭制作長度為136mm 的螺紋，用M160mm 的螺帽進行固定，固定螺帽互相平行的兩個面上用Φ12mm 的螺紋鋼焊接兩個150mm 長的手柄。吊裝棒設計經過三維建模有限元受力分析和馬來西亞IR 工程師蓋章確認，并進行安全系數1.5 倍的荷載試驗。試驗結果如圖5 和圖6 所示。

圖5 吊裝棒等效靜應力分析

圖6 吊裝棒合位移分析

由圖5 可見，吊裝棒材料屈服強度為710MPa/ mm2。當對吊裝梁施加750000N 的1.5 倍時，吊裝梁的最大應力為654.175MPa/ mm2，吊裝棒最大受力點發(fā)生PC 在吊裝孔接觸位置。因此，從所受靜應力的角度分析得出結論，最大應力小于材料的屈服強度，吊裝棒安全。

圖6 為在1.5 倍載荷下，吊裝棒相對于幾何中心處的合位移情況。由圖可見，吊裝棒受力相對于其幾何中心整體最大合位移為0.544mm，發(fā)生在吊裝棒的兩個端頭且較為集中。結合所用鋼材的力學性能，以及所發(fā)生位移的部位來看，吊裝棒的變形在安全范圍內。

對吊裝棒進行綜合模擬運算，吊裝棒在1.5 倍工作載荷應力和等效位移共同作用下，對吊裝棒各個部位的安全系數進行分析。設定當吊裝棒某個區(qū)域的安全系數大于1.5 時模型顯示為藍色，當某個區(qū)域的安全系數小于1.5 時顯示為紅色。得到吊裝棒的最小安全系數為1.62。因此，吊裝棒在進行載荷為50t 的吊裝活動時是足夠安全的。

3.3 混凝土錨點制作

根據方案，在PC 柱吊裝找正后柱底板和插筋灌漿前，每根柱子需要4 個錨點進行臨時固定。根據進度計劃及PC 梁的施工周期，計劃預制100 個1.3m×1.3m×1.3m、重量大于5t 的錨點。

4 PC柱子安裝

4.1 基礎檢查

在基礎層臺上畫出柱子安裝中心線和標高基準點，并檢查插筋的間距、數量是否符合設計要求。

4.2 基礎處理

在PC 柱子基礎四邊距離柱子外表面60mm 處，用砂輪機切割出柱底板灌漿模板內側邊線。如果基礎承臺高于安裝饅頭標高時，需要加大切邊的范圍，以便后期PC柱子找正時加減調節(jié)墊板。

4.3 饅頭制作

PC 柱安裝部位切邊完成后，清除基礎表面浮漿，在基礎0°、90°、180°、270°方位畫出饅頭位置。饅頭頂部使用140mm×60mm×12mm 厚的鋼板，要求饅頭標高誤差不超過2mm，水平度不超過1/ 1000，饅頭外端頭以露出柱子外表面10cm 為宜。

4.4 基礎插筋處理

為確保柱子下落時承臺基礎插筋能順利進入螺紋套筒，在插筋調直后用一根12mm 的箍筋臨時將插筋固定；再次檢查插筋數量及間距、預留長度是否符合要求。

4.5 PC柱子檢查驗收

檢查PC 柱子編號、外觀尺寸，預埋件數量、位置、方向，支撐角鋼用預埋螺栓套筒的標高、數量，牛腿方向、PC柱底部螺紋套管數量、間距、深度，以及灌漿孔數量、柱底平整度、PC 柱吊裝孔位置是否符合設計要求。將PC 柱子放在高度為200mm 的枕木上，以便后續(xù)纜風繩安裝有操作空間，并用空壓機吹掃灌漿孔，確保暢通和無異物。

4.6 PC柱中心和標高控制線標注

在PC 柱三個方向上畫出中心線及安裝方向，距離底部1m 處標注標高控制線，確保吊裝就位后能快速地進行找正，保證標高統一。用水平角尺對柱子底部與饅頭接觸區(qū)域進行平整度檢查，如果柱底不平需要進行處理，確保PC 柱子底部和饅頭頂部接觸良好。

4.7 支撐角鋼制作及安裝

PC 主梁安裝用的支撐角鋼規(guī)格為200mm×200mm×20mm- L=700mm，通過6 顆M20×60 的高強螺栓與柱子上的預埋螺紋套筒連接。為防止銹水污染柱子表面，需要將支撐角鋼進行油漆處理。

吊裝前支撐角鋼需安裝完成。由于支撐角鋼的頂標高就是PC 主梁的安裝標高，通過安裝標高控制線處檢查支撐角鋼預埋螺栓的標高，支撐角鋼的上表面標高只能等于或者小于設計標高。當發(fā)現支撐角鋼標高超過要求時，需要將支撐角鋼螺栓孔進行擴孔，將標高降至設計值。

4.8 纜風繩抱箍及錨點設計安裝

4.8.1 纜風繩抱箍設計和制作

纜風抱箍采用12# Q235 普通槽鋼進行制作，四周用M16 的高強螺栓組裝，四邊槽鋼的中部焊接纜風繩連接耳。為防止纜風繩抱箍安裝完成后損壞柱子表面的混凝土，以及讓纜風繩抱箍能更好地與柱子表面固定，需在槽鋼內表面用AB 膠水張貼δ=6mm 的橡膠皮。還要將纜風繩抱箍表面進行油漆處理，預防槽鋼生銹對混凝土柱子表面造成污染。

4.8.2 抱箍和纜風繩安裝

纜風繩抱箍安裝在吊裝孔下方500mm 處，同時確保纜風繩安裝高度超過柱子高度的2/ 3，以增加柱子的穩(wěn)定性。將纜風繩沿著柱子拉直，捆扎在距柱底1m 高位置處。纜風繩的長度根據柱子的高度適當增加6m 左右，避免鋼絲繩張緊后纜風繩不夠長。

4.9 錨點布置

擺放錨點時盡量確保纜風繩張緊后與地面夾角不小于60°，需注意避讓后續(xù)柱子的吊裝，而且不能影響下一根柱子的纜風繩拉設。錨點擺放位置要盡量平整，不能懸空；離基坑邊距離不少于1m，以防止暴雨對基坑沖刷造成錨點傾翻。

4.10 吊索具安裝

根據吊裝方案的要求安裝主吊和溜尾吊車的吊裝梁和鋼絲繩。根據柱子的外形尺寸，選擇合適的吊裝棒通過調節(jié)套筒調節(jié)兩側的距離，最后鎖緊螺帽。

4.11 PC柱吊裝就位

（1）采用兩臺吊車遞送法進行吊裝，起吊之前特別注意要將兩臺吊車的主鉤調整至吊裝棒正上方。

（2）當PC 柱完全直立后，使用升降機移除溜尾鋼絲繩和吊裝棒。移除底部吊裝棒時首先要移除溜尾鋼絲繩；拆除一方固定螺帽和調節(jié)套筒，將鋼棒從另外一側緩慢抽出300mm 左右；緩慢放下吊車小鉤，再使用一根1t×2m 的吊帶將吊裝棒捆綁住，待吊帶系牢后才能將鋼棒完全抽出。

（3）緩慢將柱子下落至距離插筋頂端200mm 左右，旋轉至正確的安裝方位；使用撬棍和叉子將柱子底部的螺紋套筒和插筋對正，緩慢下落直到插筋全部進入柱子內部套筒；拆除固定插筋用的箍筋，繼續(xù)下落至饅頭頂部約30mm 左右停止；將柱子中心和基礎中心對正，繼續(xù)下落，當柱底和饅頭完全接觸吊車荷載為5t 時停止下落。

4.12 PC柱找正、微調、張緊纜風繩

（1）將纜風繩和混凝土錨點用手扳葫蘆連接起來，適當張緊。用經緯儀在互成90°兩個方向檢查柱子的垂直度，通過張緊纜風繩進行微調；用經緯儀監(jiān)控垂直度，互成180°兩個方向時張緊纜風繩，最后用掛鎖將手板葫蘆鎖死。

（2）使用高空升降車拆除頂部吊裝棒和鋼絲繩。與拆除溜尾吊裝棒相同，在拆除過程中需要使用小鉤系掛吊帶的方式。

4.13 PC柱底板灌漿

柱子驗收合格后，再安裝柱底板灌漿模板。模板四周距離柱子邊50mm，模板高度200mm。灌漿時，使用手搖壓力灌漿泵通過柱子中心孔進行灌漿，灌漿高度以距離溢流口50mm 為宜，只需對底板進行密封即可。

4.14 PC柱插筋灌漿

柱子底板灌漿12h 后即可使用手搖壓力灌漿泵由下往上對插筋進行灌漿，灌漿料的攪拌必須嚴格按廠家要求進行。灌滿后，灌漿料將會均勻地從溢流口緊貼柱子表面往下流，此時要拆除底部進料管迅速用高密度海綿進行封堵；灌漿完成后10min 左右，對溢流口和進料口的部位進行修補和污物清理。

4.15 柱中心孔封堵

中心孔灌漿需要將灌漿軟管從頂部排氣口插至柱子底部，使用手動壓力灌漿泵將灌漿料緩慢注入。隨著灌漿料的注入，緩慢抽出軟管，并在整個過程中始終保持軟管出口在灌漿料液面下，確保內部空氣完全排除，直至灌漿料溢出為止。

5 PC主梁、次梁安裝

5.1 PC次梁安裝

首先開始最低層PC 次梁的吊裝，然后從一個方向完成4 根柱子之間的主次梁安裝。當所有的主次梁安裝完成后，既可以開始找正灌漿用腳手架搭設。主、次梁的找正過程中，除最頂層PC 梁的找正使用吊車外，其余梁可以使用手拉葫蘆系掛在上一層PC 梁上進行找正，可以大大降低吊車使用量和提高找正速度。通過標高基準線進行標高控制。找正完成后，對梁底部和牛腿之間的縫隙及固定銷進行灌漿封堵。

5.2 PC主梁安裝

PC 主梁安裝方法和PC 次梁基本相同，待PC 主梁找正完成后，依次進行U 型槽內套筒鋼筋及模板、U 型槽上表預埋件安裝。檢查合格后，進行混凝土澆筑。為防止角鋼安裝過程中標高過高造成主梁標高無法下降，在進行角鋼安裝時要將槽鋼頂標高下調5mm 左右。

6 拆除纜風繩和抱箍

第一層主次梁安裝完成后，即可拆除纜風繩和抱箍和錨點。在拆除纜風繩的過程中，需要同時松開相對方向的手板葫蘆，盡量保持兩側同步。

7 拆除PC主梁模板和底部支撐角鋼

當PC 主梁混凝土澆筑完成并且達到設計強度時，即可拆除PC 主梁安裝所用的支撐角鋼和模板。支撐角鋼拆除后，立即用塑料發(fā)泡劑對安裝支撐角鋼用的預埋螺栓眼進行封堵，防止雨水銹蝕造成污染。

8 PC管廊檢查移交

完成上述PC 管廊的所有施工后，即可移交給鋼結構、電氣專業(yè)、管道專業(yè)進行后續(xù)施工。

9 裝配式混凝土PC管廊的技術優(yōu)勢

9.1 縮短工期

裝配式混凝土PC 管廊與傳統現場澆筑的混凝土管廊相比，最大優(yōu)點是可以極大地縮短施工周期。裝配式混凝土PC 管廊的預制工作可以和現場基礎施工同步進行，或者在現場基礎澆筑之前就在預制場完成，不受其他施工工序、施工環(huán)境、場地的影響。根據本項目的實施效果來看，與傳統的施工工藝相比，整體施工縮短6 個月以上。

9.2 施工質量好

裝配式混凝土PC 管廊的預制都是在車間完成，可以實現流水線標準化生產。與傳統施工工藝相比，不僅施工誤差小，外觀成型好，而且生產效率高。

9.3 減少高空作業(yè)、減低現場施工風險

與傳統的施工方法相比，裝配式混凝土PC 管廊可以最大限度地減少高空作業(yè)，降低了現場高空作業(yè)風險。

9.4 節(jié)約能耗和原材料

裝配式混凝土PC 管廊在車間預制時使用的是標準可重復利用的鋼模板，而傳統的施工方法需要在現場安裝大量的模板，不僅成本高、浪費嚴重，而且造成大量的建筑垃圾，對環(huán)境造成大量的污染。同時，裝配式混凝土PC 管廊在施工中PC 柱梁安裝和后續(xù)管道專業(yè)安裝可以共用一個腳手架，減少了二次拆除和搭設。在本項目執(zhí)行過程中，與傳統的施工相比，直接節(jié)約二次腳手架搭設費用超過7 萬m2。

9.5 經濟效益明顯

在本項目中，混凝土管廊由原來的現場澆筑變成和鋼結構專業(yè)一樣可以按構件編號進行吊裝就位，極大地降低了人工成本。同時，由于使用工廠標準化流水線生產，受外界環(huán)境干擾小，現場腳手架不需要重復搭設拆除，預制模板可重復利用，節(jié)約施工場地，現場施工機械化程度高。與傳統的施工方法相比，裝配式混凝土PC 管廊的經濟效益非常明顯。

10 結語

PC 管廊打破了常規(guī)現澆管廊的施工模式，不僅最大限度地縮短了施工周期，而且在工廠進行構件的標準化生產，效率更高，施工質量容易控制，避免了由于現場澆筑帶來的高空作業(yè)風險和大量腳手架需求，保障了項目的總體進度。

雖然目前國內裝配化施工由于起步較晚，缺乏相應的行業(yè)規(guī)范、成熟的施工經驗，以及與之相配套的標準化生產供應商，工業(yè)化生產方式與現行管理模式不相適應等諸多不利因素限制，與發(fā)達國家還存在著巨大差距。但隨著科學技術水平的發(fā)展和國內施工裝配水平的提高，這種差距正逐步縮小。毫無疑問，裝配化施工正成為國內外工程發(fā)展的必然方向。