超高层型钢混凝土施工安全技术要点

文／杨胜军 福建省厦门市中铁二十二局集团第三工程有限公司 福建厦门 361000

型钢不受限于含钢率，在外形钢筋混凝土构件相等情况下，型钢混凝土构件承载力是它的两倍，并且构件截面更小。对于高层建筑而言，较小的构建截面可以提高层高和面积的使用率，增加经济效益[1]。同时，由于型钢混凝土施工与钢筋混凝土施工在工艺上存在较大差异，施工风险大，施工安全管控成为重难点。

1.1 材料利用率高

型钢混凝土构建利用混凝土及钢材抗压性能，形成稳定性的受力，受到外包混凝土约束有效防止钢构件曲失稳，从而加强构件刚度；
型钢混凝土构件承载力比同样横截面钢筋混凝土构件更高，且在相同承载力下型钢混凝土结构截面尺寸更小，能够节约截面尺寸，以防发生肥梁胖柱的情况。

1.2 抗风、抗震性能佳

相较于钢筋混凝土，型钢混凝土组合结构延伸性更优，特别是实腹式型钢具有良好的抗震性能。型钢混凝土组合结构的耐火、耐久性比钢结构更胜一筹。最初选择把混凝土将钢结构包围起到防腐蚀、防火等作用，经调查发现在钢结构与混凝土外壳共同受力下，其抗震性能、抗风性能比钢框架更强，同时还能节约一半以上的钢材。

1.3 施工便捷、缩短工期

型钢在混凝土浇筑前已形成钢结构，有着极高的承载力，能承载施工荷载及构件自重，还可将模板悬挂于型钢上，不需要设置支撑即可简化支模，缩减施工时间。在高层建筑中型钢混凝土不需要等待混凝土达到固定强度即可进行上层施工，加快施工进程，无临时立柱方便了设备的安装，为施工带来一定便利。

1.4 建筑材料综合效益良好

型钢混凝土自身的型钢骨架可以作为独立的施工荷载和施工支撑，在施工过程无需进行临时支撑，可以一定程度上缩减施工的工作量。待混凝土强度、凝固完成后，混凝土和型钢骨架部分共同承担结构荷载，这类结构的组成能够节约人力和施工时间，能够满足现代化的施工需求，使用型钢混凝土综合效益良好。

2.1 钢构吊装安全风险辨识

超高层钢结构吊装属于危险性较大分部分项工程，在垂直运输及安装定位、焊接过程中，存在起重伤害、高处坠落、物体打击、触电、火灾。（1）在型钢梁柱地面吊装时，因起重机械的性能与型钢梁柱质量的匹配情况、磨损程度、起吊方式、信号指挥、司索人员技术水平及责任心、场地环境等各种因素，可能导致发生起重伤害事故。（2）在型钢柱定位完成，人员攀爬至柱顶解除起重吊钩钢丝绳过程中，人员上下容易发生人员高处坠落事故。（3）在割除吊耳板及焊接过程中，容易发生物体打击、火灾事故及触电事故。

2.2 混凝土浇筑安全风险辨识

超高层混凝土浇筑使用超高压核心筒爬升式布料机布料，浇筑作业过程中泵管连接、布料机爬升作业及布料、振捣过程存在物体打击、高处坠落、触电及布料机坍塌等风险。（1）混凝土浇筑过程中的物体打击是指因高压泵管连接不到位、卡箍连接不紧密、泵管及卡箍质量不合格导致爆管飞出物体造成人员伤亡及浇筑过程中布料管移动时漏料伤人的情况。（2）混凝土浇筑过程中发生高处坠落主要风险点为作业面临边附着式升降脚手架与建筑工程主体间的间隙、作业面预留洞口防护不及时或人为破坏未及时恢复、爬升式布料机在爬升作业过程中作业人员未规范使用劳保用品及顶层孔口防护不到位、放料人员攀爬混凝土罐车及人员身体健康因素影响等。（3）混凝土浇筑过程中，因振捣棒电源接线不规范、电源线破损、漏电保护装置失效、作业人员未戴绝缘手套、未穿绝缘鞋等因素，容易导致发生触电事故。（4）爬升式布料机一般布置于核心筒电梯井内，作业人员在拆装塔身套架过程中，由于拆装顺序错误、承重销轴未插销到位、违规操作、拆装时未及时调整维持塔身垂直度等问题，极易造成布料机失稳倾覆，甚至从电梯井内坍塌坠落造成设备及人员伤亡事故等问题。

3.1 钢构吊装准备

（1）吊装前应编制结构吊装施工组织设计或制定施工方案，明确起重吊装安全技术要点和保证安全技术措施。须经有关技术部门审核、批准后，方可进行。（2）施工单位技术负责人落实对钢结构吊装施工技术交底，安全预控措施适用明确。项目部应建立相应的安全生产责任制，安全责任应层层落实到作业人员，工作职责清晰，安全责任明确。（3）吊装前必须对吊装人员进行安全技术教育和安全技术交底和培训，配备好安全防护用品，熟悉吊装工程内容、安装方法。（4）吊装前应组织有关部门对运输和吊装起重设备、吊索具的规格、技术性能进行仔细全面检查，起重机械要进行试运转。

值得重点关注的是，吊装作业风险高，吊装作业人员应具备丰富的钢结构安装经验，必须持有上岗证。起重作业人员应熟练起重机操作原理、起重机规范流程、起重机性能，熟悉钢结构安装方法及程序，是有特种作业操作上岗证。挂钩工人和信号指挥人员必须进行专业培训，熟练本工程安全操作流程。指挥人员与起重司机在吊装前进行沟通交流，掌握指挥信号，如哨声、手势、暗语等，以便获取正确的信号。起重机械应全面检查，有可靠的力矩限位器、超高限位器，吊钩装置保险。作业人员定期检验起重机、各零件的情况，如是否存在腐蚀、失灵、变形等，螺栓、焊缝是否可靠牢固[2]。

3.2 钢结构安装整体定位

钢结构起吊、安装过程是超高层施工中风险最大环节，必须严格按照专项施工方案组织施工，并落实各项安全措施前置。吊装作业过程中应注意控制两个方面重点：

一是起重吊运环节：（1)应明确计算绑扎所用的绳扣、卡环、吊索规格，弃掉前检查起重机钢丝绳、吊具及连接部位。（2）按照设计规定设置构件吊点，通过精准计算明确吊点确保起吊的平稳。（3）使用的螺栓、钢板垫、垫木等材料必须符合相关标准要求。（4）在起吊作业时，先将构件吊离地面200m 后检查起吊制动装置的安全性、构件平衡性、起重机的牢固性等。确认无误后再继续起吊作用。起吊严禁吊装过重设备和不明构件，全程控制好起吊时间，不宜滞留控制过久。（5）起吊过程不能做任务危险动作，如起立或下蹲，研究用起重机运载多余物件或其它无关人员。研究在起重臂旋转回旋工作时在构件下走动或奔跑，起吊应以匀速进行，严禁突然制动或在回旋过程做反向动作[4]。（6）暂停作业时对吊装作业未形成稳定体系部分，必须进行临时固定。（7）对临时固定构件继续进行永久固定作业，认真检查均在安全范围后方可接触固定措施。（8）对于安装完成的构件，未经相关部门准许，不能擅自开孔或凿洞。严禁在构件上堆放或悬挂超过荷载量的施工作用。

二是定位安装环节：（1）加强作业人员安全教育，高空作业人员必须正确使用安全带，安全带应高挂低用，并确保安全带符合有关标准、无老化、损坏等隐患。（2）沿所有型钢梁上1.8～2m 处设置封闭钢丝绳生命线，确保作业人员在型钢梁上行走时方便安全带系挂。（3）起吊前在型钢柱顶端预设速差防坠器，并将防坠器钢丝绳拉钩固定于型钢柱底部，确保在安装定位时作业人员安全带有可靠系挂处，并确保在定位安装完成后人员攀爬型钢柱至柱顶接触挂钩钢丝绳时作业人员安全带随时处于系挂状态，保障作业人员攀爬过程安全。（4）在高空用气割或电焊前，应按有关规定办理动火证，并检查现场周边及下方作业环境是否有交叉作业及易燃易爆品，制作专用接火斗，接火斗大小及深度以满足防止火花溅落要求为宜，由于高处风速相应增大，动火点还应采用防火布进行围挡防风，防止割除的吊耳板或火花溅落伤人甚至引发火灾事故。同时，每个动火点应配备消防器材干粉灭火器2 个（5KG装），并将消防水源引至作业点附近。（5）现场气割及焊接作业，作业人员必须配戴好相应的防护手套，焊接人员必须佩戴绝缘手套，作业点应无积水，避免雨天及积水中作业。

以上两环节作业均为高风险作业过程，执行专职安全管理人员旁站监督，验收安全条件，落实作业条件许可复核，相关单位项目部主要领导应现场带班作业。

3.3 钢构平面、轴线控制

钢结构安装过程中的平面及轴线精度控制是保障建筑结构质量安全第一道关，是确保建筑结构安全、耐久的最基础工作。轴线方格网设置应严格选取施工测量中的控制轴线、标高、控制网，确保施工主轴线和控制点的施工质量。在轴线方格网测试中，施工人员应分别设定控制点组成的矩形，测定架设器测试仪的水平角及边长。采取往返测试方法，3 次观测对角数据，保证每项控制点坐标完全符合施工需求。根据测量规范操作流程，在策略过程中测量角精度-3.5度，边精度应为 1/30000。在轴线控制过程，施工人员应选择内控方法控制平面轴线位置，按规范流程完成吊装顺序，确保结构工程质量的完整性。

3.4 钢构件焊接

钢构件焊接质量同样涉及建筑结构抗震安全，因此焊接作业应严格按照GB50661-2011《钢结构焊接规范》进行。

3.4.1 焊前准备

为保证焊接质量，在对接焊的引弧端和熄弧端，需要安装与母材相同材料的引出板，其坡口形式和板厚原则上应与构件相同。钢构件加工中，引出板的长度，手工电弧焊及气体保护焊为25-50mm；
半自动焊为40-60mm；
埋弧自动焊为50-100mm；
熔化嘴电渣焊为100mm 以上。钢构件焊接应尽可能用胎夹具，以控制焊接变形和使主要焊接工作在平焊位置进行。钢构件的焊接，应根据钢种、板厚、接头的拘束度和焊接缝金属中的含氢量等因素，以及所用的焊接方法来确定合适的预热温度和方法。

3.4.2 焊接顺序及作业流程

焊接结构生产工艺过程是板材、金属部件等经过相应加工工序、焊接为成品的过程。内容包括生产任务性质、产品图纸、技术规范、工程条件，使用专业焊接技术及所需的金属材料进行加工和保护工作，以此来完成焊接产品的全部工艺[5]。钢构件焊接按次序拼装，当存在隐形焊缝时应进行焊接，先采取小件焊接避免变形，纠正后才可进行大件组装；
型材及板材先拼装才能组装，注意控制焊接应力，提前涂装构建隐形部位，焊前需要清除焊件坡口表面污垢、两侧铁锈等杂质，结构杆件装配应控制轴线交点与允许偏差。装配时端板顶紧喷砂或磨光处理的部位，仔细检查顶紧部位是否紧贴，避免存在缝隙。焊条根据产品技术需求进行烘干，碱性焊条一般选择350°C 烘干，时间为1h,酸性焊条选择150°C 烘干，时间1h，焊条烘干后从施焊过程不能大于2h，单根焊条烘干次数以1次为宜。焊接前核实焊接工艺要求、规定参数、焊接顺序等，在组装好的构件上进行施焊。

图1 型钢柱、型钢梁安装后现场效果图

超高层型钢混凝土结构施工过程涉及质量安全管控及作业安全控制两方面，质量控制关系到建筑结构耐久性及安全功能，施工安全则重点是施工过程人员及设备安全。

4.1 混凝土结构施工流程

混凝土结构施工流程：浇筑部位施工缝的清理→相关专业的验收(土建、水电)→施工缝提前浇水湿润→混凝土输送泵试运行→铺设50mm 的水泥砂浆（其配合比与混凝土的砂浆成分相同）→分层浇筑混凝土→分层振捣→柱上口混凝土标高检查→清除混凝土表面浮浆→拆模→养护→成品保护。

4.2 混凝土结构质量控制措施

混凝土结构施工过程中严格遵守国家、地方有关法律法规及建筑施工有关标准规定，严格落实“三检制度”和隐蔽验收。

砼浇筑前，应由技术人员向作业工人进行详细交底及现场指导，相关技术人员对混凝土塌落度、配合比进行复验，明确而混凝土标号及浇筑顺序，杜绝各节点混凝土标号混淆造成质量事故。混凝土布料及振捣作业应严格按照《混凝土结构工程施工规范》GB506666-2011 执行。组织现场操作人员现场学习，同时加强三检制度.并做好混凝土浇筑记录，使施工工序质量达到内控要求。

4.3 混凝土浇筑过程安全措施

超高层混凝土浇筑过程存在的安全风险重点在四方面：高压泵管泵送混凝土过程中存在卡箍、高压泵管道爆裂及高压混凝土喷射伤人风险；
混凝土浇筑作业临边、洞口防处坠落；
混凝土振捣作业用电安全及布料软管转移过程混凝土掉落伤人；
爬升式布料机在爬升过程防设备倾覆、坍塌及人员坠落。

（1）混凝泵管布设前，应对卡箍及泵管进行检查验收，确保卡箍、高压泵管质量满足要求。安装时应确保泵管接头处橡胶密封圈密封到位，卡箍螺栓紧固，连接不应有直角连接形态，降低泵送混凝土阻力。泵送混凝土周边应无闲杂人员，设置安全距离并落实隔离防护措施，放料人员与泵管连接部位应保持足够安全距离，并采取隔离措施，周边环境应光照良好，且无可能导致人员发生坠落的隐患。（2）混凝土布料过程中，沿附着式升降脚手架与建筑结构主体之间缝隙设置伸缩式水平安全网，电梯井、采光井等设置双层自提式防护平台，其余孔洞采取硬质水平防护，确保作业面全封闭防护到位。（3）检查振捣棒电源开关、漏电保护器是否灵敏有效，电缆线是否符合要求及存在破损漏电的情况，操作人员戴绝缘手套、穿绝缘胶鞋，预防发生触电事故。（4）布料过程中，在布料管软管前端设计2～3mm 厚插销钢板，布料管移位时使用插销板将软管前端封闭，避免混凝土遗洒伤人。（5）由于爬升式布料机塔身由三层套架在内筒电梯井内固定支托，爬升过程中拆除最下层套架由布料机上层检修平台两台卷扬机自动提升。提升套架前应检查钢丝绳、吊具及液压系统的安全性能，提升过程中随时检查布料机垂直度并矫正，作业人员落实安全绳防护并专人监护，每层提升穿过上层套架应专人监护防止碰撞导致钢丝绳增加受力。同时，由于井内搭设防护困难，就地取材利用检修平台卷扬机设计“回”字行升降防护钢平台，实现随施工需要灵活升降达到全封闭防护的目的。

在相等外形尺寸钢筋混凝土构构件下，型钢混凝土组合的型钢承载力更胜一筹，并且不受限于含钢率，能够有效缩减构件截面，提高高层的使用面积，为社会和建筑带来可观的效益。在型钢混凝土施工过程中，为专业施工人员及相关安全管控技术人员提供宝贵的借鉴，继而提高型钢混凝土组合结构在国内建筑的应用价值。