10.3Особенности монтажа металлических конструкций и гидромеханического оборудования гидротехнических сооружений
Методы монтажа металлоконструкций сравнительно мало отличаются от методов, применяемых при возведении сооружений из сборных железобетонных и даже деревянных конструкций. Тем не менее, технология такого монтажа имеет некоторые особенности, проявляющиеся в той или иной мере на всех этапах работы.
В целом монтаж металлоконструкций отличается трудоемкостью, требованиями высокой точности в изготовлении и монтаже деталей. Допуски при монтаже металлоконструкций обычно в несколько раз меньше, чем при монтаже других строительных конструкций, а при их изготовлении – на порядок меньше, чем при монтаже (особенно применительно к сверлению отверстий). При монтаже металлоконструкций используется специальное оборудование и приспособления, причем работы, как правило, ведутся монтажными бригадами, специализированными именно на таких работах.
До начала монтажа требуется повышенное внимание к сохранности металлоконструкций. Практика показывает, что от неправильной погрузки, транспортировки и хранения металлоконструкции повреждаются значительно чаще других строительных конструкций. Вследствие повышенной гибкости они претерпевают остаточные деформации, в них образуются вмятины, царапины на фрезерованных поверхностях, повреждаются кромки и т.д. В связи с этим часто приходится проводить правку поврежденных элементов, нагревая их до температуры 900…11000С, ибо в холодном состоянии такие исправления обычно невозможны. Для нагрева довольно часто используются обычные паяльные лампы.
Непосредственно перед монтажом конструкции должны быть очищены от ржавчины, грязи, снега. Особенно тщательно необходимо очищать опорные части стальных конструкций. На поверхности конструкций масляной краской наносятся риски, отражающие положение осей, мест строповки, иногда центров тяжести.
При монтаже металлоконструкций чаще, чем других конструкций, применяется блочный метод монтажа, т.е. укрупнительная сборка. При возведении крупных металлоконструкций или тяжелого негабаритного оборудования часто применяют, наряду с «обычными» подъемными кранами вертикальные или наклонные монтажные мачты (шевры), мощные лебедки. При больших объемах работ на площадках укрупнительной сборки иногда используются козловые краны. Вертикальные перемещения и подгонка отдельных элементов часто выполняются с помощью полиспастов, талей, тельферов грузоподъемностью 1…10т, домкратов на 1…500т, специальных подъемников (реечных или гидравлических).
Качество монтажа в значительной мере зависит от качества выполнения опорных конструкций (фундаментов или других опор), на которые будут устанавливаться металлоконструкции. Закладные детали и анкерные болты в фундаментах, необходимые для монтажа и крепления металлоконструкций, устанавливают в проектное положение и бетонируют одновременно с этими фундаментами. При этом отметки поверхности фундаментов, расположение закладных деталей и анкерных болтов относительно разбивочных осей, отметки этих деталей и болтов должны тщательно контролироваться в ходе бетонных работ. Все отклонения от проектного положения должны лежать строго в пределах допусков, установленных нормами для каждого вида монтируемых элементов. К монтажу приступают только после приемке по акту фундаментов или других опор, на которые будут устанавливаться металлоконструкции.
Опирание на фундаменты металлических конструкций (колонны, стойки), а также технологического оборудования (насосы, компрессоры, узлы трубопроводов и т.д.) может осуществляться тремя способами:
на заранее выверенные стальные плиты с верхней строганой поверхностью;
непосредственно на фундамент, возведенный до проектной отметки;
на заранее установленные и выверенные опорные детали.
При этом крепление конструкции к фундаменту осуществляется, как правило, с помощью анкерных болтов. В редких случаях небольшие конструкции могут крепиться путем приварки к закладным деталям фундамента.
В качестве примера на рисунке 77 представлены три названных выше способа опирания металлической колонны с башмаком на железобетонный фундамент (анкерные болты на рисунке условно не показаны).
Рисунок 77 Способы опирания стальной конструкции (колонны) на фундамент:
а – на заранее выверенные стальные плиты с верхней строганной поверхностью, б – непосредственно на фундамент, возведенный до проектной отметки, в – на заранее установленные и выверенные опорные детали; 1 – колонна, 2 – фундамент, 3 – подливка, 4 – стальная опорная плита, 5 – опорные балки
При опирании на заранее выверенные стальные плиты (77а) работы ведутся в следующем порядке. Фундамент 2 бетонируют до отметки на 50…80мм ниже поверхности плиты 4. Плиту выверяют и временно закрепляют с помощью специального кондуктора. После установки плиты в проектное положение производят подливку ее цементным раствором. Подливкой называют заполнение цементным раствором пространства (щели) между нижней (опорной) поверхностью конструкции и верхней поверхностью фундамента, преднамеренно недобетонированного на несколько сантиметров. Это завершающий этап монтажа металлоконструкции и одновременно завершение бетонирования фундамента. Для подливки используются только высокомарочные растворы (М400…500). Подливка – трудоемкая работа, особенно, если она выполняется без применения растворонасосов, однако она позволяет существенно снизить требования к точности предшествующего бетонирования фундамента.
При опирании непосредственно на фундамент, возведенный до проектной отметки (77б), подливка не требуется, однако точность бетонирования должна быть очень высокой. Подошву башмака колонны фрезеруют, а поверхность фундамента при бетонировании выверяют нивелиром и затирают рейкой. Допустимые отклонения отметок поверхности фундамента от проектных в этом случае лежат в пределах 5мм. Практика показывает, что такая точность достижима лишь в организациях с очень высокой культурой производства работ, поэтому такой способ опирания применяется реже других, а при монтаже легких конструкций недостаточную точность бетонирования часто компенсируют применением различных металлических подкладок под опоры и прокладок.
Опирание на заранее установленные и выверенные опорные детали (77в) отличается от первого способа (77а) лишь тем, что вместо опорной плиты используются опорные детали (балки, рельсы, уголки и т.д.). Как и первый способ, он не предъявляет высоких требований к точности бетонирования, при этом он может выполняться без специальных кондукторов. Осложнения при низкой точности бетонирования обычно связаны лишь с подбором опорных деталей и их подгонкой. Такой способ часто применяют при монтаже технологического оборудования, так как при нем регулирование положения монтируемых изделий осуществляется весьма просто.
Особенностью объектов гидротехнического строительства является наличие в них подвижных элементов. Подвижные части затворов передают давление воды на неподвижные части, на массу бетона сооружения через устройства, конструктивно выполняемые в виде закладных элементов. Монтаж закладных частей для подвижных металлоконструкций обычно ведут одновременно с производством бетонных работ, требования к точности которых значительно ниже, чем для изделий из металла. Применяются два способа монтажа закладных частей (рисунок 78):
бесштрабной,
штрабной.
Рисунок 78 Способы монтажа закладных частей для подвижных металлоконструкций затворов:
а – пазы для затворов, б – штрабной способ, в – бесштрабной способ, г – закладная деталь из сборного железобетона с мелкими закладными элементами; 1 – бетон основной части сооружения, 2 – закладная часть, 3 – выпуски арматуры, 4 – монтажная арматура, 5 – штраба, заполняемая бетоном после установки и закрепления закладной части, 6 – рабочая арматура, 7 – опалубка блока, 8 – металлические детали, смонтированные и на заводе железобетонных изделий.
При бесштрабном (78в) способе закладная часть 2 монтируется полностью до укладки бетонной смеси. Она устанавливается с приваркой к рабочей арматуре 6 железобетонного сооружения в строгом соответствии с проектом. При штрабном способе (78б) при бетонировании оставляется незаполненное место («штраба» 5) для закладной части 2, которое в дальнейшем, после установки этой закладной части замоноличивается. Легко заметить некоторую аналогию между штрабным способом и описанным выше монтажом с подливкой (рисунок 77в), как и между бесштрабным способом и монтажом с опиранием конструкции непосредственно на фундамент. Функцию подливки выполняет замоноличивание штрабы. По этой причине у этих способов примерно те же достоинства и недостатки: штрабной способ несколько дешевле, но при нем трудно обеспечивать необходимую точность установки закладной части, а при бесштрабном способе легче обеспечивается точность монтажа, но возникает сложная и трудоемкая операция по замоноличиванию штрабы.
Монтажные соединения металлических элементов могут осуществляться тремя способами:
на заклепках,
на болтах,
сваркой.
Заклепки были основным средством соединения металлических элементов в XIX веке и первой половине ХХ века. В настоящее время в строительстве заклепочные соединения почти полностью вытеснены болтовыми и сварными соединениями. Более 95% стальных конструкций в нашей стране изготовляются со сварными соединениями, а при монтаже доля сварных соединений превышает 60%. Трудоемкость изготовления сварных конструкций меньше, чем клепанных примерно на 20…25%. При этом снижение расхода стали составляет 10…15%. Отрицательные стороны сварки связаны в основном с высокими требованиями к качеству ее выполнения и соответственно к квалификации исполнителей. Более простыми и менее требовательными к мастерству монтажника являются болтовые соединения, но они требуют очень высокой точности заготовки конструкций.
Перед сваркой металлические элементы обычно соединяются временными болтами или специальными фиксаторами.
При установке металлоконструкций в проектное положение большое значение имеет правильная последовательность монтажа, простота и надежность устройств для временного закрепления конструкций. До расстороповки конструкции должны быть надежно закреплены путем выполнения прихваток, установки постоянных или временных связей, распорок расчалок и проч. Окончательное закрепление конструкций проводится только после геодезической проверки и последующей выверки.
В зимних условиях монтаж металлоконструкций ведется примерно так же, как и в теплое время. Осложнения возникают в основном из-за сварочных работ, которые, зимой требуют дополнительных операций и не производятся при температуре ниже –300 С.
Контрольные вопросы:
Что можно сказать о требованиях к точности монтажа, о применимости блочного монтажа, о возможности возникновения дефектов при транспортировке применительно к металлоконструкциям?
Какие основные способы опирания металлоконструкций на фундаменты применяются в настоящее время?
Какие основные способы монтажа подвижных металлоконструкций гидротехнических сооружений применяются в настоящее время?