大型工程建设中的风险管理可以促进科学合理决策,为工程建设提供安全的生产环境,避免因大型工程技术风险引发的安全质量事故,提高经济效益。《中共中央国务院关于进一步加强城市规划建设管理的若干意见》明确要求“建立大型工程技术风险管控机制”。上海市建设工程安全质量监督站、上海建科工程咨询有限公司等单位受住房和城乡建设部工程质量安全监管司委托,编纂明确了大型工程的含义、风险管控方法、工程各阶段风险管控要点等重要内容,指导我国大型工程建设中的技术风险管控,有效减少风险事故的发生,确保工程建设和城市运行安全。本刊对这一要点的解读
后续将进行系列报道,帮助项目各方深入了解要点,更好地落实。继解读【点击链接查看全文】之后,本文将对《超高层技术风险管控要点解读》进行详细解读,敬请期待。
由于超高层建筑高度高、荷载重、体系复杂、施工周期长、施工工序复杂,特别是在施工过程中还未形成完整稳定的结构体系,台风等极端情况会给建筑结构本身和大型施工设备带来安全隐患。因此,如果在设计和施工中考虑不充分、措施不当、控制不利,必然会产生诸多技术风险;由此引发的事故必然会造成巨大的生命财产损失和严重的不良社会影响。因此,对于超高层建筑的设计和施工,需要加强技术风险的分析与辨识,梳理出关键技术风险,制定相应的控制措施,才能有效控制风险,避免事故的发生。
超高层建筑具有不同于一般结构的特点(结构设计主要考虑风荷载和地震作用,大截面构件较多),以及独特的施工技术(整体提升施工设备,多专业交叉施工),本文重点对超高层建筑在设计和施工阶段可能出现的技术风险进行如下识别与分析。
1. 设计阶段技术风险控制重点解读
1.1基坑设计阶段的技术风险
基坑塌陷风险
高层建筑上部荷载较大,常采用多层地下室、桩筏基础等作为结构基础形式,导致高层建筑基坑规模较大且较深,设计和施工阶段发生基坑坍塌风险较大。深基坑设计不当的原因主要表现在以下几个方面:深基坑设计方案选取与基坑规模不适应;支护结构设计中土体的物理力学参数选取不当,深基坑支护周围环境荷载值选取不当,导致计算模型或计算结果出现误差;忽略长边空间效应和时间效应的影响,对基坑开挖过程中的最不利工况考虑不够;对地下水引起的附加水土压力以及地下水对锚固结构的不利影响估计不足,导致支护结构设计或锚固结构设计出现误差; 基坑开挖过程中对基坑监测数据分析预测不准确,达到报警值时未采取有效的补救措施。
为保证施工安全,防治滑坡,建筑基坑支护设计与施工应综合考虑工程地质与水文地质条件、基坑类型、基坑开挖深度、排水条件、周边环境对基坑边墙位移的要求、基坑周边荷载、施工季节、支护结构使用年限等因素,考虑施工过程的影响,对土方分层开挖、分层设置支护、逐层更换、拆除支护进行全过程分析。尽量使实际施工各阶段与计算设定的各工况相一致;基坑设计考虑软土流变特性的时空效应,考虑特殊土体在温度、荷载、变形、地下水等影响下的特殊性质;实行基坑动态设计和信息化施工,对内力、变形、土压力、孔隙水压力、潜水及承压水水头高程等数据进行监测;通过反分析得到计算模型参数;预测下一工况支护结构内力与变形; 必要时修改设计措施、调整开挖方案;从设计理念和设计方法上,要彻底转变传统的设计理念,建立新的变形控制工程设计方法,开展支护结构试验研究,探索新型支护结构的计算方法。
坑底突然突出的风险
高层建筑基坑开挖深度较深,易发生坑底突涌承压水的风险。设计中的主要风险因素为:未进行抗渗、抗爆管稳定性验算;未考虑应对承压水的措施;未考虑地下水及施工扰动对深基坑底部土层的弱化效应。
对于深基坑底部突发水风险的控制,在设计阶段应考虑并采取以下措施:设计时必须进行防渗或防爆管稳定性校核;对可能突发承压水的基坑,设计应采用垂直止水帷幕隔离、坑底加固等处理方法。在条件允许的情况下,应尽可能切断坑内与坑外承压水层之间的水力联系,隔离承压含水层,并进行分析计算,确定承压井布置范围和数量。
坑底隆起风险
深基坑坑底隆起风险与基坑边坡坍塌相关,其主要原因有:忽视坑底隆起稳定性验算、竖向支护结构插入深度不足、基坑坍塌引发连锁灾害等。
坑底隆起风险是深基坑挡土墙设计需要考虑的重要方面,设计阶段必须进行抗坑底隆起稳定性验算,施工过程中设计应重点监测坑底隆起量(回弹量)。
1.2 超长超大截面混凝土结构裂缝风险
由于超高层结构上部荷载较大,抗风、抗震要求高,其承重、抗侧力体系混凝土构件特别是转换层、加强层等构件大多截面较长、较大。设计阶段造成这种风险的主要原因是结构方案或施工图设计不合理,或未提出合理的防裂技术要求。
设计方面,应合理选择结构形式,降低结构约束程度。结构平面形状应尽量考虑刚度的均匀性和对称性。对于悬挑、内收式结构等不规则结构,需作特殊设计处理。降低结构约束程度,可减少结构内部不必要的静定性和冗余性,避免弹性变形时应力集中、裂缝产生;而结构平面形状不规则,会引起不规则扭转变形和不规则凹凸不平整。不规则的悬挑、内收式结构,会引起结构竖向刚度的突变,产生相对的薄弱层,在风荷载或地震荷载作用下,会引起过大的变形,使薄弱层处的结构构件产生裂缝。
对于大体积混凝土构件设计,应考虑设置温度后浇带、膨胀带,或采用膨胀混凝土、纤维混凝土等防裂措施,避免因水泥水化热反应导致大体积混凝土构件内部温升过快、内外温差过大,引发温度裂缝;在应力集中部位进行结构加固,可明显降低混凝土开裂风险,增强结构抗裂能力;对超大面积、超长结构的温度应力进行有限元分析,可验证结构构件防裂措施是否有效。
1.3 大面积结构渗漏风险
造成大面积结构渗漏风险的主要原因是设计不当,包括建筑连接节点设计施工不当、结构设计裂缝控制不严等。因此高层与复杂钢结构检测,结构水平、竖向构件连接处的转角处防水处理难度大,容易发生渗漏。应精心选择防水材料和结构形式,形成多重防水防线;屋面雨水口数量不仅要满足规范要求,还应预估易发生积水的敏感区域暴雨影响。
结构面排水设计应避免长期大面积积水,易积水的敏感部位应做专门的排水设计。除外防水措施外,结构自防水也是结构防水的重要方面。结构本身的裂缝,特别是大面积贯穿裂缝,会增加结构渗漏的风险。
2 施工阶段技术风险控制要点解读
2.1 深基坑塌陷及坑底突涌风险
深基坑塌陷风险
施工阶段造成深基坑塌陷的主要危险因素有:深基坑开挖未按设计工况进行,一次性开挖面积过大,未认真考虑基坑开挖的时空效应,基坑开挖过程中土体扰动过大,变形控制不力,导致基坑支护结构变形过大;基坑支护结构施工质量差,开挖过程中支护结构开裂、支撑断裂损坏,或因施工缺陷未关闭止水帷幕,导致支护结构侧壁出现渗漏、管涌;深基坑施工阶段地下水处理方法不当,未按设计要求进行降水作业;基坑边坡荷载超限,开挖土方堆放不合理,坑边超载过大; 基坑监测点未按设计要求布置,或对基坑监测数据分析预报不准确,对基坑监测数据的连续报警或突变值没有给予重视;基坑开挖至基底后坑底裸露时间过长,强烈的降雨冲刷和长期浸泡导致坑底土体扰动凸起,被动土压力减小。
基坑工程施工中,首先应保证围护结构的施工质量,支护结构应具有足够的强度和刚度;开挖前应遵循时间与空间效应原则,控制局部与整体变形,制定安全可行的基坑开挖施工方案,严格执行先开挖后支护、分层分块对称均衡开挖的原则,合理安排施工进度,及时组织施工;应遵循信息化施工原则,加强工艺动态调整,按照规范要求布置监测点,施工过程中做好各类监测点的保护,确保监测数据的连续性和准确性,并指定专人负责定期收集、整理、分析和汇总,当监测数据出现连续报警、突变时,及时启动应急预案; 搞好施工现场管理,加强施工组织管理,控制基坑周围荷载大小和范围,避免局部超载,控制附加应力,严禁基坑超挖,边挖边支护,开挖到设计坑底标高及时验收,及时浇筑混凝土垫层;控制开挖过程中地下水影响,制定有针对性的浅、深层地下水综合治理措施,按照设计要求进行降水作业,落实按需降水原则,做好坑内外排水系统的连通工作。施工期间应做好防洪抢险和防台风防洪措施。
广州某高层建筑基坑工程,基坑周长约340m,原设计地下室4层,基坑开挖深度17m,锚夹损坏,基坑塌陷,造成3人死亡,5人受伤。
分析主要包括以下几点。①超挖:4层基坑原设计17m,但后来开挖成5层基坑(20.3m),钻孔桩变成挂桩;②超期:基坑支护结构使用年限1年,但从开挖到事故发生,已近3年;③超载:坡顶土方车辆、吊车、桩基等超载;④设计原因:岩面较浅,但岩层倾斜,设计单位仍采用合理化软件对原基坑设计方案进行审查设计,但忽略了现场开挖过程中岩面由南向北倾斜的实际情况,倾斜角约25°; 另外,施工过程中发现岩面倾斜,南侧位移较大后,对部分区域采用预应力锚索加固,加固范围只有南侧西侧20~30m,范围太小。
坑底突然突出的风险
施工期压力水突涌的主要危险因素有:止水帷幕存在施工缺陷未封闭、承压水层未隔离或承压水未形成有效旁路、底部未加固或加固质量差;减压井数量及深度不足、减压井未按设计要求及时开启或损坏失效、减压水位未得到有效观测;底部土体在地下水作用或施工扰动下软化或液化。相应的控制要点为:确保止水帷幕深度和质量符合设计要求;基坑内局部深坑宜采用水泥土搅拌桩或旋喷桩加固,并保证其施工质量;减压井数量及滤水头埋置深度经计算确定,并通过抽水试验进行验证;坑内应单独设置减压水位观测井,并持续观测、记录水头高程; 开挖过程中应做好防护措施,保证减压井的完整性;应按照预定的开挖深度及时开启减压井,并保证双电源供电系统的有效性。
2.2核心筒模板体系倒塌坠落风险
超高层建筑核心筒结构施工主要采用液压自动爬升模板工程技术和整体升降钢平台模板工程技术。这两种模板工程系统设备多将模板、支撑、脚手架、工作平台等进行标准化、模块化、工具化的设计、生产和安装,利用主体结构爬升进行高空施工。这些模板系统在实际工程应用中的主要风险是整体或局部坍塌、坠落。造成这种风险的因素和控制点主要有以下几个方面。
系统设备及工艺设计
液压爬升模板系统及整体升降钢平台的搭建均为超过一定规模的专业工程,风险性较高,相关的设计、制作、安装、拆除及施工作业均应制定专项预案。
经过专家评审。
方案设计时应针对施工过程中可能出现的各种工况进行结构及构件的强度、刚度和稳定性校核,按施工、爬升、停运三种工况计算承重螺栓、支撑杆、导轨等主要受力部位的强度、刚度和稳定性。
核心筒水平结构延期施工时,建设单位应与设计单位共同确定施工程序和安全技术措施,保持施工期间结构稳定性。设备必须由专业安装生产单位设计、制造、安装和拆除。
支架及框架结构材料选择、设计、制作及安装技术
安装前应进行原材料及产品质量检验,车架、吊架、支撑杆、吊架、纵连接梁等构件所用钢材应符合现行国家标准的有关规定,锥形承重接头、承重螺栓、挂钩连接座、导轨、防坠爬架等主要承重构件所用钢材的规格、材质应符合设计文件的要求;设备出厂前应进行现场试验,验证加工精度,并进行至少2处位置的爬升装置安装试验、爬升性能试验和承重试验,并提供试验报告;设备安装完毕后,应由第三方工程机械检测单位进行使用前的性能指标及安装质量检测。
附件支持设置
附着支撑的预埋件与结构混凝土的连接、牛腿支撑与预埋件的连接应具有足够的强度。采用钢结构连接时,应符合现行GB 50017-2003《钢结构设计规范》对螺栓、焊接连接的要求;预埋件与混凝土结构连接应符合现行GB 50010-2010《混凝土结构设计规范》的要求。
操作架或工作平台的施工荷载
工作平台上的施工荷载严禁超过设计荷载,且荷载应均匀分布,避免因荷载不对称造成结构局部应力集中。
同步控制装置及防坠落装置设置
设备顶升系统应保证所有设备支架同步顶升,避免支架位移差异过大造成设备结构在强迫位移载荷作用下应力集中,导致局部构件屈服或节点连接失效。
因此,起重设备必须按照专业设计单位的要求正确配备防坠落、防倾斜装置,并安装位移、重力传感器,在施工过程中监测防坠落、防倾斜装置的有效性。当起重设备出现异常情况时,能及时启动防坠落系统,确保设备在起重过程中的结构安全。
起升设备每次起升不得超过100mm,起升过程中应严密监视,及时发现异常情况,同步爬升控制时,相邻各机位起升差应在1/200以内,整体起升差应在50mm以内。
整体顶升(爬升)前混凝土强度
爬升设备的施工荷载通过支撑传递到混凝土结构上,设备爬升前新浇筑的混凝土结构强度应达到设计强度,避免支撑处混凝土结构发生破坏,危及起重设备。
设备结构安全。设备滚筒支撑系统、钢梁爬升系统的竖向支撑限位装置设在混凝土支撑架、钢结构支撑架上时,支撑部位混凝土结构固体抗压强度应满足设计要求,且应≥20MPa;整体钢平台设备钢柱爬升系统支撑在混凝土结构上时,混凝土结构固体抗压强度应满足设计要求高层与复杂钢结构检测,且应≥15MPa。
提升或降低过程中清除障碍物
设备吊装过程中,必须保证吊装槽道上无异物,避免对爬升设备造成损坏。设备上无异物勾挂,防止高空坠物。爬升前必须将模板上所有拉力螺丝全部拆除。
清除阻碍爬升的螺栓及障碍物;清除框架上余料,翻起所有安全罩,松开相邻分段框架间、框架与结构间的连接,确认防坠爬升器处于爬升工作状态;确认下钩连接座、锥螺母或轴承螺栓已拆除;检查液压设备工作正常,轴承体承重部位混凝土强度满足框架爬升要求,确认框架防倾调整腿已抽出、钩锁销已拔出;爬升框架前组织进行安全检查;
起重过程中,设备附近不应有塔吊进行起重作业,避免意外碰撞对起重过程中未受约束的设备产生冲击载荷,导致攀爬约束装置失效。
2.3 外核心内爬塔机失稳、倾覆、坠落风险
超高层结构施工采用外装内爬塔吊施工方法。由于塔吊设备及吊装构件重量较大,且需采用已完成的核心筒结构进行外装,悬挂系统设计和爬升工艺复杂,高空作业受风荷载影响较大。因此,如果内爬外装塔吊系统的设计、制作、安装及塔吊爬升作业过程控制不当,塔吊本体极易失稳而发生倾覆或坠落。
悬架系统整体结构及部件连接节点设计
悬挂系统(外架)整体结构及构件连接节点应由专业单位进行设计,根据结构形式、塔吊回转半径、自重、起重量等多种因素进行设计,合理选择下部支撑杆形式、上部拉杆形式、上部拉杆与下部支撑杆组合形式及局部加固技术。设计时应对结构及节点进行不同荷载条件下的计算分析,保证结构体系的强度、刚度和稳定性。必要时应进行有限元建模分析,对受力较大的构件及节点进行加固处理,保证结构在不同施工条件下的结构安全性。
外支架各构件应采用单轴固定,并采用易拆卸的高强度销钉,以适应施工过程中的不断拆装。同时应对节点进行受力性能分析,以验证应力计算的可靠性。
附着埋件设计与施工质量
塔吊支架预埋件设计应按照现行GB 50010-2010《混凝土结构设计规范》进行。绑扎核心筒剪力墙钢筋时,应根据预埋件定位图将塔吊墙预埋件埋入指定位置,核对预埋件平面位置、标高后,将预埋件与剪力墙钢筋点焊固定牢固。预埋件必须按图施工,避免用错预埋件和反装预埋件。考虑到新浇混凝土强度增长的差异,应采用较低强度等级进行校核。预埋件施工精度及质量应满足专业设计单位的设计要求。应对核心筒结构在不同荷载条件下进行应力、变形计算分析,选取最不利荷载组合条件,确定混凝土强度要求及加固措施。
外置式货架框架部件的材料选择、设计、制作及安装流程
框架生产中使用的材料和组件应由材料和组件供应商提供合格的质量认证文档,其品种,规格和质量指标应遵守国家产品标准标准和设计文档的要求,然后在现场进行框架的要求;在安装过程中,安装过程中的稳定性是在完成的,第三方的施工机械测试单元应进行预先使用的性能指示器和安装质量检查。当地技术监督和安全监督部门,并在接受后使用。
攀爬操作过程要求和程序
攀爬操作应确保三组悬架系统在攀爬之前交替工作,塔架上的零件和碎屑应清理,并连接到塔架,并应梳理非thow鼠的电缆,并将其移开,以确保在塔架上与其他近似结构相处,以确保塔架的垂直效果。避免因异步提升而导致的塔起重机的倾斜度,导致某些组件的压力集中在每次提升之前和之后;支撑系统的要求,否则将导致塔架起重机支撑失败或塔架结构损坏。
在广州的一个建筑工地上,塔起重机倒塌事故的直接原因是,一些千斤顶工人通过饮酒而违反了规则,而没有戴着安全带;
在这种状态下,尖顶的人员继续进行起重机,在尖顶过程中。全部由左梯子,左齿轮插针轴和左逐渐变化的销钉轴,最终导致内部塔的身体滑动,塔架拨动和瓦解,塔起重机倒闭和倒塌。
2.4超高层建筑物中钢结构桁架的风险下降
钢结构的安装大多采用托架或悬臂宽松的组装安装和整体提升的安装。
在空旷的工作条件下,施工的控制很困难,因此,如果钢结构的深入设计,生产,安装和过程控制不当,总体或部分崩溃,并且很可能会导致该风险的因素和控制点。
加深设计和安装过程技术路线
钢制桁架的详细设计应基于实际条件,例如结构特征,力需求,操作条件,设备性能,过程重叠和要采用的安装过程,并在钢结构安装过程中对工作条件进行模拟分析,尤其是在安装过程中,确定稳定性的结构,确定稳定性的稳定性,确定稳定性的稳定性,确定稳定性的效果,确定效率的序列蚂蚁的结构,建筑技术,组件运输等。结构设计单元应根据结构的条件来审查和确认钢结构的详细设计的组件分段和节点连接方法,因为在温度下会显着影响温度的额外压力,尤其是在内部温度下造成的。
施工点
应该为钢结构桁架的建设准备一个特殊的施工计划,包括在施工阶段的结构分析和验证,结构性预先确定的设计,临时支持结构或建筑措施的设计,建筑技术和工作条件细节等。相关专家应审查特殊计划。
当钢结构通过整体提升方法安装时,作为结构的临时约束节点应与最终的支撑点相对应,以避免结构中的重新分布,因为整体结构是多个催眠剂结构,因此内部力量分布在内部力量之后,这是内部力量分布的多种解决方案。设计状态不是太大,结构位置和设计状态之间的偏差不大,其结构没有过多的应力集中;其次,应控制提升加速度以避免撞击负荷,这可能会导致某些组成部分,以便在整体提升结构的整体提升期间。
临时支撑结构设计和勃起质量控制
当钢结构在安装过程中不形成负载结构,目前需要进行暂时的增强措施,以确保结构的稳定性,并避免局部不稳定和临时支撑结构。应进行监视。
在上海建造的高层建筑物的一架桁架中,建筑工人正在用焊接机进行削减和更换上弦,而桁架猛烈地摇晃并倾斜了,主要的原因是,当建筑工人切断并没有任何替换的仪式,而不是在造成任何替换计划的情况下,并没有提供任何替代的计划。飞机并导致桁架侧向倾斜。
2.5施工期间的火灾风险
超高层建筑具有大规模的,复杂的施工过程,许多施工分包商,许多交叉操作,在施工地板上(表面)上的许多临时电气设备,许多易燃且可燃的材料,杂乱无章的堆叠,频繁的焊接,切割,切割和其他热门工作,如果他们不正确地管理着一系列火灾,那么一系列的远处是一系列的火灾。消防设施达到火点的高度,超级高层建筑的建造对消防安全构成了严重的挑战,相应的消防安全技术和管理是一个主要问题。
有许多用于高层建筑物的建筑工地,许多重叠的专业项目,并且在现场存储了各种各样的材料。必须在施工现场安装消防栓和灭火器,并在施工现场安装火灾。
2011年,在上海的一间老师的公寓里,建筑工人通过在10楼的电梯前窗外焊接来违反了法规。运营人员资格,没有火灾监督,并且操作程序严重违反了施工现场的管理,并没有随机实施安全措施;
3结论
这篇文章主要关注以下事实:超高建筑结构具有许多链接,复杂的技术,高难度以及整个施工过程可能对工程结构本身,第三方和周围环境产生的各种不利影响,并解释了现有的技术风险因素和控制点,并从设计和建筑中的技术角度来指导和参考技术人员的参考。