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    筒倉美化

    大直徑預應力筒倉滑模美化施工技術

    文章來源:江蘇宏亞高空工程有限公司時間:2019-04-27點擊數:60
    0 引言
    隨著我國煤炭需求量的不斷增加, 煤炭基礎設施建設也在迅速發展, 超大型、環保型的儲煤倉相繼出現。山西大同煤礦集團有限責任公司同忻礦井選煤廠原煤倉工程是目前國內筒倉美化直徑最大、高度最高的筒倉美化之一, 設計采用筒中筒結構體系, 漏斗以下為3層筒體, 漏斗以上為單筒。單倉內徑為34 m, 壁厚450 mm, 建筑物地面以上總高度為66.400 m, 其中外筒高44.100 m, 單倉儲煤量3.5萬t。
    主體筒壁施工采用單層剛性平臺滑模施工工藝, 內、外筒同時滑升施工工藝, 在內筒滑升到頂后, 搭設中心筒腳手架作為平臺的內支撐點。
    1 方案選擇
    1.1 柔性滑模施工工藝
    以往大直徑筒倉美化倉頂結構多為鋼結構, 筒壁施工時采取柔性平臺進行滑模施工即可, 倉上鋼結構在地面拼裝好后用大噸位起重機吊裝就位, 即可滿足施工要求。本工程倉頂錐殼部分為鋼筋混凝土結構, 自重大, 不可能采用吊裝方案。所以需要在滑模完畢后, 搭設滿堂腳手架支撐錐殼, 方能完成錐殼結構施工。但是施工周期較長, 還需要投入大量的周轉材料, 成本增加, 且不易保證施工安全, 施工進度緩慢, 滿足不了施工工期的要求。
    1.2 倒模施工工藝
    倒模施工固然能夠解決筒倉美化倉壁的要求, 但與滑模工藝相比, 外觀質量差、工期較長并且錐殼施工依然要搭設滿堂腳手架。
    1.3 剛性滑模, 內、外筒同時滑升工藝
    內、外筒同時滑升, 平臺采用鋼桁架, 中心承重柱采用鋼管、扣件搭設的中心筒腳手架。
    經過現場技術人員攻關和專家論證, 結合結構特點, 采用剛性滑模施工技術, 該技術為:內、外筒同時滑升, 平臺采用鋼桁架, 鋼桁架中心承重柱采用鋼管和扣件搭設的中心筒腳手架 (見圖1) 。此方案經濟合理、簡捷實用、安全、可靠, 主要是有效地解決了后期施工倉頂錐殼時的模板支撐體系, 施工速度快;增加中心筒腳手架, 有效地降低了滑模平臺的撓度, 有效地減少了單榀桁架的跨度;倉頂平臺封閉后, 倉內漏斗可以同時與錐殼交叉作業, 節約了工期。
    圖1 筒壁滑模立面Fig.1Facade of sliding formwork of cylinder wall
    圖1 筒壁滑模立面Fig.1Facade of sliding formwork of cylinder wall   下載原圖

    2 方案控制措施
    1) 組裝外筒壁及內筒壁滑模模具并同時滑升, 中心筒腳手架隨滑模平臺提高在內筒中同步搭設。
    2) 內筒到頂標高, ?;瑑韧? 并將中心筒腳手架直徑外擴, 在內筒壁頂繼續向上搭設, 同時固定內爬桿。
    3) 外筒壁滑升到頂標高, ?;? 外筒安裝牛腿, 中心筒腳手架外圈挑出牛腿, 降模將平臺固定在牛腿上。
    4) 封閉滑模平臺, 搭設錐殼腳手架。
    5) 進行分部的驗算、設計工作: (1) 施工中各部分、各時期的荷載統計; (2) 鋼桁架內力分析、架體設計; (3) 中心筒腳手架內力分析、架體設計; (4) 滑模模具細部構造。
    3 工藝總體設計
    1) 采用液壓滑升模板施工工藝, 滑模裝置為單層剛性平臺, 關鍵系統有兩個:滑模施工系統和中心筒腳手架系統。
    2) 滑模施工系統主平臺的設計, 不僅要考慮滑模施工的需要, 而且要考慮筒倉美化上部錐殼結構施工的需要, 而主平臺主要由72根鋼桁架受力, 所以鋼桁架的設計是此技術的最基礎、最重要環節。
    3) 中心筒腳手架系統, 是整個施工過程中重要的受力結構, 滑模時中心筒腳手架起到支撐和提升剛性平臺的作用, 滑模施工結束后中心筒腳手架與剛性平臺一起又起到支撐筒倉美化上部錐殼結構施工荷載的任務, 也是整個項目成功實施的關鍵。
    4) 筒倉美化上部錐殼結構及框架結構施工技術。此項技術研究的主要目的是利用剛性平臺作為施工筒倉美化上部錐殼結構的支撐平臺, 筒倉美化上部錐殼為鋼筋混凝土結構, 錐殼施工時需要在平臺上搭設滿堂腳手架, 支設模板、綁扎鋼筋, 混凝土澆筑時荷載較大, 如若施工組織不當, 可能會造成剛性平臺下撓過大, 或造成中心柱失穩。產生重大質量安全隱患, 因此筒倉美化上部錐殼結構施工是一項技術難點。
    4 滑模施工系統
    4.1 滑模裝置
    筒倉美化倉壁及扶壁柱均采用液壓滑升模板施工, 滑模裝置設為單層輻射平臺, 主要由操作平臺系統、模板系統、液壓提升系統、配電系統及中心筒腳手架支柱系統構成。
    1) 模板系統包括提升架、模板、圍圈、三角架、吊架, 外筒布置開字架72架, 內筒布置24架。模板采用3012鋼模板, 模板圍圈用槽鋼制作, 模板單面錐度3‰, 連系圍圈也用槽鋼制作。提升架、三角架、吊架采用型鋼制作的滑模專用機具。
    2) 液壓提升系統設計液壓提升系統由千斤頂、支承爬桿、液壓操作臺、高壓膠油管、分油器及針型閥組成。液壓控制臺采用YKT-80, 千斤頂采用GYD—60滾珠式千斤頂, 支承爬桿采用48×3.5鋼管。
    綜合考慮到利用滑模平臺作為倉頂錐殼的支撐平臺等各種因素, 每個倉共布置千斤頂104臺, 其中外筒均勻布置72臺, 內筒布置32臺。
    4.2 鋼桁架設計
    根據以往施工經驗, 倉頂錐殼分3次進行澆筑施工, 將錐殼分成A, B, C 3段。
    計算結果顯示在施工錐殼A段時桁架受力最大, 根據錐殼施工最大荷載進行輻射鋼桁架設計, 依據以往施工經驗, 平臺鋼桁架考慮均布設計72榀。
    根據荷載最大時進行桁架內力分析和架體計算, 錐殼荷載設計按照72根桁架平均分配計算, 為滿足滑模施工模數配置和荷載要求, 鋼桁架設計長度12.5m, 高度1.1m, 通過內力驗算和內力分析, 從而確定出鋼桁架上弦、下弦、腹桿角鋼規格。
    5 中心筒腳手架系統
    5.1 中心筒腳手架在施工過程中的作用
    作用: (1) 滑模施工時作為固定內筒以上爬桿使用; (2) 滑模后直接支承滑模平臺; (3) 錐殼施工時, 其荷載作用在滑模平臺, 而平臺的內部作用點就是本腳手架, 此階段要承受最大荷載, 所有的計算及構造均是考慮此階段荷載; (4) 錐殼上環梁內平臺施工時直接作為模板腳手架使用; (5) 上部在滑模完成后, 中間滑模平臺需要落在腳手架上, 故頂部要挑出一部分腳手架, 做成牛腿形式, 以支撐滑模平臺。
    5.2 搭成后的架體整體形式
    本腳手架設置兩道纜風繩, 其平面位置及立面如圖2所示。纜風繩采用15.2mm的普通鋼絲繩, 端頭用兩個繩扣扣緊, 在兩端設置花籃螺栓作為緊固件, 安裝時先用1t倒鏈拉緊到一定程度, 再用短繩扣及花籃螺栓與長繩連接, 纜風繩的拉緊很關鍵, 要保證8根繩子的受力相差不大, 否則, 很容易向更緊的繩方向傾斜, 做法是:8根纜風繩掛完后, 再統一調整其松緊度。
    圖2 中心筒腳手架Fig.2Scaffold of central tube
    圖2 中心筒腳手架Fig.2Scaffold of central tube   下載原圖
    5.3 中心筒腳手架內力分析、架體設計
    中心筒腳手架為48×3.5鋼管搭設的圓形的滿堂腳手架, 用于支撐滑模施工平臺和作為上部錐殼施工的支架。
    根據施工初步計算, 在工程施工時中心筒腳手架在施工倉頂錐殼時承受荷載最大, 根據施工方案以及錐殼最不利施工狀態, 得出立桿間距為700 mm, 步距為1 200 mm, 腳手架立桿在保證穩定性的前提下能夠承受上部施工荷載, 經過計算能夠滿足施工要求。
    6 錐殼施工措施
    6.1 錐殼施工
    1) 滑模距離頂標高400 mm時, 將本層的混凝土澆筑完畢, 一次提升滑模平臺400mm高, 至頂標高處, 安裝拉繩的吊環。
    2) 安裝鋼絲繩, 將所有的鋼桁架節點與吊環連接上并拉緊。
    3) 封閉平臺, 利用竹膠板將滑模平臺滿鋪, 其上再滿鋪1層鐵皮。
    4) 搭設滿堂腳手架, 作為其支撐系統, 依次施工環梁、錐殼、錐殼上平臺。
    5) 由于錐殼斜壁質量比較大, 先將模板、鋼筋一次施工成型, 混凝土分3次施工, 上部平臺施工時, 模板、鋼筋一次施工成型, 混凝土分2次施工。
    6) 上部結構施工前, 使用鋼絲繩在錐殼及中心筒腳手架處掛住吊拉剛性平臺, 減少剛性平臺的荷載及將荷載向中心筒腳手架均布傳遞。
    6.2 荷載傳遞措施
    1) 牛腿處的荷載 (Fa) 最大時為施工A段時的荷載, Fa=76.63 k N;中心筒腳手架處的荷載值為Fb, 其最大時為施工C段時的荷載, Fb=29.95 k N, 此荷載牛腿和中心筒腳手架能夠承擔 (見圖3) 。
    圖3 錐殼施工荷載簡圖Fig.3Loads for conical shell construction
    圖3 錐殼施工荷載簡圖Fig.3Loads for conical shell construction   下載原圖
    2) 鋼平臺吊拉牢固后, 中心筒腳手架繼續向上搭設至錐殼平臺底, 直接作為錐殼平臺的模板支撐, 在Fb點處設36根20mm的鋼絲繩吊拉剛性平臺至中心筒腳手架上部, 將牛腿處承受的荷載傳向腳手架中部。
    3) 錐殼混凝土分為A, B, C 3段施工, 每段混凝土澆筑前, 在頂部預埋吊環, 待混凝土澆筑后稍有強度, 即設36道鋼絲繩與平臺相應的位置吊拉。
    7 降模及滑模平臺的拆除
    采用2臺5t慢速絞車降模, 將平臺分組降模, 72架桁架劃分為18組, 每組4片。2臺慢速絞車設在倉頂板上, 設2個吊點分別吊在桁架的兩端。降模時, 吊桁架外側的絞車先放松, 里側絞車不動, 待桁架傾斜至能夠避開腳手架時, 2臺絞車同時慢速放松, 將桁架放穩至漏斗平臺上進行解體, 解體后將構件運出倉外堆放整齊。
    8 預應力鋼絞線施工
    1) 預應力工藝采用無黏結后張法施工, 鋼絞線由6根倉外扶壁柱按120°包角環向布置。
    2) 鋼絞線下料下料長度應由計算確定, 計算時應考慮構件長度、錨具厚度、千斤頂工程長度 (算至夾掛預應力筋部位) 、外露長度等, 以本工程為例, 采用YCW-150型穿心式千斤頂, VM15-J型錨固體系。

    式中:l為構件長度;l1為夾片式工作錨厚度;l2為穿心式千斤頂長度;l3為夾片式工具錨厚度。
    鋼絞線下料應用砂輪切割機切割, 不得采用電弧切割。切割好的鋼絞線用20號鉛絲綁扎, 間距2~3 m, 編束時應先將鋼絞線理順并盡量使各根鋼絞線松緊一致。
    3) 骨架筋制作骨架筋宜采用12鋼筋加工成型, 可與倉體骨架筋相結合, 設置間距不宜大于1m。
    4) 滑模施工中模板安裝預應力鋼絞線在滑模施工中因需要兩側露頭, 故不能像常規滑模模板那樣全部封閉。依據施工經驗, 可將上下圍圈在鋼絞線露頭處加大, 無鋼絞線處正常安裝鋼模板, 待預埋鋼絞線時將預留鋼模板及圍圈拆除即可。如圖4所示。
    圖4 滑模施工時模板安裝Fig.4Formwork installation during construction
    圖4 滑模施工時模板安裝Fig.4Formwork installation during construction   下載原圖
    改模后為了保證開口處不漏混凝土, 在鋼絞線錨板之間加封木板封堵, 提前加工好模板, 待出模后可拆除重復利用。
    5) 錨板安裝本工程采用VM15-7錨具及相配套的錨板、螺旋筋, 尺寸為200mm×200mm×20mm鋼板。
    在同一扶壁柱中安裝兩側模板時, 應注意兩束鋼絞線相交所產生的高低差, 施工時應在第1次安裝錨板時采取左高右低方法調整 (也可右高左低, 關鍵是統一) 。
    錨板安裝應采用焊接, 在錨板兩側使用12鋼筋連接, 與扶壁柱鋼筋焊接在一起。
    6) 鋼絞線預埋鋼絞線自下而上, 從一端錨板孔穿入另一端, 在穿行過程中, 倉壁外側應每隔一定距離派專人遞送, 當同一束7根全部穿完后再綁扎固定, 可用鉛絲與支架鋼筋捆扎, 鉛絲不宜扎得太緊, 以免塑料表皮有明顯刻痕和壓紋。
    如發現破損可用防水膠帶進行纏繞修補, 每圈膠帶搭接寬度不應小于膠帶寬度的1/2, 纏繞層數不應少于2層, 纏繞長度應超過破損長度30mm, 嚴重破損的應予以報廢。
    7) 預應力張拉張拉需待混凝土強度達到100%后, 當設計無具體要求時, 不應低于設計混凝土強度等級值的75%。
    倉壁環向預應力的張拉采用6套張拉設備, 分別置于3個扶壁柱上, 對同一圈3束鋼絞線兩端同時張拉。
    張拉順序為先張拉奇數圈, 再張拉偶數圈。奇、偶數圈均為自下而上進行張拉。張拉控制程序: (1) 0~15%σcon測量并記錄當前狀態下千斤頂引伸量a及工具夾片外露量d; (2) (15%~30%) σcon測量并記錄當前狀態下千斤頂引伸量b; (3) (30%~100%) σcon測量并記錄當前狀態下千斤頂引伸量c及工具夾片外露量e; (4) 維持100%σcon2 min后錨固鋼絞線伸長量g=b+c-2a- (d-e) -f, f為千斤頂內預應力筋伸長量。
    8) 錨具涂刷環氧樹脂后, 支模澆筑細石微膨脹混凝土進行錨具密封。
    9 結語
    此筒倉美化為筒中筒結構, 首次實現筒內、筒外兩筒同時滑升;中心筒腳手架在此工藝中是個突破點, 解決了大直徑筒倉美化剛性滑模的難題, 沒有此腳手架作支撐, 在當時將無法實現方便、快捷的剛性滑模;實現了漏斗與錐殼的上下同時作業, 既安全又大大縮短了工期。
    近年來我單位采用剛性平臺施工技術, 陸續施工了10多個直徑34m的筒倉美化, 通過不斷的摸索和科技創新, 在大直徑筒倉美化滑模施工領域取得了成熟的施工經驗, 在降低施工操作難度、降低施工成本、加快施工進度等方面取得了良好的效果。
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