[摘 要] 在单一高耸建筑物施工中,通常采用滑模工艺,为克服滑模施工中存在的安全质量及成本等问题。在滑模施工工艺的基础上发展了新型混凝土施工工艺———电动升模,本文将电动升模施工法进行分析和探讨。
[关键词] 单一高耸建筑物;滑模施工;电动升模施工
电动升模施工工艺是近年在滑模施工基础上发展起来的一种新型混凝土施工工艺,与滑模施工工艺比较,最大的特点是滑模施工为连续性施工,电动升模施工为非连续施工。在施工中,当模板向上提升时,滑模施工的模板与混凝土表面不分离,而电动升模时的模板与混凝土表面分离。为此,本文针对滑模施工工艺与电动升模施工工艺比较的优缺点,进一步对电动升模施工上艺进行分析。
1 滑模与电动升模施工工艺的比较[1,2]
在滑模施工工艺中,由于是连续性施工,并且模板与混凝土表面不分离,因此为了减少滑升时的模板与混凝土的摩擦阻力,混凝土在浇注时,每次浇注的高度一般在20~30 cm左右,而且混凝土在短时间内达到的强度较低,约为1~3kg/cm2,模板套槽就必须在提升机具的作用下,沿着已浇注的混凝土壁面向上滑升。由于滑升过程中模板与混凝士表面不分离,在一个模板的高度内存在不同时间段内凝固的混凝土,并且要经过数次的模板提升摩擦力的作用,模板与混凝土表面的摩擦力使得在分段浇注的每一层混凝土上都产生向上的作用力,如果每层结合处混凝土表面处理不当及混凝土内部质量存在缺陷,都将造成结合处或混凝土不良处的开裂现象,如图1所示。极大的影响着混凝土结构的质量与使用寿命。特别是对单一高耸建筑物,如大型火力发电厂及化工厂的烟囱、水塔、高架桥墩及电视发射塔中表现的较为明显。空气中的水汽及有害烟气通过这些缝隙进入混凝土
图1 滑模滑升示意
1—裂缝; 2—模板
内部,凝结后形成酸碱化合物,加快内部混凝土与钢筋的腐蚀,大大降低建筑物的使用寿命。此外,由于滑模施工工艺的自身因素,特别是在无井架的高耸建筑物的施工中施工平台易于产生旋转,造成建筑物的中心漂移。而最大的问题在于连续施工过程中,由于混凝士凝固时间较短,强度不足,在施工平台重量的作用下,支承杆(通常采用φ25的圆钢)过长失稳造成的倒塌事故。为了解决这一问题,普通的方法是增加千斤顶的个数或者是提高支承杆的直径,因此将使施工设备的成本与费用增加。电动升模是基于滑模施工工艺中存在的缺陷发展起来的一种新型施工工艺,采用了非连续性施工。在电动升模施工工艺中,混凝士的每次浇注量为一块模板的高度,一般在120~150 cm,每天一节,爬升时,模板与混凝土表面分离后上升,因此混凝土表面光滑,内部不产生裂纹,构件的使用寿命有了大幅度的提高。另外,支承施工平台的提升架是固定在2~3 d前浇注的混凝士壁上,此时的混凝土强度已经相当高(分别接近60%~80%左右),因此安全性及可靠性可以得到保证。同时对施工平台旋转及中心漂移问题得到良好的解决。在经济性方面,电动升模施工省去了支承杆,大大的节约了钢材与支承杆的加工费用,以一座200 m高的烟囱为例,即可节约钢材40~50 t左右。但是,电动升模施工工艺同样存在着一些问题。如:模板分离、提升及拼装时的劳动强度较大,施工速度慢,仅为滑模施工速度的二分之一到三分之一,应用范围较小,目前仅适合大型高耸建筑物等。
2 电动升模施工工艺原理
电动升模施工工艺与滑升模板施工工艺同样是建筑施工中使用工具型的模板,按照建筑设计的形状进行拼装,形成混凝土成型的活动套槽,根据现浇混凝土在不同时间内的硬化强度,在提升机具的作用下,模板沿着已浇注的混凝土壁面向上爬升一定的高度。对于各自工作原理用通俗的语言来讲,滑模中采用穿心千斤顶的爬升结构原理是根据猴子爬杆的方法向上爬升的,施工中随着混凝土壁面的增高,连续不断地接长支承杆的长度,千斤顶带着门架及施工平台沿着支承杆向上爬升。而电动升模采用的原理是三块石头过河的方法,利用提升架的内、外套架结构,当混凝士壁面增高时,不断倒换在壁面上固定的相互位置来实现向上爬升的。反复循环,直至达到建筑物的设计高度。
3 电动升模系统的组成
电动升模系统与滑模施工系统在组成方面基本相似,由模板系统、操作平台系统、电动提升的动力系统组成。以高耸烟囱电动升模系统施工为例,如图2所示。某火力发电厂的210 m烟囱,采用的结构为套管式,外部为单管,内部为双管。整个结构由辐射梁、中央井架、鼓圈、内挂平台及内吊平台等组成的施工平台和附着在烟囱外筒壁上使施工平台系统与烟囱同步上升的提升机构等装置组成。设备的组装一般是在烟囱达到烟道口高度以上后进行,施工过程中通过内挂平台及提升架来支撑钢筋混凝土筒壁的模板,混凝土由模板的上口向槽内浇注,当模板内的混凝土达到一定强度时,将模板与筒壁分离,由附着在烟囱外筒壁的提升架及电动提升装置使模板连同施工平台沿着混凝土壁向上提升一段高度(150 cm),内吊平台同时完成烟囱内壁隔热层、内筒烟囱的砌筑及附属设施安装。
图2 电动升模操作乎台结构图
1—栏杆;2—辐射梁; 3—辐射梁连接环梁;4—中央井架斜撑;5—中央井架;6—天轮;7—上操纵室;8—起重卷扬机; 9—起重拔杆;10—电动爬升机构; 11—提升架;12—内吊架;13—内部二层施工平台;14—电梯钢丝绳导索;15—中央鼓圈;16—电梯导索;17—电梯吊笼; 18—安全网
3.1 提升架机构
在电动升模系统中,提升架是整个施工平台的承载机构,由内、外套架组成。如图3所示,外架支撑着辐射梁,并承担着系统的全部荷载,内、外架在模板分离与合成、钢筋绑扎及混凝土浇注等工序施工时,固定在混凝土壁面上。而爬升时,在不同的阶段则分别固定在混凝土壁面上。外提升架较大,内架较小,采用不同型号的槽钢与角钢制作而成。外架主支承杆根据施工平台的面积及提升架的个数一般采用20~24号的大型槽钢,并且作为内架的轨道。
3.2 爬升机构
爬升机构由爬升轨道、爬升靴及壁面固定螺栓组成。爬升轨道一般分为三段,每段与模板的长度相同。在每一段混凝土浇注时,在该层混凝土上预留有固定螺栓的孔,螺栓穿过预留孔将爬升滚道固定在壁面上,然后通过爬升靴将爬升轨道及外提升架连接起来与混凝土墙连接。爬升轨道采用槽钢对接成长方型断面,在槽钢的腹板上开出方孔,安装爬升靴。为了降低混凝土单位面积上的压力,穿墙螺栓采用φ40~60的45号工具钢制造。
3.3 电动升模机构
电动升模机构是动力机构,主要由电动机、摆线减速机、提升丝杠及丝杠螺母等组成。如图4所示,电动机将动力通过摆线减速机传递到提升丝杠,提升丝杠等机构固定在内架上;而丝杠螺母固定在外提升架的下部。当电动机进行正反转时,外提升可以上升或者下降。在内外架的升降过程中,提升丝杠及丝杠螺母承受巨大的拉压力,所以提升丝杠一般采用直径φ50~60的45号钢,需经调质及正火处理,螺纹采用承载力较大的t型螺纹或矩形螺纹,丝杠螺母材料可以采用黄铜或者铸铁。
图3 提升架结构
1—外提升架;2—施工平台辐射梁;3—模板;4—爬升锚固螺栓;5—内挂脚手架;6—爬升轨道;7—爬升靴
图4 电动升模机构
1—提升架外架;2—电动机;3—摆线针减速器;4—提升架内架;5—提升丝框; 6—提升丝杠螺母
爬升时,内架固定在轨道爬升靴上,将外提升架的连接打开,电动机正转,提升丝杠将外提升架升起,达到确定的位置后,再将外提升架固定轨道爬升靴上;然后将内架的连接打开,电动机反转,提升丝杠将内架顶起,达到确定的位置后,再将内架也固定在轨道的爬升靴上。上下交替循环,不断向上爬升,施工平台、模板也被带动不断向上提升。
3.4 施工平台荷载计算
在施工平台设计计算时,对于施工平台上的各种工作载荷、风载、起重荷载及附加荷载与滑模中的计算、取值及标准基本相同。平台结构设计的区别仅仅是辐射梁的根数与大小,结构计算可以采用传统的结构力学的计算方法,也可以利用计算机采用有限元方法进行设计计算[3]。另外,对于无井架平台应考虑电梯的钢丝绳导索的拉力,每根导索的拉力根据经验,一般取每100 m的拉力为1~1•5 t。
4 在异型建筑物施工中的应用[4]
随着城市建设的高速发展,建筑物形式多样化的发展势在必行,近年来我国与国外在这方面均进行了尝试。主要以电视发射塔、纪念碑、烟囱、高架桥墩及吊桥主塔等为代表。图5示出的是正六边型的西安电视台,图6是日本东京都丰岛区垃圾处理工厂建造中的一座208•5 m的高层烟筒,该烟囱下部为不等边六边形,渐缩至上部为等边正六边形,外形像一座超高型大楼。我国采用的是电动升模施工法,日本采用的是滑模施工法。施工中,高耸的主体结构均为下部大,上部小,为了保证各个阶段高度的多边形形状、中心度,在设备结构方面,滑模施工工艺的设备极为复杂,为了保证施工平台的安全,采用了大吨位的穿心千斤顶(起重能力15 t),支承杆直径为φ60.5及φ48.6的厚壁钢管,与我国在滑模施工中采用的φ25的圆钢作为支承杆来比较,耗用钢材之大可想而之。而电动升模施工工艺由于在施工过程中,模板可以与混凝土表面分离,所以在变径时,模板的拼装及尺寸控制能够简单的实现,使整体施工设备相对简单了许多,设备及建设成本费被大大降低。
5 结论
综上所述,本文对电动升模及滑模施工工艺在高耸建筑物的施工进行了比较,可以看到电动升模施工工艺是一种较为先进的施工方法,虽然还存在有不足之处有待改进,但是 对施工中的安全性、可靠性、经济性及混凝土建筑物使用耐久性有很大的改善,并逐步发展为现代高耸混凝土建筑物中一种可靠的施工方法。 |
