[摘要]我国自行研发的可升降液压爬升模板施工技术,采取爬升1层墙柱,浇筑1层楼板的施工工艺,已成功地在欧洲最高建筑、世界最高全现浇钢筋混凝土结构工程中应用。该文介绍了该项技术的特点和具体做法。
[关键词]液压爬升模板;爬模装置;升降千斤顶;支承杆;脱模
莫斯科联邦大厦为全现浇钢筋混凝土结构工程地下4层,深17·45m,地上93层,建筑高度354m,为欧洲最高建筑、世界最高全现浇钢筋混凝土结构工程。建筑平面为弧线三角形,标准层建筑面积3 000m2,标准层高3 806mm,非标准层高3 137~7 612mm不等。与墙柱相邻的楼板厚350mm,其余楼板厚200、250mm。核心筒主体呈梯形,建筑面积415m2,包括楼梯间等其它墙体在内共546m2。墙体起始厚度分别为1 400、1 000、600、300mm,至建筑顶部时,1 400、1 000mm厚的墙体变为400mm厚,其余墙体厚度不变。建筑物3边共有26根矩形柱,随建筑高度变化有2边的柱距及平面位置内收,柱中心最大偏移8 040mm。柱截面起始尺寸分别为4 000mm×2 000mm、3 600mm×1 800mm,至建筑顶部时,截面变化为900mm×450mm、1 100mm×550mm、1 200mm×600mm,层间截面变化最小50mm。
为确保合同工期,并保证工程质量和施工安全,经过考察、研讨、评审、创新和试验,决定采用我国自行研发的可升降液压爬升模板施工技术。目前,爬模施工正在顺利进行中。
1 爬模选择
爬模有多种,如:手动爬模、电动爬模、吊爬模、液压油缸爬模等,国外多采用液压油缸爬模,国内也有液压油缸爬模的做法。这种爬模多用于外墙,当内外墙都需要爬模时,通常是甩掉楼板,待墙体爬模爬过3层以上,再滞后施工楼板。莫斯科联邦大厦工程楼板厚、配筋大,而且柱子也要爬模,楼板不可能滞后施工。本工程采用的是一种可升降液压爬模施工工艺。爬模模板的高度为标准层层高,模板之间以穿墙螺栓紧固。当混凝土达到规定强度脱模后,以100kN液压升降千斤顶为爬升动力,以83mm×8mm钢管为工具式支承杆,以达到一定强度的钢筋混凝土结构为支承体,带动模板及爬模装置一起向上爬升。爬升1层墙柱,浇筑1层楼板,以确保结构的整体性。
2 可升降液压爬模的特点
1)液压爬升模板是支模和滑模相结合的一种新工艺,有两种工艺优点,施工方便、快捷。
2)内外墙体和柱子都可采用爬模,模板、操作平台及提升系统以液压千斤顶为动力自行向上爬升,无需塔吊反复装拆,使塔吊有更多的时间保证钢筋和其它材料的运输。根据施工需要,模板及爬模装置还可以先升后降,到达指定标高。
3)可以从基础底板或任意层开始组装和使用爬升模板。
4)钢筋绑扎随升随绑,操作方便安全。
5)爬升1层墙柱,浇筑1层楼板,以确保结构的整体性及施工的连续性。
6)有的电梯井到一定高度变为有楼板的房间,只需卸除下包模板和吊架,不需改变爬模施工工艺。
7)所有模板上都带有脱模器,确保模板顺利脱模。
8)一项工程完成后,模板、爬模装置及液压设备可继续在其它工程使用,周转次数多。
9)爬模可节省模板堆放场地,对于在城市中心施工场地狭窄的项目有明显的优越性。液压爬模的施工现场文明,在工程质量、安全生产、施工进度和经济效益等方面均有良好的保证。
3 液压爬模施工的基本程序
根据本工程具体情况,原计划爬模从地下4层开始,当基础底板完成,并绑扎完地下4层墙体及柱体钢筋后,即可进行爬升模板及爬模装置安装。由于俄罗斯方面设计变更,地下室核心筒平面变化较大,改到地下1层开始组装爬升模板及爬模装置。当首次墙柱混凝土浇筑完成并达到一定强度后,进行脱模,模板开始爬升,钢筋绑扎随模板爬升进行。当模板爬升到上层楼面后,楼板钢筋混凝土随后逐层跟进施工,其间上层爬模紧固,待楼板混凝土浇筑完,上层墙柱即又开始浇筑。爬模施工顺序为:①在起始层绑扎钢筋,按标准层高支设模板,安装爬模装置,由下层混凝土预埋件及楼板支承,提升架之间连成整体;②按常规方法浇筑混凝土;③混凝土养护,在此期间绑扎上层部分钢筋。当混凝土达到脱模强度后,拆除穿墙螺拴,模板后退80mm;④千斤顶支承杆下降至混凝土顶面或顶面垫板上,支座同挂钩脱离,爬模装置开始爬升,边爬升边绑扎钢筋;⑤模板底部到达上层楼面标高后,提升架下部支座同预埋螺栓挂钩相连,模板回位紧固,楼板施工;⑥当模板进行大清理、刷油时,由支承杆和支座挂钩承载,提升架立柱带动模板一起后退。
根据结构平面变化情况,核心筒及靠观光电梯一侧的柱子从地下1层开始爬模至93层结构顶部止;其它两侧的柱子一部分在45~57层被双柱取代,为此在45层拆除爬模架,保留模板,改用支模方法;其它从地下1层开始爬模至66层止,66层以上柱子采用支模施工方法。
4 液压爬模装置构造
4·1 墙体爬模构造
1)模板系统 由定型整体全钢大模板、下包模板、阴角模、阳角模、钢背楞、穿墙螺栓、铸钢螺母、铸钢垫片等组成。
2)液压提升系统 由提升架立柱、横梁、斜撑、活动支腿、滑道夹板、支座、挂钩、钢牛腿、导轨滑轮、防坠装置、液压千斤顶、支承杆、液压控制台、各种孔径的油管及阀门、接头等组成。
3)操作平台系统 由操作平台、吊平台、中间平台、上操作平台、外挑梁、外架立柱、外架梁、围圈、外架斜撑、栏杆、安全网等组成。核心筒与群柱围圈之间设走道桁架。
4·2 柱子爬模构造
1)模板系统 由可调截面钢柱模板、宽度调节模板、圆柱模板、长边柱模滑轮支座、短边柱模吊杆及滑轮、对拉螺栓、铸钢螺母、铸钢垫片等组成。
2)液压提升系统 由提升架立柱、上横梁、下横梁、斜撑、滑道夹板、液压千斤顶、支承杆、套管、液压控制台、各种孔径的油管及阀门、接头等组成。
3)操作平台系统 由外挑梁、外架立柱、围圈、围圈连接槽钢、横向操作平台挑架、外架斜撑、栏杆、安全网等组成。群柱围圈之间设旋转伸缩调节丝杠。
5 模板做法
5·1 爬模对模板的要求
1)模板定型化,模数化,模板刚度好,面板平整光滑,能满足周转使用次数要求。
2)模板外形尺寸准确,组拼后的模板偏差符合规范要求,使组装一次成功。
3)模板自带焊接脱模器,使混凝土达到脱模强度后能轻松脱模。
4)模板能后退、平移,易于除垢清理。
5)根据墙模板组装及拆卸的需要,对组装后不再拆除的模板采用螺栓连接,对经常拆卸组装的模板采用夹具连接,以节省拆卸组装的时间和用工。
5·2 模板的选择
本工程墙模板采用组拼式全钢大模板,模板之间用钢背楞拼装成块,每块大模板由2榀提升架连接。柱模板采用可调截面钢柱模板,每组柱模板由长边模板和短边模板各2块组成,并由1套柱爬模装置连接。考虑到运输车辆净空尺寸,标准模板宽度定为2 400~600mm,非标准模板宽度根据实际需要确定,尽可能少用或不用;模板高度依据标准层高确定,本工程标准层高3 806mm,楼板最厚350mm,内墙模板及柱模板高度定为3 456mm,外墙模板(用于电梯井筒及楼梯段)比内墙模板底部长450mm,以下包楼板,外墙模板高度3 906mm。内外模板厚86mm,面板厚6mm,墙模允许承受混凝土侧压力60kN/m2,柱模允许承受混凝土侧压力80kN/m2。
5·3 模板脱模后退方法
1)当混凝土达到脱模强度后,先用脱模器丝杠向前顶混凝土使模板后退2~3mm。
2)用活动支腿可调丝杠将模板后退80mm,满足模板爬升所需的间隙,并采用专用工具进行模板清理、涂刷隔离剂。
3)当模板需要进行大清理时,拆除提升架立柱与横梁的连接钢销、斜撑及外架斜撑,拆除模板之间的连接卡具,此时,模板可后退500mm。
4)柱模板截面变化大,受提升架的限制,柱模板不可能像墙模那样可后退500mm,为此,长边柱模采取先后退80mm,然后左右各平移1/2长边柱模宽度进行清理;短边柱模采取滑轨吊模的方法,后退1/2短边柱模宽度后,模板旋转90°后进行清理。
5·4 穿墙螺栓
模板穿墙螺栓孔眼为25mm,穿墙螺栓选用T20×6冷挤压满丝扣螺栓,采用铸钢螺母和铸钢垫片紧固。由于爬模的穿墙螺栓只能后穿,不能在2片模板之间夹住套管,为此采用23mm×1mm的PVC管,PVC管先套入T20×6螺栓上一起穿墙,拆模时,T20×6螺栓取出,PVC管留在孔内,外露部分去除。
6 千斤顶与支承杆
6·1 千斤顶的布置
本工程选用100kN松卡式升降千斤顶共285台套,其中梯形核心筒共布置129台套、核心筒两侧楼梯间共布置52台套;26根矩形柱,每根柱4台套,共104台套。千斤顶布置数量需根据模板、爬模装置自重及施工荷载进行局部和整体计算,确保千斤顶工作荷载满足规范规定的工作荷载小于额定荷载1/2,即50kN的要求。
千斤顶顶部安装限位调节器和限位卡,每2台套千斤顶设1套平衡阀。共配制72型液压控制台5台,其中核心筒2台(含备用1台)、每边的柱子各1台。其中,A21柱中心位置不变,但截面变化太多,应使用其它形式模板。
6·2 支承杆与结构关系
1)千斤顶中间穿入支承杆,根据计算,本工程支承杆选用Q23583mm×7·5mm钢管,千斤顶依靠支承杆向上爬升。当爬模装置到达预定标高后,支座与预埋挂钩连接,将爬模装置荷载传递到墙体或楼板,然后再利用千斤顶的下降功能,将支承杆向上层传送。
2)核心筒墙体支承杆主要设在结构混凝土顶部为有利于测量定位和防止爬模装置水平位移,在核心筒墙体角部位置设定位支承杆,埋入混凝土内;柱体支承杆全部设在结构体外。
3)柱体支承杆与楼板相交3层,连接处设半圆锥形铸钢套,套内为倒齿,承受支承杆传递的荷载;为防止混凝土污染,施工前用塑料布包好,有利锥形套脱模。
液压爬升模板质量和技术关键要求
1)爬模施工程序必须按:合模→浇筑混凝土→脱模→爬升,反复循环进行;爬模装置设计必须满足施工程序的操作要求。
2)爬模施工必须编制详细的施工方案,并有具体的确保爬模质量、安全的技术措施,季节性施工措施。
3)爬升模板装置的制作安装质量必须符合允许偏差要求。
4)爬模工程混凝土施工必须分层浇筑、分层振捣。
5)当混凝土强度达到1·2MPa,及时拆除对拉螺栓,模板脱开后退,爬升时必须清除一切障碍。
6)坚持防偏为主的方针,确保支承杆的垂直度和稳定性,对超过设计长度的柱模支承杆进行加固;当爬模装置出现偏差,应及时消除产生偏差的因素,并合理纠偏。
7)模板清理采取划分区段、定员定岗、从下到上、一包到顶的做法,做到层层涂刷隔离剂,并由专业人员检查。每隔5~8层进行1次大清理,即将模板后退500mm左右彻底清理1次。
8)高度重视支承杆的垂直度,确保支承杆的清洁,保证千斤顶的正常工作,每层按5%~10%的比例对千斤顶进行强制更换保养。
9)加强测量观测,严格控制垂直度、水平度、标高、轴线、平面形状和门窗洞口。垂直度的测量采用激光经纬仪、垂准仪和激光靶;标高传递采用激光水平扫描。每层提供2次垂直偏差观测结果,即混凝土浇筑前和混凝土浇筑后。如有偏差,可在上层模板紧固前按纠偏措施进行校正。
10)做到千斤顶同步爬升,每1 000mm限位找平一次,保持爬模平稳上升。
8 施工进度
本工程在非标准层阶段,受层高变化、改装模板和人员熟练过程的影响,施工进度较慢;进入标准层后,已基本按进度计划进行。随着高度上升,常温时按5d1层结构、冬期按7d 1层结构施工。
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