120m超高测试塔滑模施工技术
摘要:文章介绍滑升模板的技术应用、使用原理、构造及各部分的作用,分析中电三十八所120m超高测试塔在施工中的具体应用、具体措施和施工步骤。
1 工程概况
中电三十八所测试塔以七项新技术应用,荣获2007年度安徽省科技示范工程,它也是目前安徽省同类特殊构筑物工程中,高度最高,施工难度最大,施工技术较为先进的工程。现将该工程滑模施工技术介绍如下,供设计和施工参考。
中电三十八所测试塔设计高度为120m,110m以下为钢筋混凝土圆筒结构,筒身底部直径为10m,顶部出口直径8m,在60m及110m筒身处组合钢结构观察平台一层,其半径为7.8m,北向全高设电梯井一座,南向60m以下布置有凹槽,筒内布置有钢筋混凝土楼梯,每9m高设有现浇楼层。筒身壁厚:24m以下为60cm;24m~60m为50cm;60m~83m为40cm;83m以上为30cm,外壁坡度60m以下收径2m,锥度为3.3%,60m以上为直筒。电梯井壁厚:24m以下为60cm;24m~83m为50cm;83m以上为30cm。筒体混凝土强度:60m以下为C50,60m以上为C40。
2 滑升模板施工原理
滑升模板是现浇混凝土工程的一种活动成型胎模,主要由工具式模板和液压提升机具两部分组成。工具式模板由多块1.2m高的模板,按照设计的截面形状连续组拼而成,即在两侧模板(或内外模板)之间,形成一个上下贯通的活动套槽。施工过程中,在提升机具的作用下,工具式模板可沿垂直线、斜线或曲线向上滑升,混凝土由模板的上口分层(每层厚度30cm左右)向套槽内浇灌,当模板内最下层的混凝土达到一定的强度后(一般在1kg/cm²~3kg/cm²),模板套槽即依赖液压提升要具的作用,沿着已浇灌的混凝土壁,向上滑升一段高度(一般30cm左右),这样,一边向模板内浇灌混凝土,一边将模板向上滑升,使已成型的混凝土不断脱模,如此连续循环,直至达到设计的高度,一般情况下,在整个工程施工完毕之前,模板不必拆卸和重新组装。
3 滑模结构及计算
3.1 滑模结构组成
滑模主要由模板结构系统、平台操作系统、液压提升设备系统三大部分组成。
3.1.1 模板结构系统由模板、围箍、提升架组成(见图1)
①外模板为3厚高1250mm、长2500mm钢模板,内模为1200mm×150mm普通钢模,采用<30×30角钢骨架;收分模板为六道3厚高1250mm、宽300mm钢模板。
②围箍设内、外各二道,采用10槽钢。
③提升架采用[20槽钢制成,内外圈模板上下口处对称设置Φ25调径螺栓。
3.1.2 操作平台系统(见图2、3)
操作平台为辐射状钢梁结构,共分为上、下2个平台。上平台由12对主辐射梁、5对附加辐射梁、外栏圈及一道加强圈组成,平台面板用100mm×50mm杉木方密铺,下平台由4道主钢梁及8道副钢梁组成,用16根Φ25拉杆分别与辐射梁拉紧。形成单层满堂吊架,并铺杉木方、挂安全网,形成封闭工作空间;筒壁外设钢吊架挂安全网封闭。
3.1.3 液压控制系统(见图4)
液压控制系统由一套液压控制台(YKT-36型)、4个油路分支、21个千斤顶(GYD-36型珠式液压)组成。
3.2 滑模计算(仅介绍计算方法)
3.2.1 滑动模板、围圈和提升架计算
3.2.1.1 模板计算
模板与混凝土的摩阻力:钢模板取1.5kN/m²~3.0 kN/m²。倾倒混凝土时模板承受的冲击力:用溜槽、串筒或0.2m³的运输工具向模板内倾倒混凝土时,作用于模板侧面的水平集中荷载取2.0kN。
根据作用在模板上的荷载和纵横肋布置情况,按单向板或双向板进行计算,包括强度和挠度方面的验算,以确定模板所用的钢板厚度。钢板厚度用3.0mm,边肋用L30×4。
3.2.1.2 围圈计算
围圈是模板系统中的横向支撑,沿结构物截面周长设置,上、下各一道。围圈用型钢(角钢或槽)或钢桁架分段制成。模板固定在围圈上,故此围圈同时承受水平荷载(混凝土侧压力、冲击力和风力)和垂直荷载(模板和围圈自重力以及摩阻力)。围圈的计算可按三跨连续梁支撑在提升架上考虑,计算跨度等于提升架的间距(见图6)。
4 滑升模板施工步骤
①施工前检查基础的实际位置和尺寸,不得超过规范所规定的误差范围。
②现场施工准备工作,其中包括劳动准备、物资准备、机械准备、技术准备等工作。
③操作平台的组装及滑升设备的位置。
a.操作平台组装顺序:中心鼓圈→提升架→辐射梁→拉杆。
b.模板安装顺序:内模→绑扎钢筋→外模、固定围圈调整装置→固定围圈→活动围圈顶等装置→活动围圈→活动模板及收分模板。
c.安装液压系统及电子系统。
d.提升到一定高度后,安装内吊脚手架、外侧围栏及悬挂安全网。
④滑升、调经、模板收分与抽拔。
a.初升:当混凝土分层浇筑高度达到模板高度的2/3控制在2小时内浇筑完毕即可提升,在提1~2个行程,观察各组装系统的工作情况是否正常,混凝土强度达到0.5MPa即可转入正常滑升阶段。
b.正常滑升阶段:绑扎钢筋→浇筑混凝土→提升循环,每次提升高度25~30cm,提升后拉紧导索轨道再行上料。
c.根据气候条件掌握提升的间隔时间和进度,保证混凝土出模不流淌、不塌落、表面光滑。
d.调整:设专人负责,每滑升一次结束,按调整表规定的标高、半径值将提升架向前推进。调整的起始点与方向应结合平台的垂直及扭转情况来决定。
e.模板的收分:与调整、半径收分同步进行,要求每提升二次(50cm~60cm)检查一次半径尺寸,检查方法按新入模混凝土标高的筒身设计半径,采用吊线法找中,然后实测记录,作为原依据,每一次收分量不宜大于10mm。
f.模板的抽拔:当活动模板与收分模板变径收分后,重复在一起时,应在提升混凝土前及时抽拔掉活动模板,用一悬挂于两提升四周移动的模梁上的1t小导链进行操作,抽掉活动模板。经方向不得超过30mm。
⑤筒身中心垂直度测定:采用线坠法,每提升一次,观察记录一次,连续记录各点的轨迹,发现问题及时调整。
⑥操作平台的纠偏倾斜中心纠偏利用调整平台倾斜来控制中心垂直偏差和扭转。
⑦钢平台的安装。钢梁制作过程中,一定要对焊接缝进行X探伤,确保焊接强度和质量。
⑧混凝土筒身的养护。滑升过程中,要随时抹压,混凝土筒壁涂刷养护液进行养护。
⑨垂直运输:采用筒壁辅助式人货提升电梯,随滑升而进行运输。
⑩滑升平台的改造:当滑升平台按图纸设计滑升到60m时,因测试塔变径,滑升平台缩小到8m直径,钢圈需进行平台改造。
混凝土楼梯平台的施工。在滑升过程中,可穿插分层封闭施工混凝土楼梯及楼层,注意上下作业层的干扰,确保施工安全。滑升平台的拆除。在滑升到110m时,组合钢构平台安装完毕后,即可拆除滑升平台。
5 操作及要点
5.1 平台模板及相关系统组装操作要点
①平台模板安装高度,须考虑模板下口至少包住原基础混凝土筒体50mm以上,平台中鼓筒及下弦杆距地面净距离不少于200mm,以便安装操作。滑升模板组装完后,用木夹板下接至预定位置(此为固定模板,不参与滑升)。
②确定辐射梁位置时须考虑筒道口位置、信号平台等预埋件安放及其外露附件便于安装操作的问题,以及筒道口边柱钢筋的避让措施及如何保证质量的问题。
③确定辐射梁位置时,须考虑平台到顶结合顶部梁板结构施工以及拆除来统筹考虑。
④搭设平台模板系统安装支承定位脚手架时,须考虑避让平台钢圈、辐射梁、平台桁架等组件至少200mm,以便安装操作,同时满足平台起拱要求。
⑤安装提升架、固定围檩调整装置、活动围檀调整装置、固定模板及活动围檩系统须直接按工程结构要求做出模板坡(锥)度,应控制在0.2%～0.3%模板高度范围内。
⑥防扭滑的固定模板须周圈对称地均匀布置。
⑦拼装辐射梁内外鼓圈注意控制好其对平台起拱的影响。
⑧平台桁架需现场拼装的部分,需保证拼装焊缝满足设计要求,且拼装焊缝施焊顺序宜按周圈均匀对称地进行,必要时编制焊接工艺流程,以便最大限度地消除结构由焊接变形及所产生的内应力对平台结构产生的不利影响。
⑨焊装围檩前须校准围檩位置及坡度,且须保证平台空间桁架结构拼焊完成检查无误后再行焊装模板围檩,以确保模板围檩安装位置的准确性(容许上围檩与模板间加找坡扁铁)。
⑩模板安装须校准坡(锥)度,且在整个平台各处模板均应严格控制安装坡(锥)度。对于不变直径、截面一滑到顶的混凝土结构,坡(锥)度控制在0.2%～0.3%左右。整个滑模平台等各系统均应进行严格的结构计算,满足其强度、刚度、稳定性的要求。
5.2 滑模施工操作要点
①使用的平台结构及相关系统未曾经过施工工程检验确认是安全的,则需进行验算或平台试压检验,确认安全后方可投入使用。
②每班前需进行全面交底、检查,每班需做详细的施工记录、且进行详细的交接班并做好记录。
③每次提升前需确认导索已适度放开、垂直运输系统已停止工作、支承杆已加固且足够长、各监护人员已到位、混凝土浇筑已到位且无提升障碍等,方可实施提升操作。
④每次提升须有专人监测混凝土出模强度,混凝土出模强度宜控制在0.2～0.4MPa(相当于混凝土0.35～1.05kN/cm²贯入阻力值)。经验上一般用手指按压出模的混凝土有轻微的指印且不粘手,并在提升过程中能听到“沙沙”声,据此可说明出模混凝土强度较适宜,已具备滑升条件。
⑤每次提升须有专人监护(测)检查平台系统应与结构物无钩挂,千斤顶、液压系统工作情况正常,并随时监测平台垂直偏差及平台扭转且适时地进行纠正。
⑥需随时注意天气、气温情况和混凝土出模强度以便适时调整混凝土浇筑高度(宜控制在250～300mm高)和滑施速度。
⑦一般1h左右提升一次,相当于10～12个千斤顶行程(约250～300mm高),若间隔时间过长宜增加一次中间提升、或半小时提升一个千斤顶行程,以防混凝土与模板粘结。
⑧混凝土浇筑需遵循“均匀布料、分层交圈”的原则,且对称变换浇筑起始点,这样便于保证出模混凝土强度的一致性。
⑨混凝土筒壁(墙体)到顶(楼板底、顶盖底)空滑时,需提高滑升速度,宜在2h(具体时间需根据当地、当时气温条件、混凝土强度增长情况而定)左右提升到位,以防顶部混凝土拉裂或带起来,同时密切关注支承杆工作状态、加强支承杆加固。
⑩正常滑施过程中需随时注意调平滑模操作平台,可在支承杆上安装提升限位器调平操作平台。
11 在实施纠偏、纠扭时,其操作平台高差不得大于操作平台直径或操作平台边长的l%。
12 出模混凝土应及时进行抹压处理,适时涂刷养生液(严格按产品说明执行)或洒水养护,养生液须成膜。
13 收分(变截面)及收径(变直径)须对称且同时地进行,以防由此产生偏、扭。
14 由于变径的需要,在拆除外端的模板时,须对称且间隔交替地进行,防止平台构件因应力集中而失稳。
15 提升时应充分保证千斤顶的给油和回油时间,发现有漏油现象应及时处理,井随时检查油箱存量,油量不足应及时补充。
5.3 观光平台安装操作要点
①观光平台梁预留洞在埋设前须仔细检查核对安装部位的直径、标高。
②观光平台梁预留洞出模后即快速找出、清理、安装平台梁,平台梁用螺栓连接(连接、拧紧、均在吊架内进行)。
③观光平台安装期间,滑模施工可停滑配合平台安装,确保平台安装在吊架内进行。
5.4 纠偏、纠扭、抗漂浮操作要点
①每次拿到偏差监测数据后,须进行认真分析,查找主要原因,排除致偏原因,对症施治才能收到良好效果。
②每次纠偏、纠扭作业前须对支承杆进行适度加固,纠偏、纠扭作业中须密切观察监测操作平台及提升系统等各部分受力情况和纠正效果。
③纠偏、纠扭作业中要特别注意纠正效果和发展趋势,合理利用纠正惯性,纠正剩余偏差,防止纠正过度。
④在纠偏作业中只有当平台倾斜法效果不佳时,方可采用模板坡(锥)度法。
⑤在纠扭作业中首选千斤顶倾斜法,当效果不佳时,方采用滑刀导向法,必要时可采取两种方法并用。
5.5 平台拆除操作要点
①按平台拆除施工组织设计(拆除方案)要求在滑模施工阶段准确埋设各措施预埋件。
②安装一台1t快速卷扬机并再对所有卷扬机进行刹车试验、地锚荷载试验、主卷扬机启动和制动时间及同步差测定。
③全面检查维护保养垂直运输系统、电器控制系统、通讯系统等,应能确保性能稳定、安全可靠地工作。
④全面检查测定拟采用的索具、手拉(搬)葫芦、滑车等,应确保性能稳定、安全可靠。
⑤平台拆除作业须待筒首混凝土强度达到设计强度后进行。
⑥平台拆除作业前需用木方将每根辐射梁牢固地支垫在筒首混凝土上,捆绑固定确认可靠受力后,方可拆除支承杆,千斤顶等液压提升系统组件。
⑦所有拆除下放构件均应捆绑牢固、随拆随下放,不得在平台上堆积已拆除的构件。
⑧在拆除拟定散拆的辐射梁前,须将拟定下放用的手拉(搬)葫芦及索具按施工组织设计(拆除方案)要求牢固地捆绑在中鼓筒上,并使其均匀受力。
⑨拆除拟定散拆的辐射梁时,须对称且间隔交替地进行并随时检查其下放用的手拉(搬)葫芦及索具的受力情况。
⑩散拆工作完成且平台整体拆除人员上齐后,将吊笼用钢丝绳与中鼓筒牢固捆绑在一起。
11 平台整体下放主卷扬机需同步下放,下放前须做好同步
调校工作。
6 滑模施工纠偏、纠扭、抗漂浮施工措施
①垂直度控制:在滑升过程中容易发生偏移、扭转,在滑模过程中通过在筒内设置十字形观测点进行,用激光铅垂仪或线锤通过在地面上设置的十字交叉4个点,观测在平台上的控制点是否重合来进行比较,如不重合须分析原因,采取纠偏、纠扭措施。
具体措施:当中心偏差达20mm以上(含20mm)时且有明显发展趋势即须进行纠偏作业。使用效果好的主要有以下两种。
方法一:平台倾斜法
将检测点所背离方向(即工程垂直偏差发展方向)的千斤顶限位卡按递增状态适度调高→加固支承杆→在密切观察监测下滑模施工(注意纠偏效果及发展趋势)→当纠偏效果明显且有明显稳定回复中心趋势时可适度调小操作平台高差→当中心偏差回复到小于20mm时可酌情逐步调平操作平台(注意防止纠偏过度)→利用惯性纠正剩余偏差→一次纠偏作业完毕。
方法二:模板坡(锥)度法滑模平台正常提升至预定位置(必要时可适度加大提升高度)→加固支承杆→将检测点所背离(含所向)的方向(即工程垂直偏差发展方向)的筒体两侧的内、外模板通过围檩调整装置适度调整模板坡度(向拟纠正的方向)→同时浇筑模壳内筒体混凝土→在密切观察监测下提升进行滑模施工(注意纠偏效果及发展趋势)→当纠偏效果明显且有明显稳定回复中心趋势时、注意适度调回模板坡度(防止纠偏过度)→当中心偏差回复到小于20mm时可完全调回模板坡度(防止纠偏过度)→利用惯性纠正剩余偏差→一次纠偏作业完毕。
②当平台扭转偏差达50mm以上且有明显发展趋势时即可进行纠扭作业。
使用效果好的主要有以下两种方法。
方法一:滑刀导向法
用手拉(搬)葫芦调整带有滑刀的固定模板使其滑刀对应指向扭转发展方向→在密切观察监测下进行滑模施工(注意纠扭效果及发展趋势)→当纠扭效果明显且有明显稳定回复原位趋势时、注意适度调回固定模板(防止纠扭过度)→当扭转偏差回复到小于50mm以内时可完全调回固定模板(防止纠扭过度)→利用惯性纠正剩余偏差→一次纠扭作业完毕。
方法二:千斤顶倾斜法
在部分千斤顶底座下与千斤顶扁担梁之间(在扭转发展方向一侧)加一垫铁(3～6mm左右)→加固支承杆→在密切观察监测下进行滑模施工(注意纠扭效果及发展趋势)→当纠扭效果明显且有明显稳定回复原位趋势时、注意适度调小垫铁(防止纠扭过度)→当扭转偏差回复到小于50mm以内时可完全取消垫铁(防止纠扭过度)→利用惯性纠正剩余偏差→一次纠扭作业完毕。
7 结论
①液压滑动模板是现浇竖向钢筋混凝土结构的一项先进施工工艺。整个结构仅用一套液压滑动模板,一次组装,滑升过程不用再支模拆除,搭脚手架和运输等工作,混凝土保持连续浇筑,施工速度快,可避免施工缝,同时具有节省大量模板、脚手材料和劳动力、减轻劳动强度、降低工程施工成本、施工安全等优点,可广泛应用于烟囟、储仓、高塔、竖井等工程上,在民用高层、多层框架、框剪结构中也可应用。
②120m测试塔采用滑模施工技术,相对于其它技术,节省成本74万多元,实际滑升时间仅3个月。
③由于该测试塔为特殊用途的特种构筑物,要求施工企业资质高、作业人员特殊、机械设备配置独特,因此,要求施工方案严密慎重,并且经济合理。
④由于测试塔为超高特殊构筑物,要注意气候条件的变化,尤其在夏季高温和冬季低温季节,一定多做浇筑混凝土的应力曲线试验,随着温差变化,随时调整混凝土配合比,同时随着滑升高度的提高,要注意安全措施的实施。
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