大连北良60万吨钢筋混凝土筒仓滑模施工
摘 要 本文介绍了大连北良60万吨钢筋混凝土粮食筒仓工程中直径32m,高度45.8m单仓容量3万吨的世界领先规模的筒仓滑模施工工艺,其中特别介绍了施工中有关柔性平台的设计及应用、筒仓垂直度、圆度、偏移的测控等几项关键技术的解决和应用效果。
1 概述
大连北良有限公司国家粮食储备库项目60万t筒仓工程是国家的重点工程。该工程共含20个筒仓,2×10交错排列,仓内径32m,壁厚405mm,高度45.8m。仓顶为钢结构锥形屋面。单仓容量3万t。该工程由中国港湾建设(集团)总公司承建,中港一航局三公司施工。总工期为9个月。
筒仓仓壁为大直径非预应力钢筋混凝土圆形结构,其规格世界领先。仓顶内侧挑出钢筋混凝土环梁一道,外侧钢筋混凝土挑檐绕仓壁一周,高度为1.1m。设计要求从基础顶面至环梁底部不允许有施工缝,外观不做粉饰。经研究比较各种大直径圆形高耸建设物常用施工方案(滑模,倒模,提模,爬模等)后,决定采用滑模施工方案,即从-0.6m~+44.75m连续浇注混凝土,仓壁混凝土表面随滑随抹,环梁及挑檐混凝土待改组模板后二次浇注完成。现已完成了3#、4#两座筒仓的仓壁施工,两仓的垂直度、圆度、扭转均符合设计及规范要求,仓壁外观质量优良,受到业主及监理公司的一致好评,工艺水平、施工速度和工程质量均达国内先进水平。
2 筒仓滑模的施工工艺
以本次施工的3#、4#筒仓为例对筒仓的施工工艺作一介绍。筒壁滑模施工均采用柔性平台,仓壁混凝土从基础顶部-0.6m至环梁底部+44.75m连续浇筑完成,环梁及挑檐二次浇筑完成。仓顶锥形钢结构屋面在滑模施工结束后再进行高空安装。
2.1 主要工程量
混凝土量3 808.8m³,钢筋1 185.6t,内外搓抹面面积18 600m²。
2.2 施工布置
3#、4#筒仓同时滑升。4#仓南侧设置150t.m固定式塔吊一座,用于钢筋及支承杆的垂直运输。现场西南侧设二台50m³/h混凝土拌和站。混凝土运输车运送混凝土至现场指定供料点,0.2m³小车分送。每仓均布四座随升井架,每座井架设一台1t卷扬机,用于混凝土垂直运输,见图1所示。
2.4 滑模施工工艺
2.4.1 滑模系统设计
(1)模板:内外模板均使用1 200mm系列普通定型钢模,模板宽度为200mm、250mm两种,用回形卡互相拼连。在模板上端第一孔和下端第二孔上分别设双钢管弧形围檩,以调节钢管与提升架立柱相连,模板依托围囹被围成曲面。
(2)提升架:提升架立柱用Φ48×3.5焊管拼焊而成,格构式构件外形尺寸为2 400 mm×188mm,提升架宽1 200mm,上横梁采用50×5角钢,下横梁采用10号槽钢拼成“开”式提升架。每库均布开字架72榀。仓中间设置D=600mm,δ=15mm钢板,以36根可调节的φ14钢筋呈幅射状拉于开字架内侧立柱。
(3)液压系统:使用设计极限承载力为6t的滚珠式千斤顶,每榀提升架布置1台,用φ48×3.5焊管作为支承杆,以φ16、φ8钢丝编织网高压软管与各分油器组成液压油路系统,每库设一台36型液压控制台为系统提供液压动力。
(4)滑升平台:内外平台采用钢管挑平台,利用内外侧上调节钢管加斜撑形成支撑骨架,再绑扎50×100木方,铺设25mm厚木板,外挑平台的宽度从外模板向外1.8m,内平台宽度从内模板向外1.8m。利用内外侧的下调节钢管及提升架立柱连接钢管立杆,立杆下端设置横杆,形成内外吊架,横杆上铺设50mm厚脚手板,吊脚手架宽0.8m,高2.0m。
(5)垂直运输: 4#仓南侧设有一座150t.m塔吊,承担两只库的钢筋、支承杆和小型机具的垂直运输。每库设置4座随升井架,用于混凝土的垂直运输,井架高4.5m,净挑1.8m,井字架立杆与开字架立柱相斜撑,拉撑于开字架立柱上。
(6)安全措施:内外挑平台外围设置钢管栏杆,立挂安全网,内外吊脚手立面、底面均满挂安全网,地面井架口及受料点均设计安全防护棚,上铺钢模板两层。
2.4.2 支承杆的受力计算及千斤顶布置
(1)荷载设计值
a.滑升模板系统自重 g=55.73t
b.平台堆料: g=11.95t
(2)竖向荷载总值 G=162.5t
千斤顶允许承载力取极限承载力的50%,为[P] =39kN,千斤顶和支承杆最小数量:n=162.5/3=54.2<72只故千斤顶和支承杆布置72只能满足要求。
2.4.3 滑模系统组装
(1)准备工作
a.清理现场,将基础上仓壁位置混凝土进行凿毛、清渣、理顺和调整基础上的插筋。
b.引测筒仓中心点和设立垂直控制点。引测标高点标识于塔吊井架上和基础插筋上。
c.弹出提升架、门洞、通风孔等位置轴线。
d.进行液压设备的试车、试压检查。
e.模板及钢管等设备运至现场。
f.在模板高度范围内(-0.6~+0.8m)进行
首段结构配筋,安装预埋件、孔洞模板、水电管线等。
g.架设中央临时平台,顶部标高+0.43m。
(2)系统组装
a.提升架安装
每只库均布72榀开字架,每榀按5°位置排列。提升架下横梁上口标高为+1.3m,立柱下端可以垫物调整,使立柱下端标高为-0.45m。提升架安装必须保证横平竖直,每榀与圆心对齐,下横梁架上口必须在同一水平面上,其高差不得大于5mm。
b.围圈及内外挑桁架安装
上、下围圈均采用钢管弯弧围成,钢管相接处采用双道钢筋双面焊接而成,上围圈至开字架下横梁下口尺寸为485mm,上下围圈之间距离900mm,开字架立柱内外侧各设上下两道加固围圈,两个开字架之间沿加固围圈设置“V”形斜腹杆支撑。内外上挑平台桁架宽度均为1 800mm。每只库对称布置四个随升井架,高4.5m,净挑1.8m。井架立柱拉撑于开字架立柱。无论是焊接或是扣件连接必须牢固可靠。
c.模板安装
在封模前必须对首段钢筋及预留孔洞进行验收,合格后方可封模。模板安装要求拼缝严密,相邻两块模板平面的平整度不大于2mm。模板安装根据规范要求装成雏形,上口尺寸为390mm,下口尺寸为400mm,模板拼缝每缝不少于3个V形卡。模板与围圈采用管卡勾头连接,每缝上下各一道,一般部位每隔一道缝设一列,井架周围要加密。
d.液压设备安装
千斤顶在偏向筒壁中心外侧2cm处偏心放置,千斤顶与开字架下横梁连接采用 16×160螺栓,下口用75×5角钢做垫板。千斤顶安装时要保证横平竖直,连接牢固。
油路及液压系统布置见图2所示,所有主次油管接头必须拧紧,主油管、支油管油路长度一致。
支撑杆采用φ48×3.5焊接钢管,底段采用规格分别为3.5m、4.5m、5m,焊接接长段均为3m,焊接接长时里面必须插入40cmφ20钢筋做内卡,插入上下钢管各20cm,焊接牢固,用手动砂轮打磨光滑,确保可以顺利通过千斤顶。
e.内外吊脚手安装
待到仓壁滑模滑升超过2m时,安装内外吊脚手。吊脚手拉杆为2.5m,吊空净高为2m,宽度为0.8m,设置防护栏杆2道,其上满挂安全网,吊脚手板采用50mm×250mm×3 000mm木板2块沿仓壁周围方向铺设,绑扎用8号铁线,保证牢固可靠,其下满挂安全网。
2.4.4 施工操作
(1)钢筋工程
a.钢筋由塔吊垂直运输至平台内外钢筋架子上,指挥塔吊的人员必须注意平台上钢筋及其它重物摆放要整体对称平衡,外平台荷载可稍大于内平台荷载,但每处内外荷载之和不得大于2t。
b.竖向钢筋采用φ20和φ18钢筋,搭接长度为40d,首段钢筋采用四种长度交错排列,以上各段均用6m钢筋搭接,以保证任意水平截面上,接头钢筋截面积不超过全部钢筋截面的25%。每次接长时,钢筋从限位环中穿入,以保证钢筋位置准确无误。
c.水平筋为φ20和φ18钢筋,搭接长度为80d,钢筋下料长度为12m,不足长度采用对焊接长。搭接处要错开布置,水平方向搭接错位不小于2m,同一竖向截面上每隔三根允许有一个接头,内外层钢筋接头位置错开布置。水平筋的竖向间距采用在竖向筋上划刻度的方法和每次提升的高度控制。
(2)混凝土工程
a.筒仓壁混凝土标号为C35,采用混凝土运输车直接运输至指定受料点, 0.2m³手推车分料,卷扬机提升混凝土手推车至上平台外侧,混凝土浇筑采用分层浇筑方法,每层浇筑厚度根据滑升高度而定,但每次浇筑厚度不得大于350mm,浇筑应均匀对称进行,按规律依次改变浇筑次序,每层混凝土浇筑应低于模板上口50mm。
b.混凝土振捣采用HZ50插入式高频振捣棒进行振捣,振捣时不得漏振、缺振,振捣棒插入下层混凝土深度不大于5cm,不得插入过深以免扰动下层混凝土。
c.预留通风洞口及仓门洞等两侧的混凝土,应对称均衡浇筑,有阳光直射方面要后浇。
d.模板滑升过程中,不得振捣混凝土,不得进行混凝土垂直运输。
e.混凝土出模后,瓦工要及时摸面,要求仓壁内外表面搓平、压光,并少量带浆,确保表面色泽一致。
f.在脚手架下方间隔设置喷淋管对仓壁进行喷水养护,要注意喷洒及时,不得漏喷。
(3)滑升
本次施工滑升速度一般控制在90min内滑升一次。在滑升过程中,应严格掌握混凝土的出模强度,其出模强度要求为0.3~0.4N/cm²,保证在滑升中不出现坍落现象。
初始1.35m空模应以最快速度均衡浇筑完成,每层浇筑厚度为300mm,当预计第一层混凝土达到强度时,进行试滑,试滑控制在2~3个千斤顶工作行程,试滑一切正常,强度达到要求,即可滑升至预定高度。
3 几个关键技术问题的解决
3.1 柔性平台的应用及内外操作平台的安装在所施工的32m大直径钢筋混凝土筒仓中设计和应用了先进的柔性平台滑模系统,不仅在理论上是先进的,而且拆装工艺简单,与传统的刚性平台比可节省大量钢材,在国内同行业施工工艺水平上也是先进的,并且被实践证明是可行的,成功的。
柔性平台安装时,在中心临时平台上对中放置D=600mm,δ=15mm的一块钢板,呈辐射状均匀布置36根φ14钢筋,一端与中心钢板焊接,另一端与开字架立柱中央位置焊接,36根钢筋中间均布有花篮螺栓,调节螺栓使拉结筋收紧。柔性平台的组装见图3所示。
内外操作平台宽度均为1 800mm,沿周长布置50×100木方@450mm,用8号铁线扎牢,上铺δ=25mm木板,要求靠近模板一边与模板表面齐平,不得超出,木板与木方钉装牢固,板与板之间拼缝严密。
3.2 测量控制
高度为45.8m的筒仓,施工中的垂直度控制不仅是质量的控制点,而且也是施工测量的技术难点,在施工中采用了重型垂球和激光铅直仪综合控制测量法,使筒仓的垂直度得以确切保障。
每个筒仓布置6个垂直度控制点,具体布置如图4所示,两台激光铅直仪与四个垂球共同控制测量筒仓的垂直度、扭转和圆度。
3.3 纠偏、调扭措施
滑升过程中结构如果出现偏移和扭转,可采取下列措施进行纠偏、调扭操作:
(1)当仓壁结构出现偏移时,可采用倾斜操作台纠偏的方法,操作台倾斜度应控制在1%以内,徐缓进行。
(2)当圆形筒壁结构发生扭转时,任意3m高度上的相对扭转值不应大于30mm。顺扭转方向在开字架下横梁和爬杆上,互相拉住,这样可以控制住扭转继续偏大。
(3)预防和控制垂直度偏斜的措施
a.严格控制各千斤顶的升差,勤检查,勤调整。
b.操作平台上荷载尽量布置均匀。
c.做到勤观测,及时发现误差及时调整。
d.设专人指挥平台钢筋及支撑杆堆放,外偏内压,内偏外压,使其稳定,为逐步高速提供条件。
e.把偏斜边的千斤顶抬高。
f.稳固平台变形的方法还有:将支撑杆与筒壁环筋焊连及提升架上千斤顶移位。
3.4 特殊部位施工
仓壁顶端部内侧有钢筋混凝土环梁,挑出仓壁250mm;外侧有钢筋混凝土挑檐环浇仓壁一周,高1 100mm,两个特殊部位均采用二次浇筑完成。
(1)环梁施工仓壁滑模至仓顶标高+44.75m,停止混凝土浇筑,空滑;柔性平台筒壁模板滑升标高为45.65m,滑空高度为90cm,滑空后将支撑杆加固,加固时可用φ18钢筋将支撑杆连接为整体,拆除内模板及桁架,重新组装环梁模板,详见图5所示。
(2)挑檐施工
仓壁滑模至顶后,可改装外挑平台木板作为挑檐底模,每个支撑杆部位焊一根φ25钢筋拉结外挑平台,绑扎钢筋,支立侧模板加固,用钢筋拉结于开字架和支撑杆上,挑檐分两次浇筑,第一次只浇筑至+46m(仓壁顶向上200mm),第二次浇筑至顶,待混凝土强度达到75%以后方可截断拉结筋。
4 系统拆除
本次施工滑模系统拆除采用高空解体散拆的办法。
(1)切断一切电源,拆除一切机具。
(2)拆除液压设备,但千斤顶及支撑杆必须保留。
(3)将外挂脚手及外挑架拆除。
(4)拆除柔性平台。
(5)拆除外模板及外围圈。
(6)拆除提升架,先拆立柱后拆横梁。
(7)将千斤顶从支撑杆上端抽出。
(8)拆除一段围圈,相应拆除一段提升架。
(9)截断支撑杆,端部封死。
高空解体散拆必须掌握的原则是:在模板散拆的过程中,必须保证模板系统的整体稳定和局部稳定,防止模板系统整体或局部倾倒坍落。拆除过程中必须有专职人员统一组织、指挥。
5 结语
本次滑模施工圆满完成了两座大直径筒仓壁的施工任务,无论从工艺、质量、进度,还是经济效益上均达到了国内先进水平。总结此次施工经验,有如下几大特点:
(1)采用柔性平台滑动模板系统进行32m直径的粮食筒仓施工,在国内同行业施工工艺水平上是领先的,理论上是先进的,实践中也是成功的。
(2)施工进度快:组模需6天,滑模只需15天,工期短。
(3)施工质量好:模板设计合理加上精心组织管理,施工质量得以保证,尤其是外观质量在同类筒仓施工中是优良的。
(4)经济效益高:本次滑模系统设计采用轻型钢管桁架,造价低,用料省,拆除方便,可回收性好。另外采用柔性平台节省了普通滑模刚性平台所需的大量钢材。共节省钢材约60t,节约价值约30万元。
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