摘 要 介绍了钢筋混凝土烟囱无井架倒模施工方法。钢筋混凝土烟囱施工方法经过井架施
工,液压滑模施工,发展至无井架倒模施工工艺,并得到了不断改进。
关键词 钢筋混凝土;烟囱;倒滑模施工;工艺;设计
钢筋混凝土烟囱的施工技术,有一个发展的过程。20世纪70年代前以有井架的施工方法为主,完成了许多烟囱施工任务。70年代后采用滑模施工工艺逐渐增多,但在施工过程中,液压滑动模板施工法,机械设备较多,施工技术要求较高(特别是第一节组装时,相应的标高、半径、坡度一定要准确),滑模装置的钢结构及模板的加工精度要求高,工种之间工序交叉频繁,施工费用高。因此,在十三冶九公司近几年的施工过程中,采用了钢筋混凝土烟囱无井架倒模施工工艺,并不断加以改进,使之更加科学、经济、便于操作,现将这一施工方法简述如下。
1 装置的组成
1)操作平台系统由鼓圈、辐射梁、内外环梁、平台栏杆、平面铺板及栏杆等部分组成。2)模板系统由提升门架、内外模板(有固定、收分模板)、围圈内外吊篮等部分组成。3)垂直运输系统有随升井架、吊笼及其导索、卷扬机及其钢丝绳、混凝土吊笼等部分组成。
2 操作平台系统
2.1 结构形式
钢筋混凝土烟囱是一个直径连续变化的筒体结构。为适应烟囱构造上的特点,无井架倒模施工的操作平台一般采用辐射状的空间结构,是施工人员进行高空作业的主要场所。在设计操作平台时既要满足烟囱结构和倒模工艺的要求,又要保证平台结构本身在各种荷载作用下有足够的强度和刚度,以保证安全。因此,在设计时要通过计算来确定构件的截面尺寸。
1)鼓圈。鼓圈是由直径相同的上钢圈和下钢圈通过腹杆用螺栓连接而成的一个几何不变体。上下钢圈通常用组合槽钢制成,腹杆采用角钢。钢圈的大小取决于烟囱筒首的内径。可按下列关系式确定:d1=d上min- 2(a1+a2)式中:
d1-鼓圈最大外径,m;
d上min-筒首最小内径,m;
a1-提升门架内立柱外侧距筒壁内表面的距离,m;
a2-吊篮挑出提升门架立柱外的宽度,m。
2)环梁。外环梁通长用槽钢制成。设计时每节环梁长度控制在7 m左右,使其便于组装和拆除,
环梁的连接采用高强螺栓连接。外环梁直径决定于烟囱倒模平台开始利用时筒身标高的外径,可按下列关系式确定:
d2=d下max+ 2a
式中:
d2-外环梁最小内径,m;
d下max-倒模平台开始利用时的筒身外径,m;
a-倒模平台开始利用时门架外立柱外侧距筒壁外表面距离,m;设置操作平台中环梁主要是为了增加平台的整体性和刚度,对于在100 m以上的烟囱,由于烟囱上下直径相差较大,待平台上升至上部时,其挑出部分较大,使平台稳定性较差,会导致平台产生中心位移甚至扭曲。因此必须设置中环梁。
3)辐射梁。辐射梁采用整根槽钢制成。腹板上设置平台拉杆的拉环或钻孔眼。辐射梁挑出外环梁不宜过长。一般采用250 mm为宜。当采用操作平台整体拆除方案时,为满足整体拆除的需要,辐射梁和上钢圈采用铰接。
4)平台拉杆。平台拉杆优先采用柔性拉杆,配备钢丝绳卡环和花篮螺丝,以便调整其长度,拉杆和辐射梁的夹角在首次组装时不能小于20°,这一角度用来确定鼓圈的高度。
5)平台铺设。宜选用质地较好的红松、白松或杉木板,厚度以40 mm~50 mm为宜。
2.2 荷载的组合
荷载的组合,应考虑施工过程中可能出现的对于平台产生最不利的工作组合,倒模施工中做为平台结构设计控制状态的情况是:当平台提升后,导索张紧、绑扎钢筋、浇注混凝土、吊笼上下运行,这时荷载包括:操作平台结构自重、平台上施工荷载、井架、吊笼全部荷载,并同时考虑吊笼导索的张紧力,吊笼刹车力及风荷载的影响,这种状态将会使平台结构产生最大的内力和挠度,使平台处于最不利的受力状态。
2.3 荷载的取值
根据烟囱工程设计与施工的有关资料,结合烟囱倒模施工装置的设计实践经验,其设计荷载取值参照表1的有关数据,但由于实际构件和假定断面有出入,故在施工图设计时应按实际断面进行荷载复核。
2.4 计算假定
烟囱倒模操作平台结构的计算方法,一般视其构造和所取的计算简图不同而采用不同的计算方法。计算假定。
1)辐射状态空间结构的平台,简化为一个平面桁架梁结构。
2)由于鼓圈是由上下钢圈通过腹杆组装而成,在结构分析时假定其刚度为无限大。
3)辐射梁与鼓圈:平台拉杆与辐射梁、鼓圈的连接看作铰接。
4)由于提升门架环向布置,在垂直荷载作用下,不考虑平台水平位移。
表1 烟囱倒模装置设计时荷载计算参考表
注: 吊笼、把杆、钢丝绳、电缆、管线等,按实际计算。
5)支座反力假设集中在提升架两立柱的中点上。
6)风载由井架传至辐射梁。其中把杆的垂直荷载只考虑有三榀辐射梁承担。井架上其他荷载看作是均匀分布于各辐射梁,但需乘以1.1的附加系数。
7)计算辐射梁的强度和刚度应按最不利状态考虑,即看作是带悬臂的简支梁进行验算(拉杆与辐射梁的连接点按不可靠支座考虑)。
3 模板系统
3.1 提升门架
1)提升门架是将操作平台、井架等施工荷载传给混凝土筒壁的重要结构,同时也做为倒链提升操作平台的支点,周圈共设8对提升门架,四周均匀布置。提升门架的选型要求刚度好,在提升平台过程中立柱、横梁不变形,保证施工安全。由于绑扎钢筋是在平台辐射梁之下和外模板之上的空间进行操作,这段距离宜控制在400 mm左右,距离过大虽有利于钢筋绑扎工作,但对提升门架的受力不利,距离过小则对钢筋的绑扎工作带来困难。
2)提升门架的设计。提升门架的两边立柱应能承受全部垂直力,横梁与立柱的连接应有足够的刚度,并应使立柱在承受全部垂直力时产生尽可能小的弯曲。通过工程实践,在结构形式和材料规格选用方面,提供了一个经验数值,当承受上部荷载≤4 t时,立柱材料一般选用i16,横梁一般选用i12,当承受荷载>4 t时,需根据荷载计算确定合理选材。
3.2 模 板
混凝土烟囱的倒模可根据筒身直径的大小,确定模板的尺寸,通常采用p10150或p151502种定型标准钢模进行施工,内外壁的模板分别由定型标准钢模、收分模板组成。随着筒身直径的逐渐变小,提升中需将提升架沿辐射梁不断向筒心推进,模板也不断进行收分和抽拨。
1)模板的设计要点:a)为满足浇灌混凝土的需要,设计模板时,外模板的高度通常比内模板高
100 mm,并使组装后内外模板下口平齐。b)固定及收分模板不宜过宽,过宽后其重量增加,给组装、调整和拆除带来困难,尤其是当烟囱直径较小时,还要影响筒身的圆度。固定及收分模板的宽度还要满足筒身部位最小直径的要求。c)收分模板的宽度要和标准钢模相配套,当抽去一块标准钢模后,收分模板应和第二块标准钢模能搭接上,一般按8对或16对收分模板设计。d)模板的连接采用螺栓连接,以保证模板系统的稳固、可靠。e)收分模板的数量,要按始装时各个提升门架之间筒身的圆周长度来确定,同时要保证模板的搭接宽度不小于50 mm。
3.3 吊 篮
吊篮悬挂在操作平台之下,供安装、调整、拆除模板及修补、养护筒身混凝土之用。它是高空施工人员的重要工作场所,结构要求牢固,便于施工,确保安全。内外吊篮一般做成两层,其宽度一般500 mm~600 mm,脚手架宜用红、白松木或杉木制成,厚度40 mm~50 mm,长度应满足平台改装前后的需要。为确保安全施工,吊篮上须设置栏杆和满挂安全网,吊篮的吊杆优先采用∠50×5,比圆钢或扁钢吊杆具有较好的稳定性。吊篮的吊杆悬挂于平台辐射梁上时宜采用滑
轮,以利收分。由于吊篮晃动性较大,悬挂部位容易松动,除施工中应加强检查外,并在该处加设弹簧垫圈。
3.3 增加1台煤泥水专用混合器
聚丙烯酰胺投加于煤泥水中后,絮凝剂分子和煤泥颗粒要充分接触,产生吸附架桥作用,并进一步结合成絮团。煤泥水中的煤泥属粗分散体系,而这种粗分散体系的絮凝属同向絮凝,颗粒间的接触要依靠外界提供的剪切力,一般通过强制搅拌条件下水微团的紊流变动来实现。
3.4 围 圈
围圈常用角钢冷弯制成,选用的材料规格视提升门架的间距而定,一般采用的规格有∠75×6、
∠63×6、∠70×45×5。由于筒身直径的变化,施工中应采用几套活动围圈,每套围圈的弧度取其使用高度范围内烟囱筒身的平均弧度,在烟囱全高施工过程中要按规定高度范围进行更换,使筒身施工圆度符合规范要求。
4 垂直运输系统
4.1 随升井架
井架的大小要根据操作平台鼓圈的直径来确定,一般筒首内径小于4.5 m的烟囱采用单孔井
架,布置一只吊笼,供施工人员及混凝土等材料垂直运输。单孔井架立柱支座设在平台鼓圈的上翼缘,井架高度一般取7.5 m~10 m,过高对平台稳定不利,井架和操作平台的连接优先采用缆绳连接,它具有结构简单,荷载较小、操作方便的优点,但必须很好解决缆绳的初拉应力及其锚固问题。井架材料的选用见表2。
4.2 起重把杆
把杆在施工中作为钢筋等零星材料的垂直运输和安装烟囱爬梯的机具,起重量一般设计小于0.5t,仰角大于45°,为了减少把杆的长度和自重,当操作平台直径较大时,可选安装在辐射梁上,待平台更换后再移到井架上去。
4.3 吊 笼
吊笼是人货两用的垂直运输工具,专供施工人员上下交通及混凝土零星机具、材料运输之用。
1)吊笼构造。吊笼一般分隔成两层。上层供施工人员上下乘坐,净空高度≥1.85 m,笼的三个侧面用钢丝网封闭,正面装两道挂钩作为护栏,顶面用钢板封闭,下层为混凝土料斗,供吊运混凝土用。
表2 井架材料选用参考表
注:支撑长度大于11 m时选用较大材料
2)导索。吊笼在卷扬机和钢丝绳牵引下沿一组导索进行垂直运行。导索在运行时张紧,提升平台时放松,并随平台的上升不断延伸,直至施工至烟囱的最高点。
4.4 起重机具的选择和布置
1)卷扬机。吊笼的卷扬机宜采用双筒卷扬机,吊笼钢丝绳经地滑轮导向后穿过烟囱出灰口或烟囱壁上的预留孔洞绕入卷扬机的卷筒上,卷扬机的位置应使钢丝绳与卷筒轴线垂直。卷筒轴线与导向滑轮中线的距离要保证钢丝绳的左右偏角(钢丝绳与卷筒轴线垂直夹角)不大于1.5°由于双筒卷扬机的两个卷筒并列布置,而且两根钢丝绳的定向滑轮一般都布置一起。因此,卷扬机的距离要大些,一般取38 m~40 m。
2)钢丝绳。钢丝绳规格要分别核算吊笼乘人时和吊运混凝土时两种情况下的荷载,在满足安全系数k的条件下选用,可按下列公式计算:
kp≤[f]
式中:
[f] -钢丝绳整根容许拉断力,n;
p-吊笼荷载乘以动力系数,取1.2;
k-安全系数,当吊笼乘人时k取14,当吊笼装混凝土时,k取5(双筒卷扬机时,双绳只计算一
根钢丝绳的强度)。
|
