大直径圆筒预制中的滑模施工技术
[摘 要]滑模是筒体结构常采用的施工技术,以工程实践为例,对施工过程中的滑模设计、施工工艺及在施工过程中的控制要点等方面进行了阐述。
[关键词]大直径圆筒;滑模技术;滑模设计;施工工艺;
1工程概况
南方某港码头采用大圆筒重力式结构。码头岸线长度230 m,布置了14个圆筒段,同时在码头A点端部900拐弯段安装一个圆筒段。圆筒安装在抛石基床上,顶部安装卸荷板。在卸荷板上方为现浇混凝土胸墙。
根据设计要求圆筒规格为:外径15.4m,壁厚为33cm,空心无底板。其中C1-l∶14个;C1-2∶14个;C2-1∶1个,C2-2∶1个。单个圆筒宽度为16.38m,上、下节高度分别为7.35m和7.15m。预制圆筒要保证有60cm的悬空高度,以便预制圆筒的水平位移。预制下节圆筒C1-1(14个)、C2-1(1个)底部有趾脚,上节圆筒C1-2(14个)、C2-2(1个)顶部有圈梁。底部趾脚和顶部圈梁采用定模工艺,筒体制作采用滑模工艺。
2 预制场承载力验算和滑模装置设计
由于圆筒重超过400 ,t且空心无底板,整个圆筒的重量只有通过环形砼壁作用于地面,所以对预制场有承载力的要求。
2. 1C1-1、C2-1圆筒验算
悬空垫块采用杂木,每块尺寸为(长×宽×高)500×200×200(mm3),根据地坪地耐力C1-1、C2-1筒下悬空处每个筒共需均匀铺在圆筒圆弧线上60处(每处8块),其验算过程如下:
筒体荷载: (自重)415+施工荷载(415×10% ) =456. 5 ;t垫块承荷面积=60(处)×8块/处×0. 1 m2/块=48 m2;垫块传给地坪的压力=456. 5 t÷48 m2=9. 51 t/m2<10 t/m2。
2. 2C1-2、C2-2圆筒验算
C1-2、C2-2简下悬空处每个筒共需均匀铺在圆筒园弧线上60处, (每处6块);[(自重)238t+施工荷载(40 t)] /(0. 1×62×6)=7. 47 t/m2<10 t/m2;从以上验算结果可知:地坪承载能力均大于上部传来的荷载,满足施工要求。
2. 3圆筒滑模装置设计
根据该圆筒的结构及施工要求,滑模平台的组成主要由提升架、大(小)内外钢圈组成,如图1所示。
三角架、小三角架、拉杆、大千斤顶及支承杆的布置计算如下:
(1)单根支承杆的承载力计算。
当模板处于正常滑升状态,即从模板口以下,最多只有一个浇灌层尚未浇灌砼的条件下,按下式计算:[P]=α40EJ·[K(Lo++95)2]-1式中: [P]—支承杆的允许承载力(kN);L0—支承杆脱空长度,从砼上表面至千斤顶下卡头距离加上一个浇注层高度(cm),在此取值为105cm;E—支承杆弹性模量(kN/cm2), 2. 1×104kN/cm2;J—支承杆截面惯性矩(cm4), 1. 92 cm4;K—安全系数,取值应不小于2. 0;α—工作条件函数,在此采用工具式支承杆时取值1. 0。将上述数据代入得:[P]=20. 16kN。
(2)总荷载计算。
1)操作平台上施工人员、工具和堆放材料荷载1. 0 kN/m2
内平台面积: (7. 535-0. 48-1. 05)×2×π×2. 1=79. 19 m2
外平台面积: (7. 535+0. 48+0. 425)×2×π×0. 85=45. 05 m2
荷载为:N1= (79. 19+45. 05)×1. 0=124. 24 kN。
2)操作平台自重:N2= 20 t×9. 8 = 196 kN。
3)模板提升时,砼与模板之间的摩阻力:
N3= 7.535×2×π×2×1.2×2.25 kN/m2= 255.53 kN;总荷载:N=N1+N2+N3= 575.77 kN;支撑杆数量:n=NP=575. 7720. 16=28. 6个
3、千斤顶选用
根据以上的计算结果,本方案拟采用3. 5T的千斤顶,则千斤顶的数量:
n =N/P=575. 77(35×0. 5)-1=32. 9个
为了整个平台的整体滑升力的均匀,同时考虑到千斤顶已使用两年,在工程中采用34个提升架,按单、双间隔布置千斤顶,筒壁上共布置49个,还在每个耳朵处布置1个,因此每个圆筒滑模时共有53个千斤顶在工作,保证模板滑升能正常进行。
3 施工工艺
3. 1工艺流程
下节圆筒:安放悬空木垫块→浇注大放脚→组装滑模模具→筒体砼滑模施工→拆除滑模模具→清理模板;
上节圆筒:铺设底胎模→绑扎筒体钢筋→组装滑模模具→筒体砼滑模施工→拆除滑模模具→安放三角平台→浇注圈梁。
3. 2工艺要求
3. 2. 1浇注大放脚
铺设趾脚底胎模,按施工图放线操平,底胎模是用6 mm钢板反面背10槽钢加工的定型模板,底模每一块中心线长50 cm,将其拼装固定好。吊孔位置下底模由200×100×100 mm3杂木组成垫块。绑扎钢筋:制作时注意底层(C1-1、C2-1)钢筋的保护层厚度为70 mm。支设侧模板:大放脚趾侧模用2. 5mm钢板加工制成,用U型扣件连接固定,上面用50钢管加固反压。顶部圈梁侧模板用3 015模板,用对拉丝杆及圆弧形槽钢加固。砼浇注和养护:从一点开始沿圆周向两个方向进行浇注,以保证不留设砼施工缝。浇注完后,在斜面覆盖破麻袋浇水养护15 d。
3. 2. 2组装滑模模具[1]
钢筋绑扎:将筒壁钢筋绑扎至提升架下横梁下侧(提升架的1. 6~1. 7 m高度处)。操平放线:确定一个标高并标在同一水平位置,保证提升架安装高度一致。画出模板外侧圆弧线以安装内外模板。
安装提升架:将提升架吊至需要安装的位置调整好后,用方木临时固定。注意提升架安装位置应在圆筒垫块正中上方,使支承杆受力,一圈提升架的底部用拉盘拉紧,防止提升架向内側倾斜。安装模板围圈:安装时应留设安装模板位置,注意模板锥度要求上小下大,中部平均尺寸为构件设计尺寸。先安装下围圈,再安装上围圈。安装操作平台连接杆件:在安装时必须把杆件的螺栓拧紧,拉杆螺栓调整适度,以保证模具的几何尺寸。
安装模板:安装模板时要注意模板的锥度下面开口比上开口大10 mm,相邻模板间的平整度和模板挂钩的位置。内模板安装后,将筒壁底部清理干净再安装外模板,外模比内模高30 cm。模板与大放脚底部或底胎模连接处缝隙,用0. 5 cm厚橡胶皮填充,以防出现漏浆。
铺设内外平台板:内平台板采用脚手板加方木作为楞木铺设,外平台亦采用脚手板铺设,铅丝绑牢。安装液压提升系统:系统主要由千斤顶、油管油路、液压控制台组成。在安装前将千斤顶进行空载行程测试;油管要用压力空气吹风,液压控制台要开箱检查,彻底清除油泵内淤污。在安装过程中,千斤顶螺栓要拧紧,其竖向要与地面垂直,油管油路要分布均匀,液压控制台要搭棚防护。安装支承杆:支承杆用Φ25圆钢加工成粗螺牙一公一母形式,采用丝扣连接,支承杆的分布按四个不同长度,逐根分布,保证连接断面只有1/4在同一水平面上。安装动力及照明电线、电缆:由于滑模施工为连续不间断的施工,为满足夜间施工,前后台均需设置照明灯具,架设电缆、电线时不能将其直接绑在铁件上,要临空架设。每台机械设备和照明线路设置漏电开关,以保证用电安全。
检查验收:分别对模板系统、操作平台系统、液压提升系统、用电系统、动力设备进行检查验收。在未插入支承杆前液压提升系统进行空载加荷调试,确定油压力值,检查油管、接头、千斤顶有无漏油现象。
3. 2. 3筒体滑模施工
初滑过程中,浇注第一圈砼时按设计配比一半石子的砼进行浇注,高度控制在30 cm左右,并添加水泥用量0. 75%缓凝剂,两点对称入模。浇注第二圈砼时,采用全石砼,浇注高度为30 cm,两点对称入模。浇注完第三圈砼后,将模具提升一或两个千斤顶行程,手按砼表面观察其出模状态和强度,以表面无塌陷、手按下刚有浅浅凹坑为宜。如砼出现塌陷,说明提模尚早,如手指按下无印痕,说明提模太晚,太早与太晚均不适宜。每次提模需做好记录,包括提模间隔时间、砼凝固状态,如上操作反复几次,直至完全掌握砼出模强度(约0.2MPa),每次提模结束应保证留有30~50 cm空模高度。
正常滑升时,应在操作平台上设置四个水平连通管,随时观察管中水位保证在同一水平面上,并互成900地布置2 kg的线坠,以保证砼筒壁面垂直。每次连续提模高度保持在30 cm左右[2],钢筋绑扎要求横平竖直,满足间距。砼的浇注应按每层均匀顺向,反向交替进行,以防操作平台出现偏向
或扭向的现象。
滑模结束前应将封顶结构钢筋制作好,以免影响模具提升。砼浇注至设计高度后仍需将模具逐次提升,直至将模板提空,否则仍可能会出现粘模现象,甚至出现砼拉裂现象。严格执行制定的混凝土浇筑和模板提升制度。[3]
3. 2. 4拆除滑模
工艺程序:拆除电源→拆除液压系统→拆除模板→拆除操作平台系统。拆除过程中,先将千斤顶的液压油全部放空,然后拆除油管,注意不要用大锤或重锤敲打模板,用专用吊具吊拆,拆除后立即清理干净,涂刷防锈油。操作平台系统拆除时,遵照先装的后拆,后装的先拆原则,各种杆配件及时清洗干净。
4 滑模的纠偏与纠扭措施
4. 1模板装置的允许偏差
4. 2滑模偏差的控制措施
在圆筒滑模施工中,正常情况下每滑1 m,校对圆筒的中心位置。当发生垂直偏差时,应结合纠偏措施每滑升300 mm对中一次,以检查纠偏措施的效果。工程采用平台倾斜法[3]与调整浇注混凝土顺序方法相结合进行垂直偏差的纠正,即当中心偏向一側时将该侧千斤顶适当提高,使操作平台
成一倾斜面(其倾斜度不得大于1% ),利用平台倾斜产生的水平推力来纠正中心偏移;混凝土的浇注顺序从偏向的反侧浇注(滑模一般向向先浇注混凝土的方向偏移)。偏差快消除时,要及时调平平
台,以免产生反向偏差。
操作平台产生扭转时,可调整提升架千斤顶的高差,使支承杆倾斜与扭转的相反方向,利用支承杆对提升架的导向作用纠正平台扭转。[5]
5 结束语
按上述施工工艺和控制措施预制的30件圆筒,没有出现拉裂情况、垂直度无大于2 cm的现象;混凝土经取芯检测,强度和密实度均达到设计与规范要求;混凝土的外观质量也较好,基本上杜绝混凝土的外观通病;经评定均达到优良。预制圆筒平均月生产量为6件,满足整个工程的施工总进度。
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