大跨度錐形屋面筒倉施工工藝

1 工程概況
黃驊港綜合港區(qū)冀海散雜貨碼頭工程包括圓筒倉3座,用于存儲大豆,倉容達(dá)10萬t,現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),倉壁高度46.6m,內(nèi)徑36m,壁厚400mm,倉壁全部采用滑模工藝施工;筒倉內(nèi)5.5m處設(shè)有平臺梁板,該位置滑模需要空滑;倉頂為混凝土錐形頂,坡度30°,板厚為200~400mm,包含4道環(huán)梁、24道連梁,采用蓋模工藝施工。筒倉12.7m以下混凝土強(qiáng)度等級為C50,其他均為C40,如圖1所示。 2 重、難點分析
1)該筒倉倉內(nèi)平臺梁板施工期間,滑模體系空滑幅度大、持續(xù)時間長,且受到海邊突風(fēng)影響,是本工程的控制難點。
2)倉內(nèi)模架最高處達(dá)50.6m,超出《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》JGJ130—2011要求,豎向變形是關(guān)鍵控制點。
3)倉頂錐形屋面坡度達(dá)30°,模板支設(shè)加固困難,設(shè)計要求混凝土澆筑時不得留設(shè)施工縫,混凝土應(yīng)連續(xù)施工,澆筑振搗流淌問題應(yīng)考慮,施工組織難度大。
4)本工程中滑模、高支模架、錐形頂均是危險性較大的分項工程,操作人員多,交叉作業(yè)多,安全控制尤其重要。
3 解決措施
3.1 倉壁滑模
除5.5m平臺處倉壁停滑外,倉壁其余部分要求連續(xù)滑升,連續(xù)滑升階段可按常規(guī)滑模工藝進(jìn)行施工,停滑階段的控制要點如下。
本工程在滑模施工至4.1m處須暫?；?進(jìn)行倉內(nèi)平臺梁板結(jié)構(gòu)施工,為給平臺梁板施工提供工作面,須空滑2.7m,滑模暫停時間為30d。支撐桿在2.7m自由高度時,在自重、風(fēng)荷載共同作用下易發(fā)生失穩(wěn),必須進(jìn)行驗算并采取加固措施。
在滑模過程中,風(fēng)荷載對模板體系的作用較為重要,黃驊港地區(qū)的風(fēng)壓系數(shù)為0.40k N/m2,那么風(fēng)荷載增加值可以設(shè)計如下。
空滑位置風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值(取空滑最高位置10m計算風(fēng)荷載體系系數(shù)):ωk=0.9μsμzω0=0.9×1.28×0.8×0.4=0.369k N/m2。
利用MIDAS/Gen有限元軟件分析:滑模體系在風(fēng)荷載和豎向橫荷載作用下空滑位置最大變形為21.15mm,在風(fēng)荷載和豎向橫荷載作用下空滑位置支撐桿最大應(yīng)力為91.45MPa<205MPa,滿足要求。
標(biāo)高4.100m以下混凝土澆搗完畢前,在每根支撐桿處增加2根加固支撐桿。滑模按正常程序滑升,每次升高300mm后,將原支撐桿和2根加固支撐桿用Φ22鋼筋焊接成截面為三角形的格構(gòu)體系,并與周圍倉壁內(nèi)、外層鋼筋進(jìn)行焊接連接為一體?；翗?biāo)高5.600m處時(正式空滑),在千斤頂下的門架內(nèi),將倉壁內(nèi)的支撐桿用Φ48mm×3mm鋼管和扣件在水平方向連接形成一個閉合的多邊形。檢查扣件連接和焊接無誤后繼續(xù)滑升。空滑每提升1m,使用Φ28鋼筋將周圈支撐桿焊接成一個閉合的多邊形,如圖2,3所示。
復(fù)滑前檢測滑模體系變形為15mm,對滑模體系進(jìn)行矯正,重新安裝滑模體系垂直度和扭轉(zhuǎn)度監(jiān)測用5kg鉛錘,共計8個。在倉壁接茬部位進(jìn)行混凝土鑿毛,并灑水沖洗漏出石子。清理模板內(nèi)側(cè)混凝土廢渣,涂刷隔離劑,拆除相應(yīng)加固措施后即可重新進(jìn)行滑模施工。
3.2 倉內(nèi)超高模架
3.2.1 模架總體布局
筒倉倉壁滑模全部結(jié)束后,在5.5m平臺上搭設(shè)倉內(nèi)高支模架,受限空間內(nèi)連續(xù)搭設(shè)至設(shè)計標(biāo)高,最高為50.600m。在筒倉上環(huán)梁投影范圍內(nèi)設(shè)置“鋼管格構(gòu)筒柱”體系,為保證體系穩(wěn)定,格構(gòu)柱體系與筒倉壁及中心格構(gòu)柱筒體采用豎向及水平向剪刀撐連接。在倉壁位置的水平桿與倉壁頂緊,接觸部位采用木楔塞緊,約束架體水平變形。
3.2.2 高支模架布置要求
立桿:橫距750mm,縱距750mm,上環(huán)梁投影范圍內(nèi)23.400m以下為雙立桿。水平桿:步距均為1 300mm,自由端長度≤300mm。鋼管格構(gòu)筒柱水平剪刀撐按單個區(qū)格布置,布置間距3.0m。豎向剪刀撐每個區(qū)格內(nèi)布置,布置水平間距3.0m,豎向間距3.9m(見圖4)。
3.2.3 豎向變形控制
滿堂模架超高、自重大,經(jīng)驗算豎向變形過大,為滿足腳手架體系變形要求,在雙立桿頂部23.400,33.000,43.000m設(shè)置分段卸載措施,采用6號鋼絲繩和花籃螺絲與架體拉結(jié),每層4處(見圖5)。要求鋼絲繩拉結(jié)應(yīng)牢固、順直,拉結(jié)過程中不得使架體產(chǎn)生明顯變形,鋼絲繩與豎直方向拉結(jié)角度≤15°。
3.3 錐形屋面蓋模施工
超高模架搭設(shè)完成,經(jīng)架體預(yù)壓檢查合格后交給木工進(jìn)行模板施工,首先確定標(biāo)高,確定方法是在錐形屋面的頂部和底部,根據(jù)引測的標(biāo)高將放射斜鋼管的標(biāo)高逐一投測到倉壁和頂部立桿上,搭設(shè)模板支撐腳手架。錐形頂板底模應(yīng)事先確定其尺寸,模板翻樣完成后進(jìn)行加工,安裝時按照翻樣圖依次安裝。
按照圖6所示進(jìn)行模板安裝、加固。主要控制其斜頂木方的加固,防止木方變形,且斜頂木方的長度≤1m,以增加穩(wěn)定性。在底模板次楞下釘木塊,使其卡在橫向腳手管上,避免模板整體向下滑動。
蓋模徑向主楞采用1m長50mm×100mm木方,間距200mm,環(huán)向次楞采用2道Φ20鋼筋加固;底模與蓋模之間使用Φ14對拉螺栓連接,8號鐵絲將對拉螺栓與倉內(nèi)模架進(jìn)行拉結(jié),防止混凝土澆筑時模板上浮,以準(zhǔn)確控制混凝土板截面尺寸。
3.4 錐形頂屋面混凝土施工
3.4.1 混凝土施工組織
錐形頂屋面分4個階段澆筑混凝土,第1階段澆筑下環(huán)梁至第1道環(huán)梁1/3處;第2~4階段依次澆筑,如果下一階段混凝土澆筑時上一階段混凝土強(qiáng)度已經(jīng)達(dá)到1.2MPa時,必須對施工縫位置進(jìn)行處理(見圖7,8)。
為保證混凝土在澆筑過程中不產(chǎn)生冷縫,在混凝土澆筑前進(jìn)行施工方案論證,并對混凝土澆筑工效進(jìn)行測算、分析,采用作業(yè)人員兩班倒一次性澆筑完成,具體施工順序如表1所示。
注:塔式起重機(jī)型號為5013型,混凝土料斗斗容為0.4m3,1h可以起吊6次,每臺塔式起重機(jī)的運輸效率為2.4m3/h(筒倉高度H=65m)
3.4.2 防止混凝土流淌措施
為防止混凝土澆筑振搗時流淌,采用蓋模施工工藝,保證混凝土振搗時密實,蓋模位置如圖9所示。每塊蓋模寬度為1 220mm,斜面上、下2排蓋模之間留設(shè)600mm空隙,作為混凝土下料、澆筑振搗的操作窗口。
待下層混凝土澆筑完成后,在600mm寬的放料位置加設(shè)鋼絲網(wǎng)。混凝土振搗安排專人旁站,振搗棒必須斜插至蓋模內(nèi)部,保證混凝土與上次澆筑面接茬密實,以混凝土從蓋模底部冒漿為宜,并做好混凝土收面處理。
3.5 安全措施
1)利用頂板上原設(shè)計通風(fēng)孔,將腳手管伸出倉頂,并搭設(shè)斜屋面安全腳手架,施工過程中,將安全帶系在屋面腳手架上,以實現(xiàn)安全帶的高掛低用要求。
2)在倉壁頂部采用三角形懸挑腳手架支撐,上、下橫桿間距及水平間距為1.0m,懸挑水平寬度1.2m。倉壁穿墻管采用Φ48mm×3mm(Q235B)鋼管,滑模施工時在倉壁埋設(shè)Φ50 PVC管作為鋼管的預(yù)留洞口。在屋面混凝土澆筑前,利用懸挑腳手架搭設(shè)側(cè)面安全防護(hù)欄桿,欄桿高出下環(huán)梁頂面1.2m,并滿布鐵絲網(wǎng)和密目網(wǎng)(見圖10)。
4 結(jié)語
1)滑?？栈A段增加豎向支撐桿和水平連接為封閉體系,有效控制了滑模體系的變形,經(jīng)受住了施工期間突風(fēng)的考驗,另外復(fù)滑施工前進(jìn)行滑模體系再次校核是不可缺少的環(huán)節(jié)。
2)分級卸載、側(cè)向約束措施提高了模架整體穩(wěn)定性,減小模架的豎向和水平變形。
3)在混凝土澆筑過程中,對蓋模下混凝土振搗效果的檢查與驗證是保證工程質(zhì)量的重中之重。
在本案例施工過程中,就圓筒倉施工提出了合理的施工順序與控制要點,通過有限元分析軟件、精細(xì)策劃,保證了施工過程安全和工程質(zhì)量目標(biāo),并總結(jié)了斜面混凝土澆筑技術(shù)和施工組織模式。