1工程概况
本工程是某矿贮煤仓,5个内径为30m、筒壁厚漏斗以下为600mm、漏斗以上为400mm,檐口高度为60m的圆形筒仓一字排开,仓壁为无粘结预应力钢筋砼结构,每两个筒仓中心间距35m,基础为片筏基础。
2施工方案的选择
对筒仓仓壁施工主要有两种方法:一种是传统的倒模,另一种是速度快的滑模。传统倒模工艺由于模板支拆量大,需要搭设内外落地脚手架,人力物力投入大,施工速度慢、工期长,施工质量由于受人为因素影响不容易控制。因此决定采用滑模施工。
滑模施工根据仓顶锥壳施工支撑方式的不同,也有两种方案:一种是在组装仓壁滑升模具时,先利用简易环式操作平台,对仓壁进行滑模施工,然后在仓内搭设落地式满堂脚手架,作为仓顶锥壳施工的支撑体系,施工仓顶锥壳结构。另一种是在组装仓壁滑升模具时,利用平行弦钢桁架,组装成整体操作平台,实现“一台两用”,既是仓壁滑模施工操作平台,又是仓顶锥壳结构施工的支撑平台。
对上述两方案分析均有不尽人意之处,第一种方案其缺点是:操作平台稳定性差,操作平台太窄、操作不方便,不便于纠偏(扭)、仓壁质量难控制,安全风险大,风雨天不能作业,周转材料投入多,且占用时间长;第二种方案其缺点是:操作平台一次性钢材量投入大,平行弦钢桁架过长,不便于搬运,操作平台组装困难、焊接量大,材料浪费严重,操作平台拆除困难、切割量大,且桁架不易从仓内抽出。
通过分析研究提出了一种新的滑模体系:即“中心井架环式辐射操作平台”,同样可以实现“一台两用”。其做法是:进行仓壁滑升模具组装时,仓内搭设中心满堂脚手架,利用轻型钢桁架连接中心脚手架和仓壁提升架,在桁架上铺设操作平台(如图1、2),供仓壁滑模施工操作、堆放材料之用,中心井架随仓壁边滑升边搭设。仓壁滑模到顶后,利用中心井架和操作平台共同支撑仓顶锥壳结构施工荷载。
3方案的研究与确定
3.1起滑与停滑位置的确定
该工程仓壁厚度上下不同,漏斗以上仓壁厚度400mm,漏斗以下仓壁厚度600mm。由于漏斗及下部平台砼量大,为了加快进度,漏斗以下仓壁、平台及漏斗采用常规的支模方法,漏斗以上仓壁采用滑模施工。因此起滑位置设在漏斗上口200～300mm处,停滑位置设在仓壁顶端环梁底标高处。
3.2滑模施工主要机具选择
(1)垂直运输设备。选择QTG80型塔吊,最大幅度R=50m,最大起升高度H=100m,每仓一台。(2)上下人电梯。选择SCD200/200型客货两用电梯,最大载荷量2000kg,提升速度36.5m/min。(3)液压控制台。选择HY-56型,额定工作压力8Mpa,每台可带千斤顶180台。(4)千斤顶。选择GYD-60型,额定起重量60kN,工作起重量30kN,工作压力8MPa,理论行程35mm。(5)液压油管。选用2T型高压橡胶管,其中主油管内径19mm,分油管内径14mm,连接千斤顶油管内径10mm。(6)承重杆。选择与千斤顶配套的Φ48Χ3.5mm钢管,每根标准长度为6m,丝扣连接。
3.3砼供应方式
采用商品砼,设计强度等级C40,内掺XGY砼缓凝高效减水剂(减水率为15%～25%,掺量为水泥量的2%)和Ⅱ级粉煤灰(掺量为水泥量的20%)。砼灌车运至现场,固定泵输送到浇筑地点。固定泵选用HBT80.16.110S型,每小时输送80m3,输送压力16MPa。
3.4模、架具选择
(1)滑升模板。外模选1250×3000×5mm热轧钢板,内模采用300×1200mm普通组合钢模板。(2)内外围圈选[14槽钢。(3）提升架。采用自制110×2800mm开字架,螺栓连接。(4)辐射桁架。采用自制700×8400mm轻型钢桁架。(5)连接钢桁架的水平支撑采用[12槽钢,垂直支撑采用L75×6mm角钢。(6)中心井架。采用Φ48×3.5mm普通钢管架手杆。(7)托架为[12槽钢,提升架顶部压梁为[10槽钢。(8)内环梁采用2[16槽钢组拼。 3.5提升架、千斤顶、支承杆布置采用一对一的布置方式,即每个提升架上设一台千斤顶、插一根支承杆。(10千斤顶数量计算(略)沿仓壁布置的千斤顶数量:54台;中心井架钢环梁上布置的千斤顶数量:16台。(2)支承杆承载力计算(略)(3)布置方式。
提升架沿仓壁周圈布置,间距l=D/n=3.14×30/54≈1.74m。千斤项和支承杆在仓壁周圈与提升架对应布置,即每个提升架上布置一台千斤项和一根支承杆。在中心井架钢环梁上均匀布置16台千斤项和16根支承杆。
3.6围檩、模板及压梁的布置围檩布置在提升架的两侧,即在仓壁的内外侧,沿模板高度设上下两道,以[8槽钢挑头与提升架连接。上围檩距模板上口250mm,下围檩距模板下口350mm,上下围檩间距为600mm。内外模板布置。内模采用普通组合钢模板,沿仓壁内侧竖向布置,模板之间用卡扣连接,模板与围檩之间用8#铁线绑扎。外模采用1250×3000×5mm热轧整钢板沿仓壁外侧横向布置,模板之间采用点焊连接,模板与围檩之间在模板上加焊L50×5mm角铁挂钩的方式连接。
压梁布置在提升架的顶端,内外设两道,与提升架采用螺栓连接。
3.7中心井架布置
中心井架采用满堂红脚手架,围绕筒仓中心搭设,平面尺寸为15×15m,立杆间距1m,步距1.5m(如图3),随筒壁滑模边滑升边搭设。
中心井架立杆稳定性验算(略)
3.8操作平台的布置
操作平台分内操作平台和外操作平台。(1)内操作平台由轻钢桁架、上下水平支撑、垂直支撑、方木楞骨和木板(钢跳板)组成。轻钢桁架每榀长8.4m,高0.7m。一端固定在仓壁提升架内立柱的托架上,另一端固定在中心井架的钢环梁上。沿筒仓平面径向呈放射状布置。轻钢桁架最大间距的确定:经计算操作平台承受的总荷载为5703kN,每榀钢桁架允许承载120kN,整过操作平台所需钢桁架数量5703kN÷120kN=48(榀)。紧靠仓壁周圈的最大间距30×3.14÷48=1.96(m)。水平支撑分别设在轻钢桁架的上下弦,间距1.4m,共五道。垂直支撑布置在桁架中间的1/3处,共两道。方木楞骨固定在轻钢桁架上,方木上固定厚木板或钢跳板。(2)外操作平台由外挑三角架、方木楞骨和木板(或钢跳板)组成,外挑三角架固定在提升架的外立柱上,方木固定在三角架上,木板或钢跳板固定在三角架上,宽1.01～1.2m。(如图4) 3.9液压提升系统布置
液压提升以单仓为系统进行布置,每仓设一台HY-56型液压控制台。油路采用分级布置,仓壁周圈和中心各设一组分油器(一级)。其中仓壁周圈54台千斤顶设9组分油器(二级),每组供6台千斤顶(三级);仓中心16台千斤顶设3组分油器(二级),其中两组各供5台千斤顶、一组供6台千斤顶(三级)。
4施工难点及解决方法
4.1操作平台刚度小、稳定性差
操作平台刚度小、稳定性差,会造成仓壁结构变形、偏中以及半径发生偏差。操作平台采用中心井架支撑,轻型钢桁架环向呈放射状布置,随着仓壁不断向上滑升,中心井架也随着不断升高,如果井架四周不及时设置支撑,将造成井架的不稳定,从而影响操作平台的整体稳定性,最终造成仓壁结构的变形或偏中。
施工中可以采取在操作平台中心增设“米”字型连接钢支撑,在仓中心设圆形连接板,同时在正中心增加一台千斤顶和支承杆。即解决了操作平台的整体稳定,又方便在滑升过程中的随时观测。此外在滑升过程中,操作平台上材料、机具堆放应分布均匀,且不能超载。掌握好滑升速度,每次提升不宜超过12个行成(300mm)。随时观测仓壁周圈的标高变化,并及时用限位器进行调整。
4.2中心井架搭设速度慢,跟不上滑升速度的需要
由于中心井架采用普通钢管满堂脚手架,与仓壁滑升同时进行,即采用边滑升边搭设的方式。如果材料供应不足,每班投入的架工力量不足、操作不熟练或人为的消极怠工,都有可能影响搭设的速度和质量,从而造成操作平台失稳和影响仓壁结构滑升质量。
解决的办法是:首先要保证中心井架材料的供应,提前在现场准备好井架所需的各种材料。其次要保证有足够熟练的架工,并经过安全技术交底和必要的思想教育。最后要加强滑模施工的组织、协调和指挥,保证滑模施工的协调性、统一性和连续性。
5结语
该工程施工筒壁及仓顶结构施工仅用三个月时间,工程质量、进度均受到甲方、监理的好评。工程竣工两年,运行良好。采用轻型钢桁架配合中心井架组成操作平台,操作平台一次性组装,中心井架随滑随搭。轻型桁架轻便灵活,方便运输和组装。中心井采用普通脚手钢管,可就地租赁。既保证了仓壁滑模施工操作,又解决了仓顶结构施工支撑问题。同时大大缩短了工期,减少了人工和材料的投入,提高了操作平台的整体稳定性,从而保证了施工安全和质量。因而可以在大直径筒仓中推广应用,直径大小发生变化后调整中心井架尺寸即可。
本工程是某矿贮煤仓,5个内径为30m、筒壁厚漏斗以下为600mm、漏斗以上为400mm,檐口高度为60m的圆形筒仓一字排开,仓壁为无粘结预应力钢筋砼结构,每两个筒仓中心间距35m,基础为片筏基础。
2施工方案的选择
对筒仓仓壁施工主要有两种方法:一种是传统的倒模,另一种是速度快的滑模。传统倒模工艺由于模板支拆量大,需要搭设内外落地脚手架,人力物力投入大,施工速度慢、工期长,施工质量由于受人为因素影响不容易控制。因此决定采用滑模施工。
滑模施工根据仓顶锥壳施工支撑方式的不同,也有两种方案:一种是在组装仓壁滑升模具时,先利用简易环式操作平台,对仓壁进行滑模施工,然后在仓内搭设落地式满堂脚手架,作为仓顶锥壳施工的支撑体系,施工仓顶锥壳结构。另一种是在组装仓壁滑升模具时,利用平行弦钢桁架,组装成整体操作平台,实现“一台两用”,既是仓壁滑模施工操作平台,又是仓顶锥壳结构施工的支撑平台。
对上述两方案分析均有不尽人意之处,第一种方案其缺点是:操作平台稳定性差,操作平台太窄、操作不方便,不便于纠偏(扭)、仓壁质量难控制,安全风险大,风雨天不能作业,周转材料投入多,且占用时间长;第二种方案其缺点是:操作平台一次性钢材量投入大,平行弦钢桁架过长,不便于搬运,操作平台组装困难、焊接量大,材料浪费严重,操作平台拆除困难、切割量大,且桁架不易从仓内抽出。
通过分析研究提出了一种新的滑模体系:即“中心井架环式辐射操作平台”,同样可以实现“一台两用”。其做法是:进行仓壁滑升模具组装时,仓内搭设中心满堂脚手架,利用轻型钢桁架连接中心脚手架和仓壁提升架,在桁架上铺设操作平台(如图1、2),供仓壁滑模施工操作、堆放材料之用,中心井架随仓壁边滑升边搭设。仓壁滑模到顶后,利用中心井架和操作平台共同支撑仓顶锥壳结构施工荷载。
3方案的研究与确定
3.1起滑与停滑位置的确定
该工程仓壁厚度上下不同,漏斗以上仓壁厚度400mm,漏斗以下仓壁厚度600mm。由于漏斗及下部平台砼量大,为了加快进度,漏斗以下仓壁、平台及漏斗采用常规的支模方法,漏斗以上仓壁采用滑模施工。因此起滑位置设在漏斗上口200～300mm处,停滑位置设在仓壁顶端环梁底标高处。
3.2滑模施工主要机具选择
(1)垂直运输设备。选择QTG80型塔吊,最大幅度R=50m,最大起升高度H=100m,每仓一台。(2)上下人电梯。选择SCD200/200型客货两用电梯,最大载荷量2000kg,提升速度36.5m/min。(3)液压控制台。选择HY-56型,额定工作压力8Mpa,每台可带千斤顶180台。(4)千斤顶。选择GYD-60型,额定起重量60kN,工作起重量30kN,工作压力8MPa,理论行程35mm。(5)液压油管。选用2T型高压橡胶管,其中主油管内径19mm,分油管内径14mm,连接千斤顶油管内径10mm。(6)承重杆。选择与千斤顶配套的Φ48Χ3.5mm钢管,每根标准长度为6m,丝扣连接。
3.3砼供应方式
采用商品砼,设计强度等级C40,内掺XGY砼缓凝高效减水剂(减水率为15%～25%,掺量为水泥量的2%)和Ⅱ级粉煤灰(掺量为水泥量的20%)。砼灌车运至现场,固定泵输送到浇筑地点。固定泵选用HBT80.16.110S型,每小时输送80m3,输送压力16MPa。
3.4模、架具选择
(1)滑升模板。外模选1250×3000×5mm热轧钢板,内模采用300×1200mm普通组合钢模板。(2)内外围圈选[14槽钢。(3）提升架。采用自制110×2800mm开字架,螺栓连接。(4)辐射桁架。采用自制700×8400mm轻型钢桁架。(5)连接钢桁架的水平支撑采用[12槽钢,垂直支撑采用L75×6mm角钢。(6)中心井架。采用Φ48×3.5mm普通钢管架手杆。(7)托架为[12槽钢,提升架顶部压梁为[10槽钢。(8)内环梁采用2[16槽钢组拼。 3.5提升架、千斤顶、支承杆布置采用一对一的布置方式,即每个提升架上设一台千斤顶、插一根支承杆。(10千斤顶数量计算(略)沿仓壁布置的千斤顶数量:54台;中心井架钢环梁上布置的千斤顶数量:16台。(2)支承杆承载力计算(略)(3)布置方式。
提升架沿仓壁周圈布置,间距l=D/n=3.14×30/54≈1.74m。千斤项和支承杆在仓壁周圈与提升架对应布置,即每个提升架上布置一台千斤项和一根支承杆。在中心井架钢环梁上均匀布置16台千斤项和16根支承杆。
3.6围檩、模板及压梁的布置围檩布置在提升架的两侧,即在仓壁的内外侧,沿模板高度设上下两道,以[8槽钢挑头与提升架连接。上围檩距模板上口250mm,下围檩距模板下口350mm,上下围檩间距为600mm。内外模板布置。内模采用普通组合钢模板,沿仓壁内侧竖向布置,模板之间用卡扣连接,模板与围檩之间用8#铁线绑扎。外模采用1250×3000×5mm热轧整钢板沿仓壁外侧横向布置,模板之间采用点焊连接,模板与围檩之间在模板上加焊L50×5mm角铁挂钩的方式连接。
压梁布置在提升架的顶端,内外设两道,与提升架采用螺栓连接。
3.7中心井架布置
中心井架采用满堂红脚手架,围绕筒仓中心搭设,平面尺寸为15×15m,立杆间距1m,步距1.5m(如图3),随筒壁滑模边滑升边搭设。
中心井架立杆稳定性验算(略)
3.8操作平台的布置
操作平台分内操作平台和外操作平台。(1)内操作平台由轻钢桁架、上下水平支撑、垂直支撑、方木楞骨和木板(钢跳板)组成。轻钢桁架每榀长8.4m,高0.7m。一端固定在仓壁提升架内立柱的托架上,另一端固定在中心井架的钢环梁上。沿筒仓平面径向呈放射状布置。轻钢桁架最大间距的确定:经计算操作平台承受的总荷载为5703kN,每榀钢桁架允许承载120kN,整过操作平台所需钢桁架数量5703kN÷120kN=48(榀)。紧靠仓壁周圈的最大间距30×3.14÷48=1.96(m)。水平支撑分别设在轻钢桁架的上下弦,间距1.4m,共五道。垂直支撑布置在桁架中间的1/3处,共两道。方木楞骨固定在轻钢桁架上,方木上固定厚木板或钢跳板。(2)外操作平台由外挑三角架、方木楞骨和木板(或钢跳板)组成,外挑三角架固定在提升架的外立柱上,方木固定在三角架上,木板或钢跳板固定在三角架上,宽1.01～1.2m。(如图4) 3.9液压提升系统布置
液压提升以单仓为系统进行布置,每仓设一台HY-56型液压控制台。油路采用分级布置,仓壁周圈和中心各设一组分油器(一级)。其中仓壁周圈54台千斤顶设9组分油器(二级),每组供6台千斤顶(三级);仓中心16台千斤顶设3组分油器(二级),其中两组各供5台千斤顶、一组供6台千斤顶(三级)。
4施工难点及解决方法
4.1操作平台刚度小、稳定性差
操作平台刚度小、稳定性差,会造成仓壁结构变形、偏中以及半径发生偏差。操作平台采用中心井架支撑,轻型钢桁架环向呈放射状布置,随着仓壁不断向上滑升,中心井架也随着不断升高,如果井架四周不及时设置支撑,将造成井架的不稳定,从而影响操作平台的整体稳定性,最终造成仓壁结构的变形或偏中。
施工中可以采取在操作平台中心增设“米”字型连接钢支撑,在仓中心设圆形连接板,同时在正中心增加一台千斤顶和支承杆。即解决了操作平台的整体稳定,又方便在滑升过程中的随时观测。此外在滑升过程中,操作平台上材料、机具堆放应分布均匀,且不能超载。掌握好滑升速度,每次提升不宜超过12个行成(300mm)。随时观测仓壁周圈的标高变化,并及时用限位器进行调整。
4.2中心井架搭设速度慢,跟不上滑升速度的需要
由于中心井架采用普通钢管满堂脚手架,与仓壁滑升同时进行,即采用边滑升边搭设的方式。如果材料供应不足,每班投入的架工力量不足、操作不熟练或人为的消极怠工,都有可能影响搭设的速度和质量,从而造成操作平台失稳和影响仓壁结构滑升质量。
解决的办法是:首先要保证中心井架材料的供应,提前在现场准备好井架所需的各种材料。其次要保证有足够熟练的架工,并经过安全技术交底和必要的思想教育。最后要加强滑模施工的组织、协调和指挥,保证滑模施工的协调性、统一性和连续性。
5结语
该工程施工筒壁及仓顶结构施工仅用三个月时间,工程质量、进度均受到甲方、监理的好评。工程竣工两年,运行良好。采用轻型钢桁架配合中心井架组成操作平台,操作平台一次性组装,中心井架随滑随搭。轻型桁架轻便灵活,方便运输和组装。中心井采用普通脚手钢管,可就地租赁。既保证了仓壁滑模施工操作,又解决了仓顶结构施工支撑问题。同时大大缩短了工期,减少了人工和材料的投入,提高了操作平台的整体稳定性,从而保证了施工安全和质量。因而可以在大直径筒仓中推广应用,直径大小发生变化后调整中心井架尺寸即可。