淺圓倉超高倉頂結構支模體系施工技術*

葉文賓,婁曉斌,張亦江

(浙江省三建建設集團有限公司,浙江 杭州 310016)

0 引言

我國糧食儲備庫大多為圓形筒倉結構,整體結構施工較為復雜,工藝繁瑣,且對結構成型質量要求較高。目前,淺圓倉倉壁主要采用滑模施工工藝,待倉壁結構施工完成進行倉頂結構施工時,倉頂結構距離地面高度大,為超高支模架施工?？傮w搭設高度>20m,需采用工具式支模架,但受限于淺圓倉結構為圓形平面結構,嚴重制約工具式支模體系搭設,通過走訪調研,借鑒鋼混結構形式中混凝土樓板借用鋼結構梁及樓承板作為支撐體系的施工特點,對比選擇運用了2套適用于淺圓倉倉頂結構施工的鋼結構支撐平臺,用于保證后續超高倉頂結構施工。

1 工程概況

杭州市仁和糧食儲備庫建設工程(標段一)為新建工程,主要包括20個淺圓倉、4座提升塔及提升塔架空連廊、淺圓倉和提升塔內的鋼棧橋和2號鋼棧橋、室外附屬工程等。淺圓倉由20個直徑26m倉體組成,～/～?軸呈4×5排列,內徑均為26m, 裝糧高度均為25.7m, 建筑高度均為41.5m,為鋼筋混凝土結構。倉頂結構高度為 27.4～32.4m, 為錐殼形結構,錐殼頂板斜面角度為25°,錐殼斜面最大高差為5m。淺圓倉剖面如圖1所示。

圖1 淺圓倉剖面Fig.1 Profile of the shallow silo

2 倉頂結構支模施工支撐體系設計

通過對實際情況分析,提出兩種新型支撐體系作為上部倉頂結構支模架支撐操作平臺,分別為滑模整體拖帶錐殼傘狀鋼網架平臺支撐體系(見圖2)和貝雷梁鋼桁架平臺支撐體系(見圖3)。

圖2 滑模整體拖帶錐殼傘狀鋼網架平臺支撐體系Fig.2 Cone shell umbrella steel grid platform support system of sliding formwork overall towing

圖3 貝雷梁鋼桁架平臺支撐體系Fig.3 Bailey beam steel truss platform support system

兩者不同點在于：滑模整體拖帶錐殼傘狀鋼網架平臺支撐體系依靠滑模體系進行提升作業,淺圓倉在倉壁滑模施工前將滑模設備與鋼網架平臺支撐體系采用高強螺栓連接成為一個整體,隨著倉壁結構滑模不斷滑升,同步將鋼網架平臺支撐體系提升至設計標高后,固定連接在倉壁鋼牛腿上,為一個空間網架結構受力體系。待施工完成上部結構并達到設計強度后將錐殼傘狀鋼網架平臺進行拆除再利用,總體時間較長,滑模套組施工受限于錐殼傘狀鋼網架平臺數量的影響較大,經濟性差,在實際淺圓倉數量較多的施工現場,受制約較大。

貝雷梁鋼桁架平臺支撐體系是在滑模施工并拆除后,現場直接進行拼裝的中心立柱支撐桁架結構。其淺圓倉中心位置設置中心鋼立柱,上部按圓的32等分拼裝設置32榀組合鋼桁架,分別與倉壁預留擱置受力洞口和中心鋼立柱相連接成一個整體,用于承載上部結構荷載。

3 滑模整體拖帶錐殼傘狀鋼網架平臺支撐體系施工技術

滑模整體拖帶錐殼傘狀鋼網架平臺支撐體系整體結構通過高強螺栓連接支撐在滑模模板架上,采用滑模拖帶提升至設計預定標高。采用有限元軟件MIDAS進行建模分析(見圖4),其荷載計算滿足承載力要求。

圖4 三維模型Fig.4 3D model

3.1 滑模套組與錐殼傘狀鋼網架平臺支撐體系組裝連接

滑模施工裝置由液壓系統、模板系統和操作平臺系統組成,滑模整體拖帶錐殼傘狀鋼網架平臺支撐體系由鋼結構拼裝而成,現場按實際倉壁結構尺寸進行定位放線,搭設臨時組裝平臺,組裝倉壁滑模系統。同時,在筒倉內部結構板面上部進行鋼網架支撐體系拼裝,并采用高強螺栓將其安裝在滑模系統內圍圈上,作為滑模系統內操作平臺,與滑模系統連接成為一個整體(見圖5),滑模與錐殼傘狀鋼網架連接節點如圖6所示。

圖5 錐殼傘狀鋼網架與滑模套組連接實景Fig.5 Realistic view of the connection between the cone shell umbrella steel grid and the sliding formwork sleeve group

圖6 滑模與錐殼傘狀鋼網架連接節點Fig.6 Connection joint of sliding formwork and cone shell umbrella steel grid

倉頂錐殼傘狀鋼網架平臺結構采用25t汽車式起重機和塔式起重機配合進行安裝。采用分件吊裝法安裝時,先安裝中心圓環部分,再安裝20根輻射梁,其間穿插安裝檁條及其他構件。

3.2 滑模整體拖帶錐殼傘狀鋼網架平臺整體提升施工

滑模整體拖帶提升為24h不間斷施工,滑模施工混凝土強度要求較其他施工混凝土有所不同,滑?；炷烈笤?h后出模強度應控制在0.2～0.4MPa或混凝土貫入阻力值在0.3～1.05kN/cm2,滑模爬升速率根據天氣情況而定,一般爬升高度為30cm/2h。每次爬升完成后進行鋼筋綁扎及驗收,然后澆筑混凝土,混凝土澆筑時振動棒插入下一層混凝土≥10cm,確保上、下層混凝土結合密實,滑模按此工藝重復爬升施工,直至滑模系統滑至環梁下部位置前,沿倉璧四周埋設多個埋件;當滑?；镰h梁下部時,停止滑模施工。

由于在滑模設備上拖帶連接了錐殼傘狀鋼網架,增加了滑模系統爬升荷載,其提升過程應做好整體系統垂直度的控制和糾偏,主要采用調整水平度高差控制法。當某側位移的垂直方向出現偏差時,應立即將較低標高一側的千斤頂升高,使該側操作平臺高于其他部位千斤頂標高,然后,將整個操作平臺滑升1個高度,使垂直偏差隨之得到糾正。

3.3 錐殼傘狀鋼網架平臺換撐至淺圓倉倉壁結構

通過對最后1層混凝土強度的預估判斷,選定時間對其混凝土同條件試塊進行試驗,待混凝土強度達到設計強度75%后,拆除預埋件支座對應處滑升模板,在預埋鋼板位置采用高強螺栓連接鋼牛腿,將錐殼傘狀鋼網架平臺節點擱置在倉壁設置的鋼牛腿擱置點上(見圖7),確保擱置穩定牢固,拆除錐殼傘狀鋼網架承重系統與滑模系統的連接,將架體荷載換撐至結構鋼牛腿,最后滑模系統空滑過環梁頂部標高,拆除滑模裝置,以進行下一個淺圓倉倉壁結構滑模施工。

圖7 鋼平臺與倉壁擱置鋼牛腿節點Fig.7 Corbel joint of steel platform and silo wall shelved steel

3.4 利用支撐平臺施工上部結構及平臺拆除

當滑模系統拆除后,通過調節主、副液壓撐桿,調節錐形倉頂角度,以適合設計角度要求,在可調節傘狀承重鋼結構上搭設模板支撐腳手架(見圖8),安裝環梁及倉頂板模板,綁扎環梁及頂板鋼筋,澆筑混凝土、養護,待混凝土強度達到拆模要求后,先拆除模板、鋼管腳手架,在倉頂通過20個電動葫蘆倒鏈連接鋼支撐系統,割除牛腿,然后同步下放葫蘆倒鏈,將鋼支撐系統下降至筒倉底板平臺,然后進行拆除作業,轉至下一個筒倉結構施工。

圖8 支模體系剖面Fig.8 Profile of formwork system

4 貝雷梁鋼桁架平臺支撐體系施工技術

貝雷梁鋼桁架平臺支撐體系主要由中心鋼立柱(由每段長度3m、直徑800mm、壁厚20mm鋼管采用高強螺栓通過法蘭盤連接拼裝)、中心筒(由4段托盤及牛腿拼裝)、水平鋼桁架(共32榀在圓內等分布置,每榀兩端為三角架,中間由3m長鋼桁架拼接而成,采用插銷連接)貝雷梁鋼桁架平臺支撐體系在倉壁滑模施工結束并拆除滑模設備后進行施工,現場通過有限元軟件對貝雷梁鋼桁架平臺在施工工況下的受力進行計算分析(見圖9,圓表示支座,數字為節點號),驗證了其中心立柱底與結構、環梁段間連接,立柱與環梁連接,鋼桁架與環梁連接,鋼桁架與倉壁支撐點連接的穩定性滿足要求。

圖9 計算簡圖Fig.9 Calculation diagram

4.1 貝雷梁鋼桁架平臺組裝搭設

1)現場在淺圓倉底板中心位置將中心立柱進行組對安裝。為保證貝雷梁鋼桁架平臺支撐體系運行時其自身結構穩定,對中心立柱及其下部結構平臺進行加強處理,上部中心立柱由每段長度3m鋼筒通過法蘭盤連接而成,每個法蘭盤連接處采用16個高強螺栓連接,直至組裝至預定高度。在對中心立柱進行垂直度校準后,最后在下部結構面設置鋼管架體與中心立柱連接加固(見圖10),加強整體穩定性、安全性。

圖10 中心立柱連接Fig.10 Connection of central column

2)中心立柱安裝完成后在其頂部安裝中心筒,中心筒由4段環形托盤和鋼牛腿連接而成,環形托盤及鋼牛腿在地面采用高強螺栓組裝連接(見圖11),利用塔式起重機吊裝至預定高度與中心立柱采用高強螺栓連接。

圖11 頂部托盤及牛腿連接Fig.11 Connection of top tray and corbel

3)在地面進行每榀組合鋼桁架組裝,鋼桁架兩頭為三角鋼架,中間部分采用3m長鋼架插銷連接拼裝而成。針對不同直徑淺圓倉,可通過調節桁架徑向尺寸滿足施工需求 ,現場共需在地面對應投影位置一次性拼裝完成32榀鋼桁架,然后采用塔式起重機按圓內均分對稱的形式進行安裝,每榀鋼桁架端部深入倉壁結構預留的擱置洞口(見圖12),另一個與中心立柱中心筒采用插銷連接。安裝完成后現場應驗收其平整度、連接牢固度,如超過偏差值,現場需及時進行調整。

圖12 每榀鋼桁架擱置連接Fig.12 Connection of each steel truss laying down

4.2 利用貝雷梁鋼桁架平臺搭設支模架

現場通過品茗計算軟件計算出上部結構支模架實際參數,對照軟件計算的立桿參數,在鋼桁架上布置工字鋼,確保每根立桿下部均由工字鋼傳遞受力。在條件允許的情況下,可在工字鋼面鋪設平臺板,增加人員操作安全性,然后按參數進行支模架搭設、模板安裝及鋼筋安裝作業,最后進行倉頂結構混凝土澆筑。倉頂貝雷梁鋼桁架平臺支撐體系效果如圖13所示。

圖13 倉頂貝雷梁鋼桁架平臺支撐體系效果Fig.13 Effect of Bailey beam steel truss platform support system of silo roof

4.3 貝雷梁鋼桁架平臺拆除

待上部倉頂混凝土強度達到設計要求后,方可拆除支模架,當支模架全部拆除清理干凈后進行貝雷梁鋼桁架平臺拆除。按先安裝的后拆,后安裝的先拆的原則進行拆除,現場在對應每榀鋼桁架兩端上部留設施工洞口,在洞口處分別設置1臺卷揚機,連接該榀鋼桁架兩端并受力抬起鋼桁架后,釋放鋼桁架與中心立柱連接銷,利用2臺卷揚機同步將鋼桁架下降至地面,重復對稱操作將32榀鋼桁架降落至結構板面,最后采用塔式起重機拆除中心立柱。

5 兩種倉頂結構支模施工支撐體系組合運用

綜合考慮現場實際20個淺圓倉需實施的情況,根據現場配備的4套滑模設備組、4套錐殼傘狀鋼網架平臺、4套貝雷梁鋼桁架支撐平臺,考慮錐殼傘狀鋼網架支撐平臺必須借助滑模系統進行提升至預定位置,現場優先采用滑模整體拖帶錐殼傘狀鋼網架平臺支撐體系,待4套滑模整體拖帶錐殼傘狀鋼網架平臺支撐體系均投入倉頂施工后未能二次投入其他倉實施前,滑模照常進行倉壁施工,此階段完成的淺圓倉倉頂結構施工由貝雷梁鋼桁架平臺支撐體系作為支撐平臺完成施工,后續倉體以此思路重復實施,直至全部淺圓倉完成施工。

貝雷梁鋼桁架平臺支撐體系和滑模整體拖帶錐殼傘狀鋼網架平臺支撐體系在使用過程中應加強安全監測,尤其須加強每日對平臺變形及平整度的監測,發現偏差變形須第一時間停止作業,并采取加固、調整等處理措施。

6 結語

本項目通過組合運用兩種倉頂支模體系,合理穿插施工,保證了整體進度及上部倉頂錐殼結構施工安全性,為項目創造了較好的經濟效益。