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套管未来

钢筋混凝土方仓爬模施工应用

01

工程概况

某面粉厂搬迁项目位于无锡宜兴市,麦仓、面粉车间的面粉仓为钢筋混凝土方形仓,其中面粉仓的结构平面侧有楼梯和其他结构部分,结构布置形式如图1、图2所示。方形钢筋混凝土仓与其他部位连接结构的层高三层为5.5m其他均为5.0m,混凝土仓高度区间为10.0m-30.55m,B-G轴/15-22轴共28个方仓。

图1  3层方仓结构平面布置(B-G/15-20轴)

图2  4-6层方仓结构平面布置(B-G/15-22轴)

02

钢筋混凝土方仓模板支撑方案

2.1 模板支撑方案的选择

钢筋混凝土方仓为连续密集布置的筒体结构,模板支撑方案可以有:传统的挑架翻模施工、滑模施工、爬模施工三大类,模板可选用胶合板模板、铝模、钢模等。三类模板体系的特点如下:

⑴.挑架翻模所需劳动力工作量大,且翻模时,需较大载荷量的垂直运输机械进行配合架体的提升,施工速度慢。⑵.滑模施工需对每个墙体内的液压千斤顶部位增加支撑杆件,增加成本,且施工作业需连续,与方仓连接的构件部位每层需预留连接,模板需在爬升过程中调整。⑶.爬模施工所需的爬架机位较多,需多个液压提升系统,爬架支撑固定点埋件位置需准确,需考虑模板拆装方便。

2.2 爬模布置的难点

2.2.1 层高较大 

3-6层结构方仓钢筋混凝土墙,层高5.0m和5.5m,层高较大,爬模架体设计高度高,方仓总高度20.5m,方仓为连续设置,B-G轴/15-22轴共28个方仓,要求钢筋混凝土同时浇筑,方仓钢筋混凝土施工同步进行,因此要求布置爬模架的机位较多,需多个液压提升系统装置。方仓内部尺寸不大,最大截面为3.560m*3.185m,主要为3.340m*2.965m,需布置四侧面模板及支架,采用对称墙面布置4个模架,才是最稳定的模板平台,这样,爬架上平台设置局限性较大,难以较好地布置模板支撑和上部操作平台。

2.2.2 结构变化较大 

外墙机位预埋位置设计必须考虑方仓筒外围钢结构的布置以保证爬模安装预埋件的位置与方仓筒墙体内置钢柱及外框钢梁预埋件不发现冲突。方仓筒模板及架体需随结构变化进行相应的改造及调整,改造及调整过程需考虑架体内缩时外防护的安全性。

2.2.3 方仓顶部梁板支撑难 

顶部有梁板及与水平梁板构件连接部位模板及架体的预先设计与改装为设计重点、难点,在设计时需考虑此部位跳板铺设方向及平台周边防护措施以便于后续拆改。

2.3 模板支撑设计

模板均采用胶合板模板,横肋为双12#槽钢,共设5道,槽钢间距从木模板底部起分别为350mm、1200mm、1200mm、1200mm、1200mm。木模板设计高度为5.15m,下包100mm,上挑50mm,标准层浇筑高度为5.0m,3层为非标准层,在底部设置0.5m高附加段。

采用胶合板模板,配置范围包括方仓筒内外墙体模板,从3层开始投入使用,平面布置如图3。

图3 方仓筒模板平面布置图

外侧模板采用后移装置与上操作支架分离的方式,上操作支架固定在主平台上,模板利用后移装置进行后移,利用后移装置上的调节座可进行模板垂直度的调节。内筒部分区域由于受空间限制的影响造成后移装置安装空间不够,针对此区域模板采用手扳葫芦悬挂至上平台横梁,利用手扳葫芦进行模板的合模及退模操作,同时利用后移辅助装置进行调节模板的垂直度。

2.3.1 阴阳角模板节点

1) 阳角部位采用阳角斜拉的方式将两侧模板固定,确保模板在施工过程拼缝严密,阳角斜拉的方式图4所示。

图4 阳角部位模板连接图

2) 阴角模板与墙面采用子母企口设计,阴角模板通过手拉葫芦吊装在架体的上横梁上,下端与架体做有效拉结防止爬升时角模晃动。合模时通过拧紧钩头螺栓上的蝶形螺母紧固背楞以确保角模板和墙模接缝紧密,同时角模和墙模背楞通过芯带和芯带销连在一起。模板拆除时先拆除阴角模板的连接螺栓和钩头螺栓,然后可以利用手扳葫芦或后移装置拆除墙模板,最后拆除阴角模板,阴角模板拆除后需将下端与架体拉结后方可爬升架体。

2.3.2 模板接缝

两块模板之间在背楞位置采用芯带连接,芯带两端各采用两个芯带销,由于芯带的孔位间距与背楞孔位间距不同,因此将四个芯带销打紧后两块模板即可紧密的连接在一起,确保模板不会出现错台及漏浆现象。如图5所示。

图5 模板拼缝连接节点图

2.3.3 预埋设计

1) 在墙体上设置预埋系统,墙体厚度小于等于400mm时则采用穿墙螺栓预埋系统;当墙体两侧爬锥位置相对且墙体厚度大于400mm时,则调整墙体两侧机位标高及模板与架体的相对位置以保证墙体两侧相对的爬锥在竖向方向错开150mm。如图6、图7所示。

2) 采用穿墙螺栓时在穿墙螺栓位置两侧模板均需开孔,同时预埋Ø48钢管,并在Ø48钢管内穿入M42螺杆以免浇筑时损坏钢管。采用标准预埋件时则在混凝土浇筑完毕脱模后安装受力螺栓。

图6 标准双埋件节点图

图7 穿墙螺栓埋件节点图

3) 双埋件系统预埋件螺杆直径D26.5,采用45#钢;受力螺栓直径M42,10.9级。穿墙螺栓埋件系统埋件管为φ48*3.8mm钢管,受力螺栓直径为M42,10.9级,采用双螺母紧固。方仓提升架固定支座采用对拉穿墙螺栓,通过预埋穿靴戴帽墙管,采用对拉螺杆固定爬架支撑导轨支座。

4) 预埋件安装方式:爬模架体使用的预埋件要利用模板进行提前预埋,固定方法是模板拼装时将固定预埋件的孔按照图纸标定的位置打好,在模板就位前将预埋件用螺栓安装在模板面板上,模板就位后须按照图纸检查每个埋件的位置及紧固程度,检查无误后方可进行混凝土的浇筑,浇筑完成达到拆模要求后将安装螺栓拆掉,后移后预埋件留在混凝土墙体中待爬模爬升后使用,如图8。

图8 预埋系统安装流程图

5) 预埋施工时预埋件与附加钢筋点焊,同时预埋件的高强螺杆与埋件板通过点焊加强连接牢固性,防止浇筑时预埋件位置偏移及埋件板脱落。预埋件两端须用胶带封堵,防止浇筑时注入混凝土。同时为便于爬锥拆卸,安装前先在预埋件上涂抹黄油再用胶带包裹。

2.3.4 对拉螺杆设计

1) 采用D15型号对拉螺杆,材质为45#钢,破坏拉力150KN。

2) 除在方仓筒钢柱部位外其他区域均可采用螺杆在模板两侧进行对拉,在钢柱部位则采取在钢柱上焊接螺杆连接器,然后螺杆通过连接器与钢柱连接的方式对拉以抵抗混凝土浇筑时对模板的侧压力,与钢柱对拉的螺杆采用D20型号对拉螺杆。

3) 钢结构对拉螺杆连接器为混凝土浇筑前深化并在钢结构加工场焊接,受现场主客观原因影响,当调整混凝土浇筑高度(施工缝)时,爬模爬升位置发生变化则会导致模板在竖向方向的位置发生变化,进而影响对拉螺杆的位置,此情况会导致螺杆与前期深化完成的对拉螺杆连接器位置不在同一标高(即无法使用连接器),针对此情况,墙体内的对拉螺杆采用一端套丝的C20钢筋代替,墙体外仍采用D20对拉螺杆,对拉螺杆与钢筋通过钢筋套筒连接。C20钢筋端部弯折,长度为100mm,并与方仓筒钢筋焊接。

2.4 梁板后浇及钢梁节点处理

1) 方仓连接部位梁钢筋连接方式:方仓筒先行施工,外侧框架及方仓筒梁板跟随施工,后浇梁钢筋采用预埋直螺纹套筒的方式连接,如图9所示

图9 后浇梁钢筋连接节点图

2) 方仓侧后浇楼板部位,在方仓筒墙内按图纸要求在相应标高处预埋楼板钢筋,待方仓筒混凝土浇筑完成后剔出拉直,拉直后与楼板钢筋采取绑扎搭接的形式进行连接。

3) 对于外框架梁则在方仓筒墙体钢筋绑扎时根据埋件轴线和标高控制线将埋件安装就位固定,拆模后利用爬模平台在埋件上焊接三角防滑铁,用于安装后续外框架梁的临时固定。

03

液压爬模架的布置与安装

3.1 液压爬模性能指标及特点

架体宽度:主平台=2.80m,液压操作平台=2.70m,吊平台=2.8m;架体高度:15.3m;离墙距离:0.1m-0.3m;液压油缸:额定荷载125KN,额定压力16Mpa,油缸行程400mm,伸出速度约300mm/min,提升步距300mm;泵站功率:22KW;升降速度:10min/m;支承跨度:≤5 m(相邻埋件点之间距离);荷载要求:操作平台施工荷载标准值为3.0kN/m2,模板操作平台及液压操作平台施工荷载标准值为1.0kN/m2,吊平台施工荷载标准值为1.0kN/m2,允许两层平台同时承载。

3.2 架体平面设计

每个方仓内设置两个平行提升架,4个机位,这样,L3层共布置93个机位,其中外墙13个机位,内墙25个机位,每个机位设置一套液压油缸和一套动力单元。L4-L7层共设置125个机位,其中外墙13个机位。整个方仓筒爬模系统共计配备125套液压系统,17套泵站(每套泵站最多可同时带动10套液压油缸),其中方仓筒外墙采用13套液压系统,3套泵站,方仓筒内墙则采用112套液压系统,14套泵站。方仓提升爬模提升架平面布置如图10、图11所示,模板支撑架体如图12。

图10 三结构(+10.00-15.50m)15-20轴方仓爬模架布置示意图

图11 4-7层结构(+16.70-30.38m)15-22轴方仓爬模架机位布置示意图

图12  15-22轴方仓爬模布置示

为避免架体爬升时与结构冲突,爬模上平台板与混凝土墙面间留有100-200mm的间隙,同时为防止高空坠物,在液压平台和吊平台的架体与混凝土墙面之间空隙处设置翻板,当架体提升时将翻板翻开,架体提升到位后立即将翻板铺好。在导轨与平台跳板之间的缝隙处同样采用定型翻板对缝隙进行封堵。如图13、图14所示。

外侧爬模设计时为保证架体的单独爬升,相邻爬模单元之间的间距设置为100mm,并在100mm宽缝隙处设置翻板。

3.3 爬模架体立面设计

3.3.1 平台设计

图15 方仓内爬模剖面及施工流程示意图

1) 根据现场混凝土施工要求,为满足现场施工时钢筋绑扎所需平台高度需求,外侧爬模架体及内筒爬模共设置6层操作平台:①平台为上平台,供施工时放置钢筋等材料使用;②平台为绑筋操作平台,供绑钢筋等施工操作使用;③平台为模板操作平台,供模板施工操作使用;④平台为主平台,供模板后移使用兼做主要人员通道;⑤平台为液压操作平台,爬模爬升时进行液压系统操作使用;⑥平台为吊平台,方便拆卸挂座、爬锥及受力螺栓以便周转使用。仓内爬模架体设计总高度为15.3m,架体剖面见图15所示。

图15为方仓内筒爬升模板体系施工流程示意图。图A为第一段混凝土浇筑后示意;图B为完成钢筋绑扎、模板拆除,移动模板支撑架后,提升并安装导轨架;图C为提升模板支撑平台;图D为模板支撑架前移,模板固定后浇筑混凝土。

在安装完方仓筒爬升模板支撑,进行第一次混凝土浇筑后,进行上层墙体钢筋绑扎,等混凝土达到一定强度后进行脱模,然后,安装爬架固定座,提升爬架导轨架,固定导轨架,提升模板支撑架,合模浇筑混凝土,进行下一作业循环。

2) 根据JGJ195-2010要求,爬模处于施工工况时,爬模上平台荷载为4KN/㎡,模板操作平台施工荷载标准值为1.0kN/m2;液压操作平台和吊平台施工荷载标准值为1.0kN/m2,但不参与爬模荷载设计组合。爬模处于爬升工况时,上平台不允许堆载,主平台施工荷载标准值为1.0kN/m2,液压操作平台施工荷载标准值为1.0kN/m2。爬模处于施工工况和爬升工况时,按7级风力进行安全计算;爬模处于停工工况时,按9级风力进行安全计算。

3) 各层平台板均采用为300mm宽、50mm厚的花纹钢跳板铺设,局部采用花纹钢板填补。花纹钢跳板具有防火、防滑、耐腐蚀的作用,可满足施工的要求。

3.3.2 外侧爬模外立面防护设计

为保证高空作业时施工人员的安全,架体外防护设计采用定型钢板网,钢板网厚度为0.6mm,孔径为5mm,挡风系数为0.6。钢板网在保证外围护的抗冲击性、安全性、耐用性以及采光要求的同时,追求外立面形象美观、整洁。由于外侧架体在结构内缩时,两个架体单元之间间隙缩小,为保证此时外防护的密封性,外围护彩钢板设计为一端固定,另一端搭接的形式。

3.3.3 通道设计

除吊平台外,各层平台均设上下人孔,上下人孔周围设护栏,各层平台之间设置钢制步梯和爬梯,其中步梯与平台呈45°,爬梯与平台呈60°。

3.4 爬模安装

3.4.1 安装流程

安装准备→搭设脚手架,绑扎钢筋,合模,安装爬锥→第一次浇混凝土→第二次绑扎钢筋→拆除模板及脚手架,安装挂座→安装爬模液压操作平台三角架→安装主平台、上平台支架及模板→第二次混凝土浇筑→第三次钢筋绑扎→退模,安装挂座→安装导轨→第一次爬升平台,搭设脚手架,安装吊平台→合模,第三次浇筑混凝土。

3.4.2 爬模施工

混凝土浇筑完成→模板拆模后移→安装附墙装置→提升导轨→拆除下层附墙装置→爬升架体→绑扎钢筋→模板清理刷脱模剂→预埋件固定在模板上→合模→浇筑混凝土。

3.4.3 爬模施工技术要求

1)合模前将模板清理干净,刷好脱模剂,装好埋件系统,测量模板拉杆孔的位置,是否与钢筋冲突,埋件、对拉螺栓如和钢筋有冲突时,将钢筋适当移位处理后再进行合模。

2)用线坠或仪器校正调整模板垂直度,穿好套管、拉杆,拧紧每根对拉螺杆。

3)混凝土振捣时严禁振捣棒碰撞受力螺栓套管或锥形接头等。

4)上层混凝土强度达到15MPa时,由项目部开据提升通知单,爬模技术指导与施工方安全员共同对架体系统(包括架体上的杂物,各连接部位的连接,及液压控制系统等)进行检查并填写提升前检查记录表,清理架体杂物,符合要求后方可提升。提升时现场在相应楼层准备临时电箱。

5)爬升架体或提升导轨时液压控制台应有专人操作,每榀架子设专人看管是否同步,发现不同步,可调节液压阀门进行控制。

6)拆模时,外侧支架先拔出齿轮插销,内筒支架松动后移螺母,扳动后移装置将模板后移;后移到位后,外侧支架插上再插上齿轮插销,内筒支架拧紧后移螺母。

7)维护、检修的内容:检查架体系统的连接部位和防护是否符合要求,否则及时整改,对电气控制系统要定期调试,及时更换易损件。

3.4.4 粉仓筒与周边水平结构连接部分施工

钢筋混凝土方筒仓与其连接部位的水平梁板结构,在方仓模板施工至梁板底部位时,外侧模板留出梁板搭接钢筋,外侧模板预先留出甩口活动模板,连接部位的梁下部分采取活动连接模板。连接部位的梁板甩筋段设置网易收(或选用密目钢丝网)作为施工缝模板,方仓部位混凝土浇筑施工,将与之连接的水平梁板构件,滞后施工。在爬模爬升超越过水平构件层后,再进行与之连接段梁板结构的施工。

对于部分梁板钢筋可以采取预留连接口,采取墙内预留连接的方式,先完成爬模墙柱段,爬架提升后,再进行平面连接部位梁板构件钢筋连接及模板支撑和混凝土的浇筑。

爬模施工过程中,在爬架导轨提升后,提升模板支撑架前,应对预留导轨架埋件部位进行螺栓孔处理,并对墙面存在缺陷部位进行修补处理。

3.4.5 粉仓筒顶板结构施工

15-20轴方仓顶板标高为30.50m,方仓上部有200*400的梁,顶板厚度为120mm,除22轴/C-D轴在仓内侧有400*700的梁,内突出墙面240mm,因此,方仓壁在6层结构施工时,最多只能浇筑至30.38m,位于梁口部位应该留施工缝,特别是22轴/C-D轴部位的梁端部位设置快易收口网,200*400的梁口采用小模板作分隔缝。在30.38m方仓筒壁混凝土浇筑完成,模板拆除后,采用垂直运输设备(塔吊),将在操作平台上分块拆除的爬模架构件通过塔吊吊运出方仓。

由于钢筋混凝土方仓内径尺寸较小,内净最大截面为3185*3340mm,在方仓内的爬架拆除后,采用2根型钢作为主钢梁固定在爬架的上部螺栓孔上,在型钢上部铺设梁模板、及次楞,再铺设楼板模板。在梁板模板支设好后,进行梁板钢筋的绑扎,完成混凝土浇筑后,等达到拆模强度后,采用楼板面上的预留孔,采用异型吊挂架进行楼板模板的拆除。

3.4.6 测量控制与纠偏

浇筑完一层混凝土墙体,爬模架提升后,围绕方仓筒四周外墙,弹测垂直控制线,并弹一圈标高控制线,用于整体标高控制。爬模模板在就位时根据此高程控制点为基准,微调模板下方的高度可调装置,使得模板标高正确。上层爬模根据下层剪力墙偏差方向进行反方向调整,达到纠偏的效果和目的,使剪力墙垂直度控制在规范允许范围之内。

04

结语

通过精心的方案策划,钢筋混凝土连体方仓爬模架施工体系得到了完美的应用,所施工的方仓混凝土结构垂直度、平整度及外观质量均得到了建设、监理单位的认可和好评。对于多仓连体钢筋混凝土方仓采用爬升式模架,不仅施工效率高,而且施工安全可靠,实现了创优增效的目的。