湘乡水泥厂技改工程滑模空滑施工技术.doc

湘乡水泥厂技改工程滑模空滑施工技术中国建筑五局第三建筑安装公司3-13-1工程概况湘乡水泥厂技改工程是湖南省政府利用亚洲银行贷款，省内首条引进德国技术的水泥干法生产线，年产熟料72万吨,总投资约8亿元,是湖南省“八五”期间的重点工程建设项目。该工程包括原料系统(原料储存及输送)、窑系统（均化、生料、烧成）、熟料及粉磨系统（熟料储存及输送、粉磨）、成品系统（水泥散装、包装、成品）及相应的配套设施。该工程有19个直径介于10m22m的钢筋混凝土筒仓，其工作量约占土建工作总量的30%35%，因此筒仓滑模施工是该工程施工的一个显著特点。3-13-2施工技术方案的选择 筒仓采用滑模施工。而由于筒仓下部有厚度介于600mm2200mm的钢筋混凝土底板，受其影响，筒仓滑模施工通常有如下三种方案可供选择。 第一种方案：筒仓底板以上筒壁采用滑模，筒仓底板以下结构采用常规支模方法施工； 第二种方案：滑模自筒仓基础顶标高处开始，筒仓底板处空滑； 第三种方案：滑模自筒仓基础顶标高处开始，先滑竖向结构，筒仓底板预留后浇。 如采用上述第一种方案施工，筒仓底板以下结构的施工期长，需额外投入模板、架管等周转材料，增大了施工成本，影响了滑模优越性的发挥；而采用第二种方案施工，滑模空滑时，支承杆（25圆钢）脱空长度长（支承杆的最大脱空长度达4.50m），因而其承载力大幅度降低，极易造成因支承杆弯曲变形而导致操作平台倾斜、垮塌的质量安全事故，空滑的难度和风险大；如采用第三种方案施工，则削弱了筒壁与底板的结构整体性，而且底板钢筋直径大、间距密，施工难度也较大。经过反复的论证、比较，我们选择了第二种方案。3-13-3施工技术方案的可行性分析液压滑动模板施工技术规范（GBJ11387）第5.6.11条规定：“模板空滑时，应事先验算支承杆在操作平台自重、施工荷载、风载等共同作用下的稳定性。如稳定性不能满足要求，应采取可靠措施，对支承杆进行加固。”因此，欲实施滑模空滑施工，至少应解决空滑状态下，支承杆的稳定性验算、支承杆加固以及支承杆加固后的稳定性验算等问题。3-13-3-1空滑状态下支承杆稳定性验算液压滑动模板施工技术规范（GBJ11387）仅规定了模板正常滑升状态下支承杆承载力的计算（验算）方法，而对支承杆在模板滑空状态下的稳定验算没有相应规定。那么，在施工过程中，应如何对支承杆在模板滑空状态下的稳定性进行验算？针对上述问题，我们通过对支承杆在空滑状态下的受力情况进行分析和计算模型简化，利用钢结构设计规范（GBJ1788）中的有关计算方法来验算支承杆的稳定性，验算方法简便可靠且符合实际，解决了支承杆承载力验算的难题。1受力情况分析为确定支承杆在模板滑空状态下的稳定性验算方法，我们就支承杆在两种状态（正常滑升和模板滑空）下的受力情况进行如下分析比较。在正常滑升过程中，支承杆同时受到模板的夹固作用和混凝土的嵌固作用。据有关资料分析，这两种作用的程度是不一样的。在正常情况下，模板的夹固作用要大于模板下口早期混凝土对支承杆的嵌固作用。混凝土对支承杆的嵌固作用是在混凝土早期强度大于0.2Mpa时开始产生，并随混凝土强度增高而增强。而由于支承杆为细长杆件，当混凝土早期强度大于0.7Mpa时，混凝土的嵌固作用将趋于稳定。在空滑状态下，支承杆仅受混凝土的嵌固作用，尽管混凝土的强度已提高，对支承杆的约束加强了，但也难以补偿所失去的模板夹固作用。在实际工作中，曾观测到这样一种现象：正常滑升时，支承杆压屈失稳方向多平行于模板面；而在模板滑空状态下，支承杆压屈失稳方向多垂直于模板面，且支承杆的上下两端有较明显的反弯点。此外，在滑空状态下，由于支承杆的自由长度（脱空长度）长，上端极易因平台不平，千斤顶不同步等原因产生水平位移，而这种位移对支承杆的承载力也有较大影响。2、支承杆下端嵌固点的位置分析滑动模板的高度一般为900-1200mm，在正常滑升情况下，混凝土一般浇至距模板上口50100mm位置处，按每层混凝土厚度250-300mm计，模板内的混凝土最多有3-4层。一般情况下，混凝土的出模强度控制在0.2-0.4Mpa，根据上述分析，如不考虑模板对支承的夹固作用，混凝土对支承杆的嵌固位置一般在混凝土表面以下500-700mm间，如同时考虑模板的夹固作用，那么支承杆的下端嵌固点位置则有上移趋势，嵌固点的位置一般都在混凝土表面下不到500mm处。滑模施工至水平结构底标高时，模板需脱空（滑空），在模板滑升脱空过程中，因支承杆不断振动，支承杆与上部新近浇注的混凝土间存有间隙，使得这一区间的混凝土无法对支承杆形成握裹（虽然在正常滑升过程中也存在着支承杆不断振动的现象，但上部新近浇注的混凝土尚未初凝，具有自行闭合的能力，而即使在支承杆与混凝土间形成了间隙，上层混凝土浇注时，水泥浆填充了支承杆与混凝土间的空隙，支承杆的振动力为上层混凝土消化减弱而使下层混凝土与支承杆能有效结合，对支承杆形成嵌固）。因此，在滑空状态下，尽管上部混凝土很可能已超过0.2Mpa，但仍无法对支承杆形成嵌固，支承杆的下端嵌固位置一般在混凝土表面以下超过600mm位置处。3计算模型的简化(1) 根据空滑状态下支承杆的受力情况和变形情况分析，我们将支承杆在空滑状态下的计算模型视为弹性嵌固。为便于计算，将支承杆下端嵌固点的位置统一定为混凝土表面下700mm位置处。(2) 考虑到支承杆上端位移对其承载力的不利影响，支承杆的计算长度L01.10(L+700)（L为支承杆的脱空长度，700为支承杆下端嵌固点距砼表面距离，单位为mm，系数1.10为考虑支承杆上端位移对其承载力的不利影响而取定的系数。）。(3) 由于将支承杆的上下两端视为弹性嵌固，那么操作平台在荷载作用下所产生的内力将被分配传递到支承杆上，而支承杆究竟要分担多少内力，这很难确定。考虑到支承杆的刚度远小于平台刚度，支承杆分担的内力与支承杆承受竖向荷载与风载所产生的内力相比，比率很小。因此，我们采用如下方法，综合考虑这些因素。1）竖向荷载作用时，荷载平均分配到各支承杆上。考虑到支承杆上端被视为弹性嵌固以及支承杆上端可能出现水平位移的原因，假定竖向荷载作用于支承杆时有一个初始偏心，偏心距e0取0.1i(i为支承杆回转半径)。2）风荷载作用时，由于平台刚度远大于支承杆的刚度。因此，将各支承杆的变形视为一致。风荷载则按各支承杆的刚度大小进行分配。4支承杆稳定验算支承杆稳定性验算时，应考虑支承杆在滑模系统自重、施工荷载、风载等共同作用下的稳定性。验算方法按下式（3-13-1）进行。支承杆的计算长度取1.10（L+700），L为支承杆的脱空长度，从混凝土的上表面至千斤顶下卡头的距离。竖向荷载作用时，荷载平均分配到各支承杆上，并考虑一个初始偏心，偏心距e0取0.1i(i为支承杆回转半径)。风荷载作用时，风荷载也平均分配到各支承杆上。NmxMx+f（3-13-1）xArxW1x(1-0.8N/NEx)式中N支承杆承受的轴心压力；x支承杆受压稳定系数，由支承杆的长细比确定；A支承杆截面积；Mx支承杆承受的弯矩，由风载和竖向荷载的偏心而产生；W1x支承杆截面抵抗矩；f钢材抗压强度设计值；mx等效弯矩系数；rx截面塑性发展系数；NEx欧拉临界力。3-13-3-2支承杆加固目前，用于支承杆加固的方法很多，如方木加固、钢管加固、拼装柱盒加固以及假柱加固等。但我们认为这些加固方法，一者操作不便，二者加固后的支承杆承载力难以计算出来。为此，我们采用如下加固方法。采用“35型千斤顶呈三角形状布置（形成三千斤顶组）、25支承杆格构式加固（形成三肢格构柱）”的方法，使三千斤顶组的额定起重量达90KN；三肢格构柱的回转半径大幅度增大，大大提高了支承杆的承载力和抗侧移、抗扭转刚度，其承载力远远超过了千斤顶的额定起重量和483.5钢管的承载力，使千斤顶的作用得以充分发挥，在不增加千斤顶或适当减少千斤顶数量的情况下满足滑模空滑施工的需要。3-13-3-3支承杆加固后的稳定性验算根据支承杆的受力情况分析以及支承杆的加固方法，支承杆加固后的稳定验算按两端弹性嵌固的三肢格构柱进行验算，具体验算方法如下。1滑模空滑过程中，最危险的状态为模板即将空滑到位的状态，此时支承杆脱空最长，所承受的风载最大。因此，验算时应验算该状态下的支承杆稳定性。2为验算方便，验算时仅考虑被加固成三肢格构柱的支承杆承载。其计算长度取1.10（L+700），L为支承杆的脱空长度，从混凝土的上表面至千斤顶下卡头的距离。3竖向荷载作用时，荷载平均分配到各三肢格构柱上。并假定竖向荷载作用于三肢格构柱时有一个初始偏心，偏心距e0取0.1i(i为三肢格构柱的回转半径)。4风荷载作用时，将各三肢格构柱的刚度视为相等。风荷载平均分配到各三肢格构柱上。5在滑模系统自重、施工荷载、风载等共同作用下，三肢格构柱的稳定性验算方法按3-13-2、3-13-3式进行。（1）三肢格构柱整体稳定性验算按下式进行：NmxMx+f（3-13-2）xArxW1x(1-0.8N/NEx)式中N三肢格构柱承受的轴心压力；x三肢格构柱弯矩作用平面内的受压稳定系数，由三肢格构柱的长细比确定；A三肢格构柱截面积；Mx三肢格构柱承受的弯矩，由风载和竖向荷载的偏心而产生；W1x三肢格构柱弯矩作用平面内按受压纤维确定的对X轴毛截面抵抗矩；f钢材抗压强度设计值；mx弯矩作用平面内等效弯矩系数；rx截面塑性发展系数；NEx欧拉临界力。（2）三肢格构柱的分肢稳定性验算：三肢格构柱的分肢稳定性验算方法：根据格构柱的轴力和弯矩，先计算出各分肢的轴力，然后采用下式验算。Nif（3-13-3）iAi式中Ni分肢所承受的轴力；i分肢受压稳定系数；Ai分肢截面积；f钢材抗压强度设计值。3-13-4滑模空滑施工1工艺流程滑模空滑施工工艺的流程详见如下框图：2、施工方法该工程各筒仓的滑模空滑施工方法大致相同，现以熟料库为例简述其施工方法。（1）熟料库的工程概况熟料库为直径22m的钢筋混凝土筒仓，库壁厚度400mm，基础为厚度2500mm的钢筋混凝土板式基础，基底标高-5.0m，在相对标高+5.2m+7.4m处为2200mm厚库底板，底板由库壁和三道剪力墙支承。在相对标高+40m+46m处为锥壳结构，锥壳上为三层框架库顶房。熟料库的结构示意见图3-13-1。（2）熟料库滑模系统设计熟料库滑模系统设计情况详见表3-13-1熟料库滑模系统设计表3-13-1序号 滑模系统 设计情况1 操作平台 采用中心鼓筒辐射梁下拉式平台，48根辐射梁（212），鼓筒高2m。2 提升架 采用48钢管制作成格构式提升架。3 模板 采用组合钢模。外模1200高，内模900mm高。模板锥度：外模为0，内模0.7%。4 千斤顶 采用GYD35型千斤顶，共布置116只。其中库壁上布置24组三千斤顶，24组单千斤顶，剪力墙上布置10组双千斤顶。5 支承杆 25圆钢，支承杆连接采用丝扣连接。6 控制台 YHT72型7 油路 采用三级并联油路。（3）熟料库滑模空滑施工筒仓基础施工完毕后，在基础板上进行滑模组装。考虑到库底板以下滑模施工时，平台由库壁和剪力墙上的支承杆共同支撑，平台跨度和挠度相对较小。而库底板以上滑模施工时，剪力墙已施工完毕，剪力墙上的提升装置已不复存在，平台跨度和挠度将会增大，从而导致模板锥变（内模锥度变小，外模增大）。为避免内模倒锥，滑模组装时将模板锥度设为：外模为0，内模0.7%。滑模组装时，当平台下悬拉杆与剪力墙模板提升装置立体交叉时，则暂时取消该下悬拉杆，待剪力墙模板提升装置拆除后，再补设该下悬拉杆。滑模自基础顶标高开始，剪力墙与库壁同滑。由于中心鼓筒高2m，其下缘低于内模下口500mm，使得鼓筒下的剪力墙段难以与库壁同滑，于是采用设置堵头板的办法，将鼓筒正下方4m长度范围内的剪力墙段预留后浇。当滑模施工至库底板底标高时，滑模进入空滑施工。空滑施工分两个阶段进行，第一阶段：将模板脱空，即将模板下口标高从+4.30m处提升至+5.80m位置处，此时中心鼓筒的下缘高出库底板底标高100mm，然后拆除剪力墙模板提升装置，施工预留后浇段剪力墙和支设库底板底模；第二阶段：将模板下口标高从+5.80m处提升至+8.0m位置处，此时中心鼓筒的下缘高出库底板顶标高100mm，然后施工库底板。模板空滑采用支承杆加固500mm高（支承杆加固示意见图3-13-2，支承杆加固后的稳定验算见表3-13-2），接着模板便滑升500高（分两次提升，每次提升高度约250mm，且每次均用限位卡整平。）的方法。模板空滑前后状态见图3-13-3。支承杆加固后的稳定验算表3-13-2序号 计算内容 计算结果1 格构柱的数量 24根2 空滑时竖向荷载总值 577KN3 空滑时水平荷载总值 62KN4 格构柱截面积 1470mm25 格构柱惯性矩 Ix=10861995mm4,Iy=25668325mm46 格构柱回转半径 ix=86.0mm,Iy=132.1mm7 格构柱计算长度 L0=5720mm8 格构柱长细比 x=66.5,y=44.99 格构柱换算长细比 0x=68.0,0y=47.510 格构柱稳定系数 0x=0.763,0y=0.86011 格构柱整体性稳定验算 NmxMx+xArxW1x(1-0.8N/NEx)=24.6+117.0=141.6N/mm2f12 格构柱分肢验算 Ni=119.1N/mm2577KN模板空滑时，设两台经纬仪观测滑模系统的动向，发现问题及时处理纠正。熟料库底板处模板空滑高度3.70m，支承杆脱空长度4.50m。空滑过程中，平台未出现扭转、漂移等异常现象，加固成格构柱的支承杆未出现弯曲、变形的现象，达到了预期的目标和效果。库底板侧模支设：侧模采用组合钢模，模板直接悬挂在滑升模板的外模下口，然后用钢拉片将模板拉结。钢拉片的一端与连接模板的U形卡相连，另一端与结构主筋相焊。3、操作要点（1）滑模设计：三千斤顶的组数应根据正常滑升和空滑施工的需要并通过计算确定，三千斤顶的布置应尽可能均匀对称布置；支承杆接头采用丝扣接头。（2）滑模组装：应考虑模板锥变的影响，组装时将模板锥度设为：外模为00.2%，内模0.50.7%。（3）空滑前：须将操作平台上暂不需要的材料、机具、设备吊至地面，最大限度地减少操作平台上的施工荷载。（4）空滑时：整个空滑施工分两个阶段进行，其目的是缩短滑模系统在支承杆最大脱空高度位置处的停留时间。第一阶段空滑是将模板脱空，然后支设底板底模；第二阶段空滑是将滑模系统提升至底板顶标高以上位置处，然后进行底板的钢筋、侧模、混凝土施工。（5）空滑施工方法：模板空滑采用支承杆加固一段（将三千斤顶组的支承杆加固成三肢格构柱），模板便空滑一段的方法。空滑时，设专人和经纬仪监测操作平台的动向。每次空滑的高度应控制在300mm以内，且每次均用限位卡整平。每次空滑完成后，须对滑模系统进行仔细检查，检查的主要内容：支承杆有无弯曲变形；平台是否水平，有无侧移、倾斜、扭转等现象。如发现问题，须及时调整和纠正。（6）此外，空滑时需减缓千斤顶的回油速度，延长回油时间，避免千斤顶回油时的下坠冲击力过大。4、安全措施（1）滑模组装完毕后，应组织有关人员检查其组装质量是否符合规范和设计要求。（2）编制空滑施工技术方案，向有关施工人员进行技术交底。 （3）空滑前，应根据现场实际情况复核支承杆加固后的的承载力并按下列要求全面检查滑模系统。检查的内容： 1） 平台是否水平； 2） 支承杆接头是否相互错开，支承杆有无锈蚀、弯曲等现象； 3） 油路是否有漏油、堵塞等现象，千斤顶有无不同步的现象； 4） 支承杆加固是否符合空滑施工技术方案的要求。（4）按空滑施工技术方案的要求，做好各项技术、物资、人员等施工准备工作。（5）空滑过程中，设仪器和专人对滑模系统进行监测。（6）大风或大雨或降雪时，应暂停空滑施工。（7）空滑到位后，底板以上筒壁滑模施工，应通过计算来确定平台上的允许载荷，并严格控制平台上的施工荷载。（8）空滑施工过程中，须遵照执行国家标准液压滑动模板施工安全技术规程（JGJ6589）的相关规定。3-13-5主要技术经济指标1该技术适用于采用小吨位千斤顶进行滑模施工的各类钢筋混凝土筒仓水平结构或漏斗处、门窗洞口处的滑模空滑施工。高层建筑滑模施工也可参照进行。2采用该技术施工，支承杆加固方法操作简便、安全可靠。由于将25支承杆加固成三肢格构式柱，大大提高了支承杆的承载力和抗侧移、抗扭转刚度，有效地避免了空滑过程中平台出现扭转、漂移等现象。3与筒仓底板以下结构采用常规支模方法施工相比，采用该技术施工，可减少了筒仓底板以下结构的搭架支模施工工序，提高了钢筋绑扎、混凝土浇注的施工效率；节省了人工、材料、设备的投入；缩短了工期，降低了成本；避免了滑模高空组装，有效地防止了底板上下筒体结构错位的现象，有利于减轻施工难度、改善作业条件，保证筒仓底板与筒壁结构的整体性以及底板上下筒体的垂直度；方便了筒仓底板侧模支设。湘乡水泥厂技改工程筒仓采用滑模空滑施工技术施工，与筒仓底板以下结构采用常规支模方法施工相比，取得了如下技术、经济、社会效益（详见表3-13-3）。技术、经济、社会效益情况表表3-13-3序号 主要技术经济指标 指标完成情况1 工期 缩短工期4个月。2 质量 工程先后被评为湖南省省优样板工程、芙蓉奖和中建总公司优质工程金奖；筒仓滑模施工QC成果荣获中建总公司优秀QC成果二等奖。3 安全 滑模空滑达到了预期的目标和效果，空滑时，平台未出现扭转、倾斜、漂移等现象，也未发生任何安全伤亡事故。4 成本 降低施工成本约84万元，获工期奖120万元获直接经济效益204万元。5 科