湘乡水泥厂技改工程滑模空滑施工技术

1、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 10m 22m 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

2、仓采用滑模施工。 而由于筒仓下部有厚度介于 600mm 2200mm 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

3、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 (GBJ113 87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

4、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 (GBJ113 87 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(GBJ17 88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

5、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

6、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 50 100mm 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

7、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

8、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 L0=1.10(L+700 (L 为支承杆的脱空长度,

9、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

10、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。N m x M x+ f (3

11、-13-1 x A rx W1x(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;M x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 ;m x等效弯矩系数;rx 截面塑性发展系数;N Ex 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

12、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 48×3.5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

13、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。(

14、1三肢格构柱整体稳定性验算按下式进行:N m x M x+ f (3-13-2 x A rx W1x(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;M x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 ;m x弯矩作用平面内等效弯矩系数;rx 截面塑性发展系数;N Ex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,

15、然 后采用下式验算。N i f (3-13-3 i Ai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

16、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 GYD 35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

17、杆连接采用丝扣连接。6 控制台 YHT 72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

18、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 10

19、0mm，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 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 577KN 3 空滑时水平荷载总值 62KN 4 格构柱截面积 1470mm2 5 格构柱惯性矩 Ix=10861995mm4, 7 格构柱计算长度 L0=5720mm 8 格构柱长细比 x=66.5, y=44

20、.9 9 格构柱换算长细比 0x=68.0, 0y=47.5 10 格构柱稳定系数 0x=0.763, 0y=0.860 11 格构柱整体性稳定验 算 N m x M x Ni + =119.1 N/mm2< f i Ai x A rx W1x(1-0.8N/NEx 12 格构柱分肢验算 =24.6+117.0=141.6N/mm2< f Iy=25668325mm4 6 格构柱回转半径 ix=86.0mm, Iy=132.1mm 表 3-13-2 13 三千斤顶组的总起重力 24×3×15=1080KN>577KN 模板空滑时，设两台经纬仪观测滑模系统的

21、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， 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； 承杆接头采用丝扣接头。 三

22、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。 0.2%， （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%， 滑模组装：应考虑模板锥变的影响，组装时将模板锥度设为： 0.5 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 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， 少操作平台上的施工荷载。 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 空滑时：整个空滑施工分两个阶段进行， 空高度位置处的停留时间。第一阶段空滑是将模板脱空，

23、然后支设底板底模； 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。 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 空滑施工方法：模板空滑采用支承杆加固一段（ 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。 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 ），模板便空滑一段的方法 以内，且每次均用限位卡整平。每

24、次空滑完成后， 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、 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。 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 此外，空滑时需减缓千斤顶的回油速度，延长回油时间， 击力过大。 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

25、。 （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

26、，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 131 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

27、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 序号 主要技术经济指标 指标完成情况 表 3-13-3 1 工 2 质 3 安 4 成 期 缩短工期 4 个月。 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 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 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。 滑模施工 QC 成