滑模技术在高耸构筑物施工中应用

滑模技术在高耸构筑物施工中的设计与应用摘要：本文叙述了****集团50万吨合成氨项目150米烟囱采用滑模施工的设计及应用技术，重点从滑模施工技术的设计和施工工艺进行了阐述，并对在烟囱滑模施工中重点应克服的难题作出了施工的总结。关键词：滑模施工、系统设计、施工工艺、环节处理、平台改装、筒壁收坡一、工程简况本工程为****10万吨/年甲胺/DMF工程热电装置150／2.8米烟囱及烟道，为单筒钢筋混凝土结构，下口内半径6.19米，上口内半径1.62米．烟囱分别顺固定端扩建端方向垂直分格各设有两个烟道口．设计采用基本风压0.35KN／㎡，抗震设防烈度为７度，设计地震加速度值0.15G，场地土类别为Ⅱ类，烟囱的安全等级为二级，烟气正常温度150℃，最高温度180℃,烟气属中等腐蚀性．上部筒身从标高0.4m～11.7m．筒壁壁厚分别为0.45m、0.4m、0.35m、0.3m、0.28m、0.26m、0.24m、0.22m，共八种截面尺寸。二、筒身滑模施工方案本工程为单筒烟囱，采用单滑工艺施工，滑升速度快，易保证质量，其工艺流程如下：工艺流程：单层模板封好进行平台组装→始滑钢筋、埋件→浇砼、始滑→正常滑升→[钢筋绑扎及固定埋件→紧导索→浇灌砼→松导索→滑升→涂刷防腐隔离层→砌筑红砖浇注隔热层→模板调径收分→抽拔模板]→每次循环作业至顶。1、平台设计：①该烟囱高度150m，采用悬索金属结构平台。设14组双12号槽钢辐射梁，外钢圈一道，中钢圈二道，均采用12号槽钢制作，与辐射梁连成整体。鼓圈采用格构式的鼓形结构，圆形上下钢圈均采用14号槽钢，腹杆采用L75×8的等肢角钢。在辐射梁下部加设二道带有花篮螺栓的Ф28拉杆（各14根），一端固定在辐射梁上，另一端固定在鼓圈下钢圈上，第一道为固定拉杆，第二道为移动拉杆，使整个平台形成倒锥形悬索结构。②模板采用1.5m宽的柔性钢模作为固定钢模、抽拔钢模，收分模板需另行制作。③提升架采用开字形结构，立杆、上下横梁均为双肢槽钢，立柱的内外肢设有支承模板上下钢牛腿及模板收分装置。提升架内外立柱两侧设有角钢支托，支承双槽钢辐射梁，辐射梁上设有使提升架沿辐射梁滑动的调径装置。提升架内外立柱设有挑架作为外挑平台和内外吊架的支承。④在滑模平台上设一台扒杆以解决砼、钢筋的垂直运输，红砖、砂浆、KS防水型耐酸耐热浇注料的垂直运输采用随升吊笼。⑤荷载计算根据底部始滑标高计算，平台组装半径为6.19米，因烟囱在60米处发生变化，对平台在此标高处需进行一次改装，并对模板围檁进行改装，保证筒壁圆弧变化。根据设计滑模装置的荷载参考值，模板、围圈及提升架等自重、摩阻力按模板面积计算，操作平台及吊架自重、施工荷载按平台面积计算。2、荷载组合数值及千斤顶的计算如下：①、始滑标高首次平台组装。平台面积=120.3m2,模板面积58.3m2静荷载:0.9×120.3=108.27KN活荷载:0.8×58.3=46.64KN摩阻力:2×2.1×58.3=244.83KN施工荷载:1×120.3=120.3KN合计520KN千斤顶选用GYD-60型滚球式油压千斤顶。支承杆用直径48×3.5钢管，每台千斤顶起重力按30KN计算。千斤顶台数n=520/30=17台，考虑到结构和荷载分布的对称性和滑升的安全，实际布置28台，28组辐射梁，每组辐射梁布置一榀提升架、1台千斤顶。②、60m标高平台改装，平台面积85m2,模板面积31.46m2静荷载:0.9×85=76.5KN活荷载:2×31.46×0.8=50.34KN摩阻力:2×2.1×31.46=132.13KN施工荷载:1×85=85KN合计344KN千斤顶的台数n=344/30=12台，实际布置22台。③、支承杆承载力的计算始滑标高支承杆实际承受的荷载520/28=18.6KN。标高60m支承杆实际承受的荷载344/22=15.6KN。48×3.5钢管支承杆容许承载力:P]=（a40EJ）/[K（L0+95）2]式中：a——工作条件系数0.7E——支承杆弹性模量2×104KN/cm2J——支承杆截面惯性距12.19m4K——安全系数，取2L0——支承杆cm[P]=（0.7×40×2×104×12.19）/[2（125+95）2]=70.52KN支承杆容许承载力70.52KN＞18.6KN＞15.6KN，安全。3、液压系统设计：滑模装置总荷重520KN≈52t。千斤顶总台数28台。千斤顶油缸总容积V=28×0.2236升=6.26升。千斤顶活塞总面积F=28×63.62cm2=1781.36cm2。千斤顶排油弹簧总压力P=28×0.3t=8.4t。齿轮泵工作压力P：P=[（52+8.4）×1000/1781.36+0.1]/0.6=56.5kg/cm2＜80kg/cm2齿轮泵流量Q=4.92×1.2/1=5.9升/分选用YKJ36型定型液压控制台.其技术参数如下:工作压力=80kg/cm2＞56.5kg/cm2最高压力=100kg/cm2流量体裁衣6升/分＞≥5.9升/分油箱容积=52升电机功率=7.5KW油路设计:采用二级分组并联油路。油管选用高压耐油橡胶管，一级油路内径Φ19，二级油路内径Φ10。分油器选用定型无缝钢管分油器，一级分油器，一进三出，二级分油器一进六出，千斤顶共3组，每组6台，另二组五台，每组均有截流阀控制，每个千斤顶均有针形阀控制。三、筒身滑模施工1、滑模操作平台的组装：①、滑模平台构件加工完成后，对各部件单元进行试组装，如提升架、井字架、鼓圈等部件可作为一个试组装单元。组装始滑标高为±0.000m，搭设组装脚手架进行就地组装，严格控制组装时平台的水平和相互垂直轴线及中心的位置。②、组装顺序：鼓圈→辐射梁→操作平台中、外钢圈→拉杆→提升架→围柃及模板→提升架剪刀撑→随升井架→油路系统→电气系统→垂直运输系统→安全设施→安装支承杆→拆脚手架。③、组装的注意重点：操作平台的X、Y轴和中心必须与烟囱垂直轴线和中心重合。操作平台组装起拱2/1000。辐射梁组装后，以鼓圈中心为圆心在辐射梁上标出供量度半径的刻度。操作平台组装偏差，必须达到下表要求：内容允许偏差（mm）模板结构轴线与相相应结构轴线线位置3围柃位置偏差水平方向3垂直方向3提升架的垂直偏差差平面内3平面外2安放千斤顶的提升升架横梁相对对标高差5考虑倾斜度后模板板尺寸的偏差差上口-1下口+2千斤顶安装位置的的偏差提升架平面内5提升架平面外5圆模直径5相邻两块模板平面面平整偏差22、始滑：在平台的组装过程中，只要内模安装完后，即可扎始滑段的钢筋，对基础顶面进行施工缝处理，最后关外模，经检查平台组装符合要求后，可浇筑砼。始滑第一层砼高度为30cm，接着浇灌第二层砼，高度亦为30cm，依此循环，直到将砼浇至模板上口，滑升2个行程，即完成始滑，以后按正常滑升进行操作。45m以下浇筑砼采用砼输送泵作垂直运输，45m以上采用随升井架和吊笼。3、绑扎钢筋：钢筋及其他杂物垂直运输采用操作平台上之钢管悬臂拔杆。筒壁竖筋用绑扎接头，接头交错分布，每一层平面接头数不多于总钢筋的1/4，搭接长度40d；钢筋绑扎紧跟滑升速度，始终保持在辐射梁下口位置；钢筋的半径是连续变化的，采取每5m分段取中进行加工，即每5m高直径的中间值为加工弯制圆弧控制值，采用绑扎接头，上下水平钢筋接头应错开，错开距离不小于1/8圆周长，且相邻3排钢筋接头不能设在同一垂线上，搭接长度40d。4、砼的搅拌与运输：烟囱筒身混凝土材料质量要求：水泥：采用普通硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥。石子：选用未经风化的玄武岩、闪长岩、花岗岩的碎石或卵石。粒径不应超过筒壁厚度的1/5和钢筋间距的3/4，同时最大粒径不应超过60mm，不得采用石灰石作骨料。砂子：选用天然中砂、粗粒的石英砂或长石砂。不得采用含有金属矿物、云母、硫酸化合物和硫化物类的砂石。混凝土采用现场集中拌制，45m以下砼量较大采用泵送砼，45m以上采用随升井架运送砼。砼搅拌采用JDY350型单卧轴强制式搅拌机。垂直运输采用随升井架之吊笼，砼运至操作平台后，用活动溜槽入模，为确保砼的质量，应选用级配良好的粗细骨料，出模砼浇水养护。5、振捣：砼每次浇注捣实高度30cm，每层浇捣的间隔时间不超过2小时。砼用HZ-50高频振捣器振捣，插入深度不超过下层砼顶面以下5cm，不碰触钢筋和模板。浇灌和振捣顺序采取对半对称浇灌，顺逆时针方向交错进行；浇上层砼时，下层必须处于塑性状态，即下层砼不超过初凝时间。6、滑升：每次操作平台滑升高度30cm，白天间隔时间控制2小时以内，夜间控制在3小时以内，低温要适当延长时间，总之出模强度要控制在0.2—0.4Mpa，入模砼坍落度控制在3—5cm，严禁随便加水。除正常滑升外，还必须保证每小时松模一次。7、内外表面修饰：出模的砼要用与砼配合比相同之水泥砂浆进行表面修饰，配合比要准确，每次相同，以保证修饰表面色泽一致。筒身内壁涂内壁防腐涂料二道。8、砼养护：砼出模后，待砼终凝即可内外均匀涂刷RT-176水泥养生液养护砼。9、调径、模板收分与模板抽拔：调径采用固定在辐射梁上的丝杆螺母，顶进提升架，按设计标高算出每30cm的筒壁外尺寸作为调径的依据。其方法是用丝杆将提升架向内推进，调径的起点和方向结合平台的垂直及扭转偏差综合确定。每提升30cm，调径就要进行一次，同时在外模下口用带花篮螺栓的钢丝绳将外模下口箍紧箍圆。外径按收分表的数据进行收分。外模收分模板用2.5mm厚冷扎钢板制作，模板边磨成30°倒角，使其与滑动的钢模板紧密贴合。模板抽拔采用0.5t手拉葫芦挂在横梁上，拉动练条即可把活动模板抽拔出来。本工程固定模板和收分模板均采用可调柔性模板，固定模板宽50cm，抽拔模板宽10cm，面板厚3mm，减少模板拚缝且圆弧自然光滑，提高砼出模质量。四、内衬及隔热层的施工：当烟囱筒壁滑模施工完后，即可在筒内搭设内架砌筑内衬及隔热层，施工顺序为：筒身内壁涂内壁防腐涂料二道1.5m高→耐酸陶砖砌筑1m高→憎水型膨胀珍珠岩板隔热层→再刷防腐涂料1.5m高→砌耐酸陶砖1m高→憎水型膨胀珍珠岩板隔热层→依次循环直至烟囱顶部。内架上铺5cm厚的脚手板，工人在内架上进行防腐涂料、隔热层施工和砌筑砖内衬，耐酸陶砖、耐酸胶泥、憎水型膨胀珍珠岩板等的垂直运输用随升井架之吊笼运输。内衬采用耐酸陶砖，用耐酸胶泥砌筑，隔热层采用憎水型膨胀珍珠岩板，内衬砌体的垂直、水平灰缝胶泥要饱满，粘结牢固，靠烟囱中心的内侧应用耐酸胶泥勾缝，外侧砖缝应刮平，胶泥不得掉进隔热层内。按设计要求内衬应向隔热层挑出一防沉带，隔热层应在内衬每砌完4-5皮砖后均匀填充一次，保证均匀饱满。五、平台中心线偏移及扭转的测量方法：1、经纬仪观测控制桩的设置如图。在起始组装完并固定不动的平台外钢圈上，按埋桩方向用短钢尺或黑白油漆绘制出经纬仪观测零点左右的厘米刻度，此零点要求刻划醒目，注意不要污染。2、在操作平台上，沿控制中心直径对称安装二个定滑轮，用直径φ3mm钢丝绳悬挂二个50kg吊锤，在辐射梁上设置卷筒，锤尖对准基础环板上预埋的钢板刻度盘中心，当平台上升吊锤悬空时，用卷筒调整高度，即可观测数据，两刻度盘中心距为2m，即距烟囱中心轴各1m。每提升1次，观测记录一次，根据偏移及扭转值进行纠正平台偏或扭。①、第一种情况：当两吊锤落点在同一方向偏移时，便可判断此时平台处于中心偏移状态，其偏移量为L，如图a。②、第二种情况：当两吊锤落点在刻度盘上的圆弧轨迹时，可判断此时平台处于扭转状态，其扭转角α=tag(y/x),如图b。③、第三种情况：当两吊锤落点不在刻划盘圆弧轨迹上时，其偏移中心线不在烟囱十字轴中，可判断平台不但发生中心偏移，而且发生扭转，其偏移量L=R-（x2+y2），或实测圆弧至吊锤落点A距离长度；其扭转角α=tag(x/y)，如图c。六、标高测量：1、在与爬梯成45°的两条垂直轴线的外壁分别按设计图埋设及焊好沉降观测点,在筒身施工过程中，每施工40m，作沉降观测一次。筒身施工完后继续观测至沉降基本稳定为止。每次观测结果，均记入沉降观测记录中，并作为竣工交工资料。2、筒身滑升时的标高测量，是用水准仪将标高测在支承杆上，并用红油漆标出三角和标高值，以后用钢尺在支承杆上翻标高。每隔10m用水准仪找平一次，以消除支承杆上翻标高的误差。另外，在烟囱外壁（爬梯附近）测出依据标高，每个牛腿顶面标高以下测的标高为依据用钢尺引测，红漆划三角，作为水准仪找平的依据标高。七、垂直纠偏：利用平台倾斜法进行垂直度纠偏。当烟囱中心线出现偏移超过2cm时，在中心偏移量方向，用液压千斤顶增加提升次数，使平台一侧有意提高来纠正中心。1、中心线偏差大小决定平台倾斜的高度，分次进行。2、纠偏过程平台要呈斜平面状态，而不要产生折平面状态。操作平台的倾斜控制在1/100以内。3、较大的中心偏差要逐步纠正，不能一次纠正，以免烟囱筒身产生明显突变。4、纠偏时应考虑日照温差引起的偏移因素。5、施工至120.000m处，按设计要求的位置埋设4个倾斜观测点，以便观测烟囱的倾斜情况。八、纠扭：1、双千斤顶法：通过调节两个千斤顶的不同提升高度来纠正操作平台和模板的扭转。当操作平台发生顺时针方向扭转时，先将顺时针方向一测的千斤顶升高一些，然后全部千斤顶滑升一次，如此重复将模板提升数次，即可纠正过来。2、垫楔片法：从测量观测记录上发现平台向某个方向扭转已形成定向趋势时，可在千斤顶支座下部垫楔形铁片。垫铁位置与扭转成反方向，迫使支承杆反方向止扭。垫铁厚度根据需要的反斜度而定，一般为1/40-1/20。九、特殊部位处理：1、爬梯与钢平台安装：绑扎钢筋时，将爬梯和连接钢平台三角架的暗榫按设计位置准确焊在预埋位置，保护好预埋件上螺孔，出模并具有足够的砼强度后安装爬梯和钢平台。爬梯和钢平台安装是在外吊架上进行。2、操作平台拆除：采用分散拆模方法。砼浇至烟囱顶，在顶上预埋搭设临时平台的支承铁件，以临时平台支承随升井架。先拆除模板、内外吊架、液压机、油管、外钢圈、外平台板等。利用临时平台上之随升井架吊笼作垂直下放运输，再搭设好拆除随升井架后所需的垂直运输临时设施，然后利用此设施拆除随升井架、辐射梁、内钢圈、提升架、千斤顶、内平台板等。最后拆除临时支承平台和垂直运输临时设施，利用信号平台用麻绳将槽钢、滑轮等物吊运至地面，人员由爬梯至地面。十、滑模施工安全措施1、对参加滑模施工的人员，必须进行技术培训和安全教育，使其了解本工程滑模施工特点，熟悉滑模施工安全技术规程，主要施工人员应相对固定。明确人员操作岗位和责任，开始时不强求速度，熟练后自然可加快速度。2、施工中应经常与气象台取得联系，遇到雷雨、六级或六级以上大风时，必须停止施工。滑模平台用缆风绳拴牢，防止吹歪、吹倒。停工前做好停滑措施，操作平台上人员撤离前，应对设备工具、零散材料、可移动的铺板等进行整理、固定并作好防护，全部人员撤离后立即切断通向操作平台的供电电源。3、滑模操作平台上的施工人员，应定期体检，经医生诊断凡患有高血压、心脏病、贫血，癫痫病及其他不适应高空工作疾病的，不得上操作平台工作。4、建筑物周围必须划出施工危险警戒线，警界线至建筑物的距离不应小于10m，当不能满足要求时，应采取有效安全防护措施。5、危险警戒线应设置围栏和明显的警戒标志，出入口应设专人警卫，并制定警卫制度。6、施工现场的供电、办公及主活设施等临时建筑和大宗材料的堆放，应布置在危险警戒区外。7、楼板和平台上的洞口及内外墙上的危险洞口处，应及时设置盖板、围栏或满挂安全网封闭。8、楼梯、爬梯等处应设扶手或安全栏杆。9、滑模操作平台的制作，必须按设计图纸加工；制作滑模平台的材料应有合格证；部分的焊接质量，必须经检验合格，符合设计要求。10、操作平台及脚手架上铺板必须严密、平整、防滑、固定可靠，并不得随意挪动。11、操作平台边缘应设钢制防护柱杆，其高度不小于120cm，横档间距不大于35cm，底部设高度大于18cm的挡板，在防护栏杆外侧应满挂安全网封闭，并应与防护栏杆绑扎牢固。内外吊脚手架操作面一侧的栏杆与操作面的距离不大于10cm。12、操作平台的内外吊脚手架应兜底满挂安全网。本工程设240kW发电机一台，以备停电应急之用。13、滑模施工的动力及照明用电应设有备用电源；现场和操作平台上应分别设置配电装置；总开关和集中控制开关必须有明显的标志。14、从地面向滑模操作平台供电的电缆，应以上端固定在操作平台上的拉索为依托，电缆主拉索的长度应大于操作平台最大滑升高度10mm，电缆在拉索上相互固定点的间距不应大于2m，其下端应理顺，并加防护措施。本工程高空平台设两条电缆，一条供滑模设备和布料杆用，一条供震捣器，电焊和照明。15、施工中有较长时间停工时，必须切断操作平台的电源。16、滑模施工的夜间照明，应保证工作面照明充分，照明灯头距地面的高度，不应低于2.5m。17、滑模操作平台上采用380V电压供电的设备，应装有触电保护器，经常移动的用电设备和机具的电源线，应使用橡胶软线，所有电源线应从平台铺板下穿过，防止踏踩磨破。18、操作平合上的总配电装置应安装在便于操作、调整和维修的地方。19、操作平台上的用电设备的接地线或接零线应与操作平台的接地干线有良好的电气通路。20、滑模施工中的通讯联络，采用无线电对讲机，台上地面各设一人掌握对讲机，并负责指挥塔吊和砼泵、砼布料杆的运行，联络不清，信号不明，司机不得擅自启动。21、滑模平台及塔吊均应设置防雷装置，整个滑模金属平台要与防雷装置引下线相连，也可利用结构钢筋作引下线，作引下线的结构钢筋必须焊接，结构钢筋底部应与接地体相连接。