特大直径预应力钢筋混凝土筒仓施工工法

特大直径预应力钢筋混凝土筒仓施工工法1.前言随着国家大型煤矿的增多，建设的煤仓直径也逐步增大，平朔东露天选煤厂筒仓工程最大直径为45m，单仓储煤量为5万t，是目前国内在建同类煤仓中直径最大、储煤量最大的筒仓。针对国内首次施工的直径45t特大直径预应力筒仓，建筑安装工程集团有限公司成立课题小组，开展特大直径预应力筒仓综合施工技术研究，总结出《特大直径预应力钢筋混凝土筒仓施工工法》，其关键技术：深基坑支护及边坡监测施工技术、超大截面漏斗施工技术、特大直径筒仓预应力后张拉施工技术、特大直径筒仓滑模施工技术、特大跨度钢仓顶施工技术。该工法在平朔矿区东露天选煤厂、胜利一号露天煤矿储装工程、苏尼特左旗芒来矿业公司原煤仓工程成功应用，提高了施工速度，确保了施工质量和安全，取得了良好的经济效益和社会效益。2.工法特点2.1在施工现场条件允许的情况下，深基坑支护采用锚喷和自然放坡覆盖土工布相结合的施工方法，既节约了施工成本，又保证了基坑边坡的安全性。2.2采用三维仿真技术对高大漏斗模板、钢筋、大型钢仓顶结构进行仿真放样、制作、安装，解决了各工序穿插施工的难题，达到了经济、快速、高效的效果。2.3通过对柔性滑模平台增设抗扭桁架、格构式抗扭爬杆等装置，克服了柔性平台易扭转变形的缺点，提高了仓壁滑模施工的混凝土外观质量。2.4无粘结预应力钢绞线端部封锚穴模模板技术应用，解决了滑模施工预应力钢绞线封锚端留置难题。采用大吨位千斤顶对预应力钢绞线组成的集束整体张拉，保证了质量，提高了施工速度。2.5通过该施工工法综合应用，解决了国内最大直径筒仓施工技术难题，为同类工程施工提供技术借鉴。3.适用范围本工法适用于直径30m及以上钢筋混凝土筒仓工程施工。4.工艺原理深基坑支护采用锚喷和自然放坡覆盖土工布相结合的施工方案，深基坑四周建立边坡体监测控制网，以5mm/d为临界变形速率，以位移50mm为临界变形量进行预警。超大截面漏斗施工通过三维建模仿真模式，分析漏斗模板、钢筋、混凝土施工过程的相互关系，解决漏斗施工过程墙、柱、梁、折板结构模板、钢筋、混凝土施工的相互穿插及施工顺序。对传统的柔性筒仓滑模平台进行改进，增大开字架刚度，增设抗扭桁架和格构式抗扭爬杆柱，控制滑模平台的偏移和扭转。仓壁滑模施工时在无粘结预应力封锚端部制作特殊形状模板，在浇筑墙壁混凝土时进行封锚端预留，仓壁预应力筋张拉采用大吨位千斤顶对预应力钢绞线组成的集团束进行整体张拉。5.施工工艺流程及操作要点5.1特大直径预应力钢筋混凝土筒仓施工工艺流程特大直径预应力钢筋混凝土筒仓施工工艺流程见图5.1-1图5.1-1特大直径预应力钢筋混凝土筒仓施工工艺流程5.2操作要点5.2.1深基坑支护及边坡监测技术1、深基坑支护工艺流程深基坑支护工艺流程见图5.2.1-1图5.2.1-1深基坑支护工艺流程2、操作要点1）土方开挖按照施工方案确定的自然放坡坡度分层按顺序开挖，每开挖一层采用小型机具或铲锹进行切削清坡，以达到设计坡度。2）锚杆成孔采用根据土质及现场实际情况采用机械成孔或人工洛阳铲成孔，孔距、孔径、孔深、倾斜角度必须符合设计标准要求。3）锚杆杆体材料宜采用直径16mm-32mm的=2\*ROMANII、=3\*ROMANIII级钢筋，成孔后及时将钢筋放入孔内并注浆，一般可采用低压注浆、高压注浆，注浆料可根据实际情况掺加早强剂、膨胀剂。4）面层钢筋网片采用人工绑扎与电焊相结合的方法，喷射混凝土面层应自上而下进行，喷射时加入速凝剂以提高混凝土凝结速度，喷射面层厚度可在边壁上插入短钢筋段作为标志。5）土工布覆盖：基坑边坡开挖后分梯段采用防渗水土工布覆盖保护，开挖修坡后将土工布由上而下顺次满铺，并预留伸缩余量，基坑上部土工布固定采用砌筑200mm高基坑挡水砖墙压牢，防止地表水渗入土工布。土工布膜要求铺设平整，搭接长度不小于200mm,搭接部分采用树脂胶粘结，土工布按顺风向顺序铺设，分梯段固定牢固。6）基坑边坡监测：建立深基坑四周边坡体系监测网，定期使用全站仪进行观测，将各观测点的位移、高程变化情况进行汇总，以5mm/d为临界变形速率，以位移50mm为临界变形量进行预警。并绘制基坑位移趋势曲线图和沉降观测点位移随时间变化曲线图，分析边坡可能的变化趋势，通过对超出预警线的边坡观测点及时分析做出提前的预测和加固处理。5.2.2超大截面漏斗施工技术1、超大截面漏斗施工工艺流程超大截面漏斗施工工艺流程见图5.2.2-1图5.2.2-1超大截面漏斗施工工艺流程2、操作要点1）漏斗模板施工操作要点漏斗模板施工以碗扣式钢管脚手架为漏斗支撑体系，采用竹木复合板、方木、钢管肋加固体系，其施工工艺为：放梁轴线、钢管支撑位置线、搭设满堂支撑架、铺梁底模、支梁侧模、漏斗斜板模、漏斗内模、模板验收。=1\*GB3①在混凝土承台精确测放梁、漏斗口、折板模板控制线，模板支设时由下部吊线施工。=2\*GB3②在混凝土基础上按照支撑设计放出钢管位置线，严格按照设计立杆间距、立杆步距搭设碗扣架，立杆采用对接，上下两端可采用可调顶托支撑。=3\*GB3③根据3D立体模型显示确定漏斗模板支设的整体顺序，精确放样、预先下料（尤其是柱梁、斜板接头部位）、编号组装。=4\*GB3④梁底采用双根木方做楞，梁侧木方内楞间距小于400mm，钢管外楞竖向间距小于600mm，梁侧模采用对拉螺栓加固，在满堂脚手架横杆端头设置调节顶托与仓墙壁顶紧加固,增强满堂脚手架的整体稳定，每个漏斗底部设置纵横向剪刀撑。2）漏斗钢筋施工操作要点=1\*GB3①利用3D模型仿真技术，钢筋加工尺寸根据计算机模型控制尺寸按位置编号进行下料加工，其锚固弯折样式根据仿真模型显示加工，避免绑扎过程位置交叉影响。=2\*GB3②钢筋绑扎步骤为先绑扎框梁及漏斗口钢筋，预留漏斗斜板（折板）钢筋位置；支设梁侧模、斜板底模、折板底模、绑扎斜板、折板底部钢筋，漏斗相对面同时绑扎，底部钢筋由上至下穿入漏斗口钢筋内，直至绑扎完成后再绑扎上部折板钢筋，斜板钢筋与漏斗模板交叉施工，最后绑扎面层板筋。3）漏斗混凝土施工操作要点=1\*GB3①漏斗混凝土采用低水化热水泥原材料，并掺加适量粉煤灰及微膨胀剂搅拌，延长徐变时间，防止收缩裂缝。=2\*GB3②混凝土浇筑按照先漏斗、后梁板，由四周向中间的整体顺序，将整个漏斗层按部位及高程划分若干施工块，计算每块浇筑时间，根据每个施工块混凝土浇筑的用方量，结合混凝土缓凝速度，分部位、分层次连续浇筑。5.2.3特大直径筒仓滑模技术1、特大直径筒仓滑模工艺流程特大直径筒仓滑模工艺流程图见图5.2.3-1图5.2.3-1滑模工艺流程2、操作要点1）滑模装置设计=1\*GB3①操作平台系统设计滑模操作平台采用柔性操作平台，开字架内外设置三脚架用于施工操作，液压控制设备及电焊机等均匀对称布置在操作平台的两侧，内侧增加连接整体抗扭桁架，壁柱中间增加抗扭爬杆，防止受力不均产生偏扭变形。布置见5.2.3-2图、5.2.3-3图、5.2.3-4图。1—抗扭桁架；2—内三角架；3—液压操作平台；4—格构式抗扭爬杆图5.2.3-2滑模平台布置图1-爬杆柱；2-开字架；3-千斤顶；4-外操作平台；5-防护栏杆；6-三脚架；7-外吊架；8-模板；9-内三角架；10-内抗扭桁架；11-内吊架图5.2.3-3滑模平台剖面示意1—抗扭爬杆；2—连接杆图5.2.3-4格构式抗扭爬杆示意图=2\*GB3②模板系统设计模板系统包括提升架、模板、围圈、三角架、吊架，开字架布置，模板采用组合式大钢模板，在模板的背后设置上中下各一道闭合式直线槽钢[10mm围圈。提升架采用“开”字架，采用[12.6mm的槽钢相对通过连接板焊接而成，增大开支架的刚度，开档间距根据壁厚，上下横梁采用槽钢通过螺栓与立柱连接，上横梁为2根[8mm，下横梁为2根[12mm。开字架之间在模板高度范围段通过用钢筋焊接的八字拉杆连接。围圈采用[10mm槽钢根据设计弧度压制，围圈连接全部焊接，在转角处成刚性节点模板主要采用1200mm长组合大钢模板，局部配用200mm和100mm宽钢模板，阴阳角模的单面倾斜度符合设计要求，模板单面锥度小于3‰=3\*GB3③液压提升系统设计千斤顶采用GYD—60滚珠式千斤顶，壁柱位置每个开字架布设两个千斤顶，两个壁柱之间正中心位置的开字架设置3个千斤顶，该位置左右间隔1个开字架为双开字架。支承杆采用埋入式支承杆，采用ø48×3.5mm钢管，支承杆接长采用钢管内加焊2根长度200mmΦ8mm短钢筋进行加固，然后用电焊将45度的坡口处焊满，后用手持砂轮机打磨掉多余的焊肉，并磨圆滑。2）滑模施工过程=1\*GB3①初滑前先在模板内进行混凝土的初装，初装分三次进行，第一圈高度控制在距模板上表面900mm，第二圈和第三圈浇筑高度分别为300mm，浇筑完成开始初滑，滑升高度为50mm，出模后应仔细检查混凝土出模情况，观察混凝土的凝固情况，用手指压仓壁能压出指印、不坍塌，用木抹子能压平为正常。=2\*GB3②模板爬升速度应根据前期试制的混凝土试块凝结情况具体掌握。混凝土出模强度应控制在0.25～0.4Mpa，即用手指压仓壁能压出指印、不坍塌，模板滑升时能听到沙沙声，说明出模混凝土情况基本正常。每次模板滑升结束后，技术人员应及时用指压核实检查出模混凝土情况，每次浇筑高度300mm，并必须保持一致，并认真做好记录。3）滑模施工控偏扭措施根据油路布设情况设置8组观测点，使每组观测点与油路对应，在调整过程中每滑升一次采用经纬仪观测一次，及时了解仓壁的倾斜和扭转情况，及时进行预控和调整。滑模偏扭控制根据程度将其分为微调、中调和强调三个标准，改纠偏扭为控偏扭。当垂直偏差在10～20mm，扭转在20～30mm时采用微调；当垂直偏差在20～30mm，扭转在30～45mm时采用中调；当垂直偏差超过30mm，扭转在超过45mm时采用强调。微调主要对局部进行调整，采用局部堆载和局部千斤顶爬升不同步来调整偏扭。中调采取措施使千斤顶向偏扭相反方向偏斜而致爬杆倾斜调整偏扭，调整千斤顶数量一般为总数的1/4～1/2；或可采取强制千斤顶移位而调整垂直偏差。强调采取在仓壁上下预埋件，用导链向偏扭反方向强拉，使偏扭得到调整。在滑模过程中尽量采用微调和中调，始终把偏扭控制在允许范围，避免采用强调导致在外观上出现突然变化不顺直。5.2.4预应力后张拉施工技术1.筒仓后张拉预应力施工工艺流程筒仓后张拉预应力施工工艺流程见图5.2.4-1图5.2.4-1筒仓后张拉预应力工艺流程2、仓壁后张拉预应力施工操作要点1）预应力筋安装固定仓壁无粘结筋铺设在仓壁钢筋绑扎完后施工。按设计要求的预应力筋标高，点焊Φ10mm钢筋托架，间距不大于1m，对预应力筋进行精确定位控制，防止张拉过程对墙壁钢筋的影响。托架可代替拉钩,预应力筋安装剖面见图5.2.4-2。1—仓壁内侧钢筋；2—水平拉钩；3—仓壁外侧钢筋；4—环向预应力筋图5.2.4-2预应力筋剖面滑模施工扶壁柱部位处理：扶壁柱处采用特制开字架，在壁柱端头采取围圈延长与原仓壁围圈连接形成端部突出状。模板采用定型钢角模（角模按设计图纸和锥度要求加工）结合钢模板沿围圈拼装。钢绞线露出部分采取填模处理，确保钢绞线露出长度、位置正确。2）预应力筋张拉端部封锚处理预应力筋封锚端部制作特殊形状模板，在浇筑墙壁混凝土时进行孔洞预留，预应力张拉后可快速进行混凝土封闭施工，扶壁柱封锚穴模安装平面示意图见5.2.4-3。1—扶壁柱；2—螺旋筋；3—锚垫板；4—锚具；5—预应力钢筋束；6—仓壁图5.2.4-3扶壁柱封锚穴模安装平面示意图3）预应力张拉仓壁预应力张拉施工应用了大吨位千斤顶对钢绞线组成的集团束整体张拉施工工艺，张拉时采用压力表控制应力，并用伸长值进行校核，施工时超张拉应力3%，张拉伸长值控制在+6%～-6%之间，预应力筋张拉采用应力和伸长值双控制。5.2.5特大跨度钢仓顶施工技术1、利用3D建模技术，将桁架各部位构件进行分解，编号下料、制作、加工，确保各杆件的尺寸、精度准确。2、针对大跨度直径筒仓钢桁架吊装，经计算及考虑桁架跨度大、截面高，采用大吨位履带吊进行桁架吊装，吊装前在桁架两侧各悬挂两个手拉葫芦以便桁架就位后精确调整位置。为防止桁架在吊装过程中起风导致桁架转动碰杆，对吊车造成危险。吊装时在桁架的两端下弦杆处设置缆风绳，起吊过程中由工人牵引缆风绳来控制桁架转动。并在相应位置设置两台卷扬机，作为应急情况下控制桁架转向措施。3213211—仓顶钢桁架；2—履带式起重机；3—牵引缆风绳工人图5.2.5-1吊装示意图桁架起升至标高位置后平移至安装轴线处，缓慢下降，由工人利用缆风绳辅助使桁架落到筒仓顶部埋件处。下弦柱底中心与埋件中心对准，将桁架柱底与柱底埋件焊接牢固后，吊机轻微松勾，使桁架不承受起吊力，保持吊机不脱勾，用经纬仪测量桁架的垂直度和标高，如有问题可用桁架两端提前挂好的20T倒链调整桁架垂直度，垂直度调好后，将已提前计算好长度与桁架铰接的圆管撑与筒仓上端面预埋件焊接固定，圆管撑杆与桁架铰接连接，且两侧固定。5.2.6劳动力安排劳动力组织情况见表5.2.6-1。表5.2.6-1劳动组织表序号单项工程所需人数备注1管理人员20现场施工管理2普工40土方开挖支护施工3木工50模板施工、滑模预埋、爬杆安装4钢筋工40钢筋绑扎5混凝土工20混凝土施工6滑模组装人员15滑模机具组装7混凝土搅拌及运输人员15混凝土原材料及搅拌8抹灰工10混凝土出模修整9架子工8搭设上人爬梯10其他配合人员20配合滑模施工6.材料与设备6.1材料水泥：采用强度等级不低于32.5级的普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥。粗骨料：选用强度高、连续级配好、含泥量不大于2%的碎石。细骨料：选用细度模数在2.3-2.8之间，颜色一致，含泥量小于3%的黄砂。型钢：质量应符合《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205-2001中原材料要求。预应力筋及锚具：采用1860级Φj15.2低松弛成品无粘结钢绞线。张拉端采用VM15-5夹片式锚具。滑模平台：滑模平台模板系统包括提升架、模板、围圈、三角架、吊架，开字架布置，模板采用组合式大钢模板。6.2设备表6.2-1主要施工设备表序号机具名称型号单位数量使用部位1塔吊HZ60台1垂直运输2洛阳铲把20锚杆支护人工成孔3搅拌机JS750台1混凝土搅拌4空压机9m3/min台1喷射混凝土用5注浆机1.8m3/h台1锚杆注浆6混凝土泵车台1混凝土运输7弯曲机GW40台2钢筋加工8调直机K03-15台1钢筋加工9切断机GQ50B台2钢筋加工10电焊机BX3-630台4钢筋焊接及预埋件加固11千斤顶110t台10预应力筋张拉12滑模提升液压系统套2滑模平台13氧气焊设备套1滑模平台14履带吊750t台1钢结构吊装15反铲挖掘机PC300台4土方开挖7.质量控制7.1主要质量控制标准《建筑基坑支护技术规程》（JGJ120-99）《混凝土结构施工质量验收规范》（GB50204-2002）《钢筋混凝土筒仓施工与质量验收规范》（GB50669-2011）《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205-2001）《滑动模板工程技术规范》（GB50113-2005）7.2滑模工程质量允许偏差滑模工程质量允许偏差见表7.2-1表7.2-1滑模工程质量允许偏差项目允许偏差（mm）轴线间的相对位移5圆形筒体结构半径≤5m5>5m半径的0.1%，不得大于10标高每层高层±5多层±10全高±30垂直度每层层高小于或等于5m5层高大于5m层高的0.1%全高高度小于10m10高度大于或等于10m高度的0.1%，不得大于30墙、柱、梁、壁截面尺寸偏差+8，-5表面平整（2m靠尺检查）抹灰8不抹灰5门窗洞口及预留洞口位置偏差15预埋件位置偏差207.3质量控制措施7.3.1建立项目质量保证体系，在项目经理的领导下，由项目技术负责人具体负责质量管理工作，制定出总体质量控制节点和各节点的质量控制程序及措施，严格按程序办事。7.3.2在影响过程质量的关键点、关键部位设置质量管理点，成立QC小组，按照PDCA循环过程开展质量管理活动。7.3.3按照要求定期对基坑边坡进行观测，超出预警值时及时进行处理。7.3.4漏斗模板支撑体系必须严格按照方案设计要求实施，必须经项目部管理人员组织验收合格后，方可进行下道工序。7.3.5安排专业技术人员对滑模混凝土出模强度进行检查，测量人员定期观察滑模平台的扭转，倾斜等各项指标是否符合要求。7.3.6预应力张拉时严格控制张拉应力，并采用张拉伸长率进行校核，施工时做好张拉记录。8.安全措施8.1施工项目执行“安全第一，预防为主，综合治理”的方针，安全目标应实现无重伤以上安全事故，无重大机械事故，轻伤负伤率控制在3‰以内。8.2做好“四口”及“五临边”安全防护工作。确保立体交叉作业安全。8.3执行国家和行业现行的《建筑机械使用安全技术规程》（JGJ33-2001）、《建筑施工安全检查标准》（JGJ59-2011）、《建筑施工高处作业安全技术规范》（JGJ80-91）等国家和行业现行安全标准及规范。8.4临时用电按《施工现场临时用电安全技术规范》（JGJ46-2005）要求布置，接线方式采用“三相五线制”，潮湿环境照明采用安全电压供电。滑模机具平台及上人爬梯应有避雷措施。8.5施工现场成立消防领导小组，严格消防管理制度，统筹施工现场生活区消防安全工作，重点做好滑模平台消防措施，定期开展消防检查。8.6机械挖土应分层进行，合理放坡，防止塌方、溜坡等造成机械倾翻、淹埋等事故。8.7滑模操作平台铺设厚度不小于50mm的木方并绑扎牢固，然后沿径向用25mm厚木板补齐并用钉固定，其上满铺1.5mm厚的铁皮。吊脚手架的铺板必须严密平整、防滑、固定可靠，不可随意挪动。底部与两侧要挂设安全网。操作平台上的孔洞，设盖板封严。8.8预应力张拉时油泵与千斤顶的操作者必须紧密配合，平稳给油回油，以免回油压力瞬间迅速加大。张拉过程中，锚具和其他机具严防高空坠落伤人。油管接头处和张拉油缸端部严禁手触站人，应站在油缸两侧。8.9起重吊装严格执行操作规程，起重吊装前，必须对起重机支设、起重绳索、卡环进行检查验收，起重过程所有人员严禁在起重臂下部停留或行走。9.环保措施9.1成立项目环境管理领导小组并建立健全环境管理体系。9.2施工现场必须做到道路畅通无阻碍，排水通畅无积水，现场整洁干净，临建搭设整齐，施工垃圾及时清运，并适量洒水，减少污染。9.3土方运输采用必须采用密闭式运输车辆，不超载，避免运输中