淺談電動(dòng)升模工藝在鋼筋混凝土煙囪施工中的應(yīng)用

周生珠

（青海智鑫電力監(jiān)理咨詢有限公司，青海）

一、概述

混凝土煙囪施工技術(shù)有一個(gè)發(fā)展過程，七十年代前以有井架施工方法為主。該方法具有施工設(shè)備簡(jiǎn)單、施工安全、施工速度較快、工程質(zhì)量容易控制等優(yōu)點(diǎn)。不足之處是操作和勞動(dòng)強(qiáng)度大、高煙囪采用此方法施工時(shí)，對(duì)井架的井孔選擇、構(gòu)件強(qiáng)度及整體穩(wěn)定性均應(yīng)進(jìn)行施工設(shè)計(jì)和計(jì)算，因此，逐步被滑模施工工藝取代。

二、XDS---Ⅲ型電動(dòng)升模工藝的由來

80年代初，專業(yè)施工企業(yè)在雙曲線水塔電動(dòng)升模工藝的基礎(chǔ)上，開始研究鋼筋混凝土煙囪電動(dòng)升模工藝，并定名為DZMS---Ⅱ型（電力自升式模板系統(tǒng)Ⅱ型）工藝體系，其操作平臺(tái)隨升井架跟滑模施工法相似，提升系統(tǒng)采用新型帶電機(jī)的行星擺線針輪減速機(jī)構(gòu)、配合T50×6的絲杠進(jìn)行提升，電動(dòng)機(jī)為22KW、減速比1:43、電機(jī)同步轉(zhuǎn)速為1500r／min、出軸轉(zhuǎn)速為35r/min，經(jīng)實(shí)驗(yàn)提升能力為6.02T。提升時(shí)模板與筒壁面脫開，提升后模板就位后量徑校正，操作平臺(tái)及工作架的荷重由掛靴上的錨固螺栓傳遞給平臺(tái)下已有三天齡期的筒壁混凝土上。由于DZMS---Ⅱ型電動(dòng)升模工藝在施工中平臺(tái)中心漂移、扭轉(zhuǎn)，錨固預(yù)留洞不準(zhǔn)確等一系列問題難以克服。為此，對(duì)DZMS---Ⅱ型電動(dòng)升模系統(tǒng)錨固件進(jìn)行了改進(jìn)，改進(jìn)原預(yù)留孔洞錨固掛靴，將掛鉤掛設(shè)的方式改進(jìn)為專用軌道模板。提升時(shí)提升架沿已鋪好的軌道上移動(dòng)，有效地控制了提升架及隨升平臺(tái)的中心漂移和扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象。同時(shí)，確保了提升架提升到位的準(zhǔn)確。經(jīng)過多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，將系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，并定名為XDS---Ⅲ型電動(dòng)升模工藝。

三、XDS---Ⅲ型電動(dòng)升模工藝體系

XDS--Ⅲ型升模體系是在原有DZMS--Ⅱ型電動(dòng)升模工藝體系不斷改進(jìn)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的新型體系。它具有施工安全、外觀質(zhì)量好、施工速度快、過程中不易產(chǎn)生煙囪扭轉(zhuǎn)和中心漂移等特點(diǎn)?？梢詮V泛應(yīng)用于大小鋼筋混凝土煙囪施工。該體系由電動(dòng)提升系統(tǒng)、隨升平臺(tái)系統(tǒng)、垂直運(yùn)輸系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)和模板系統(tǒng)等組成。

1、電動(dòng)提升系統(tǒng)

XDS--Ⅲ型電動(dòng)升模系統(tǒng)由沿?zé)焽柰脖谕鈧?cè)均勻布置的若干個(gè)單元提升系統(tǒng)組成，每個(gè)單元提升系統(tǒng)由提升門架和軌道組成。

（1）提升門架是支承整個(gè)體系的主要結(jié)構(gòu)，由操作架和提升架組成，隨升平臺(tái)輻射梁擱置于操作架頂上。操作架是一個(gè)立體框架，豎向布置分為三層，各操作架間用腳手板連接構(gòu)成外圍操作平臺(tái)，以完成提升，鋼筋綁扎、筒壁外側(cè)模板拆裝，養(yǎng)護(hù)等作。提升架是一個(gè)通過滾輪套合于操作架內(nèi)側(cè)槽鋼上的平面框架，其上裝有行星擺線針式減速電動(dòng)機(jī)提升傳動(dòng)裝置。提升架與操作架在提升過程中互為軌道，交替上升，組成一個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)，能單獨(dú)提升，也可同時(shí)提升。

提升門架數(shù)量的確定，應(yīng)根據(jù)煙囪的大小，在最不利荷載組合下，早齡期的混凝土抗壓（局部）抗沖切計(jì)算。荷載取值包括系統(tǒng)平臺(tái)、施工荷載、風(fēng)荷載等。提升門架榀數(shù)選擇不當(dāng)導(dǎo)致系統(tǒng)故障概率增大或系統(tǒng)提升機(jī)構(gòu)磨損過快以致影響結(jié)構(gòu)安全。根據(jù)該系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算及施工實(shí)踐，以2.2KW行星擺針式減速機(jī)作為動(dòng)力的提升架,每榀門架提升荷載 (包括自重)宜控制在3.5T左右，同時(shí)應(yīng)考慮整個(gè)系統(tǒng)一次施工到頂；不進(jìn)行中途拆除，其門架榀數(shù)計(jì)算方法如下：

∑P----組裝標(biāo)高提升時(shí)最大靜荷載乘以不均勻系數(shù)

提升門架尺寸選型寬900、高7050、配1.5～2.2KW行星擺針式減速電動(dòng)機(jī)，T50×6絲杠進(jìn)行提升。

(2)軌道由鋼板和槽鋼制成，長(zhǎng)1.5米。鋼板上設(shè)有螺栓孔，用于安裝剪力環(huán)和軌道錨固螺栓。槽鋼上設(shè)有方型插孔，用于插置承擔(dān)操作架與提升架的連接銷，上、下軌道的插孔間距離等于一個(gè)提升高度1.5米。

每節(jié)軌道相當(dāng)于一塊特殊模板，在施工每節(jié)筒壁時(shí)與筒壁外側(cè)模板一同安裝成整體。在門架提升時(shí)，作為提升架滾輪的滑行軌道和門架承載體，通過剪力環(huán)和錨固栓將門架的荷載傳給具有一定強(qiáng)度的混凝土筒壁。

2、隨升平臺(tái)系統(tǒng)

隨升平臺(tái)系統(tǒng)主要由隨升平臺(tái)和內(nèi)吊操作架，隨升井架，砌磚平臺(tái)等組成。

①隨升平臺(tái)采用柔性拉索空間桁架式結(jié)構(gòu)形式，即由中心鼓圈、平臺(tái)輻射梁、平臺(tái)鋼圈、平臺(tái)斜拉索、平臺(tái)井架、大斜撐共同組成一個(gè)輻射狀空間桁架結(jié)構(gòu)平臺(tái)。中心鼓圈的大小應(yīng)根據(jù)煙囪出口半徑的不同而設(shè)計(jì)，其半徑計(jì)算方法如下：

R中心鼓圈=R煙囪頂內(nèi)半徑-0.8米

中心鼓圈半徑選擇過大施工不便，過小輻射梁截面加大，增大系統(tǒng)自重。

中心鼓圈高度確定以組裝標(biāo)高最外側(cè)拉索與輻射梁夾角大于23度為好。

中心鼓圈及腹桿計(jì)算其最不利工況下應(yīng)力值，其應(yīng)力值應(yīng)控制在1100Kg/CM2為宜。

平臺(tái)輻射梁是整個(gè)平臺(tái)系統(tǒng)主要受力部件，合理選用輻射梁結(jié)構(gòu)對(duì)減輕平臺(tái)系統(tǒng)自重，提高平臺(tái)的整體剛度具有著重要意義。

輻射梁結(jié)構(gòu)型式為槽鋼或箱型結(jié)構(gòu)。

平面桁架結(jié)構(gòu)以強(qiáng)度計(jì)算選槽鋼，并進(jìn)行撓度核算，其撓度核算是輻射梁的主要問題。

輻射梁撓度f≤1/250輻射梁跨度

平臺(tái)鋼圈選用槽鋼，數(shù)量應(yīng)根據(jù)煙囪直徑的大小，輻射梁的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度進(jìn)行確定，間距1.2—1.5米為宜。

平臺(tái)斜拉索應(yīng)根據(jù)平臺(tái)受力計(jì)算確定，一般鋼絲繩的直徑不小于Ф20

平臺(tái)井架采用標(biāo)準(zhǔn)井架立桿Ф60×4.5，每節(jié)長(zhǎng)為2.5米。井架平撐、斜撐為Φ38×4鋼管制作，井架高度根據(jù)電梯斗的高度來確定，一般為7.5～10米為宜。過高對(duì)平臺(tái)的穩(wěn)定不利，太底距吊籠天滑輪的距離很小對(duì)安全不利。井架和操作平臺(tái)的連接用剛性支撐（即大斜撐），剛性支撐能使平臺(tái)與井架有一個(gè)較好的整體性。平臺(tái)上的部分中心荷載通過支撐可傳遞到外平臺(tái)上，減少了集中荷載，使平臺(tái)斜拉索、鼓圈、腹桿受力減小。

井架大斜撐設(shè)計(jì)為可調(diào)節(jié)長(zhǎng)度的支撐桿，調(diào)節(jié)范圍根據(jù)煙囪大小來確定，大斜撐選用Φ89～120鋼管。

3、垂直運(yùn)輸系統(tǒng)

采用四孔或五孔井架設(shè)置在中心鼓圈上，其上組裝有2部人貨兩用吊籠電梯，用作施工人員上下和混凝土、內(nèi)襯砌筑材料等垂直運(yùn)輸工具。另外在隨升平臺(tái)輻射梁上設(shè)一起重?fù)u頭拔桿作為鋼筋的垂直運(yùn)輸及安裝爬梯、檢修信號(hào)平臺(tái)等材料的吊運(yùn)工具，耐火磚和耐酸膠泥由電梯吊籠運(yùn)輸?shù)狡龃u平臺(tái)。

電梯吊籠采用5T雙筒雙繩卷揚(yáng)機(jī)起吊，采用兩根3/4″鋼絲繩。吊籠鋼絲繩經(jīng)地滑輪導(dǎo)向后通過煙囪筒壁上的預(yù)留孔洞至卷揚(yáng)機(jī)的卷筒上，卷揚(yáng)機(jī)布置在煙囪外距煙囪筒壁外不小于40米處。電梯吊籠軌道用兩根3/4″鋼絲繩導(dǎo)索，用3T單滾筒卷揚(yáng)機(jī)布置在煙囪零米層，電梯吊籠分兩層，上層乘人，凈空高度≥1.85米。下層為混凝土料斗、供吊運(yùn)砼用。料斗的進(jìn)料口設(shè)在上層的底板處，用鋼板制作的翻板門，即為上層籠格乘人吊籠的地板。出料口設(shè)在料斗的底部，側(cè)向翻板門開口。為使砼料裝運(yùn)方便，在煙囪基礎(chǔ)內(nèi)設(shè)有料斗坑。電梯吊籠頂部安裝斷繩抱剎安全裝置，井架上部和電梯坑底各設(shè)兩道吊籠上下限位開關(guān)。井架頂部安裝避雷針。搖頭起重把桿配1T卷揚(yáng)機(jī)，平時(shí)限定起重重量300～500公斤。

4、電氣控制系統(tǒng)

電氣控制系統(tǒng)包括提升動(dòng)力機(jī)械、電梯卷揚(yáng)機(jī)及施工照明三部分。電氣控制控制共設(shè)上、下兩個(gè)操作控制臺(tái)。上操作臺(tái)置于隨升平臺(tái)控制室，下操作臺(tái)設(shè)在煙囪底部煙囪內(nèi)。操作盤上配有上、下?？刂瓢粹o和信號(hào)燈、電鈴、電話等裝置，用于系統(tǒng)提升、電梯吊籠的升降運(yùn)行等，上下操作盤可同時(shí)控制總電源。

提升動(dòng)力機(jī)械電氣控制的設(shè)計(jì)，既能滿足整體同步提升，又能獨(dú)立進(jìn)行上、下調(diào)整。除在總控制臺(tái)設(shè)有聯(lián)動(dòng)開關(guān)外，在每榀提升架處設(shè)立分機(jī)單動(dòng)開關(guān)。

施工照明采用36V安全電壓，沿提升架在煙囪內(nèi)外周圍布置。

5、模板系統(tǒng)：

模板系統(tǒng)由定型鋼模板、鋼筋、圍柃、專用軌道模板及收分木模等組成。煙囪內(nèi)外筒壁采用兩節(jié)P30～2015定型鋼模板交替翻模施工方法。每節(jié)模板高為1.5米即一個(gè)提升行程，模板長(zhǎng)度根據(jù)煙囪筒壁半徑采用20～30CM模板，模板采用定型鋼模板組合與收分木模板組成。對(duì)拉螺桿設(shè)在收分木模上，和鋼筋圍檁共同固定，對(duì)拉螺桿使用時(shí)可套上塑料套管，使其拆除模板時(shí)可以扒出周轉(zhuǎn)使用，且消除了混凝土表面的螺栓頭。模板系統(tǒng)用腳手管支撐在操作架上的方法固定外半徑。

四、體系工藝原理

以成型的具有一定強(qiáng)度的鋼筋混凝土筒壁作為支承著力點(diǎn)，利用電動(dòng)提升機(jī)械作動(dòng)力，在操作架和提升架的相互提升過程中完成隨升平臺(tái)的提升。提升過程如下：

（1）松電梯吊籠導(dǎo)索（略大于一個(gè)提升行程）；

（2）操作電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，利用操作架上的固定螺母做與支撐點(diǎn)，在提升絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中將提升架頂起一個(gè)混凝土澆筑層高度，然后在軌道上插入連接銷，使提升架鋼牛腿擔(dān)在連接銷上（此過程可以獨(dú)立操作）；

（3）同步操作各電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，利用提升絲杠在操作架上固定的螺母內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)，整體將操作架及隨長(zhǎng)平臺(tái)頂起一個(gè)混凝土澆筑層高度，在軌道上插入連接銷，單個(gè)調(diào)整操作高度，使操作架鋼牛腿擔(dān)在軌道連接銷上。

（4）收緊電梯吊籠導(dǎo)索，至此完成一層

五、質(zhì)量通病的控制

1)、煙囪施工平臺(tái)的中心漂移，是每個(gè)煙囪施工過程中都會(huì)出現(xiàn)的問題，其危害性是中心漂移后，半徑不準(zhǔn)、外觀質(zhì)量差、電梯上下碰中心鼓圈，有安全隱患。分析造成的原因是：

1、組裝時(shí)標(biāo)高不一樣；

2、輻射梁與門架支撐滾輪過于滑動(dòng)；

3、風(fēng)力的影響；

4、施工過程中上下兩層模板接縫處理不干凈，如果每層間有1mm的空間，那么10節(jié)就有1cm的高差。由此可見，模板接縫的處理是解決平臺(tái)中心漂移的關(guān)鍵所在。

2)、平臺(tái)扭轉(zhuǎn)。采用軌道模板，施工中仍然出現(xiàn)平臺(tái)扭轉(zhuǎn)問題滑模就更嚴(yán)重。其主要原因是施工過程中不認(rèn)真校正軌道模板的垂直度和水平度，所以只有在安裝軌道模板，認(rèn)真處理好接縫及時(shí)調(diào)整墊平，就能控制其平臺(tái)扭轉(zhuǎn)。

3)、外觀質(zhì)量。煙囪外觀質(zhì)量是施工的主要問題，其表面的光潔度、平整度是模板系統(tǒng)的主要矛盾。為了保證其外觀質(zhì)量。首先要解決其使用模板的質(zhì)量問題，必須選用新模板，舊模板表面凹凸不平，扭曲變形澆筑砼成品的外表面就不平，接縫不嚴(yán)造成漏漿，表面不光，甚至出現(xiàn)蜂窩麻面。所以，為了保證其砼的外觀質(zhì)量，必須做到以下幾點(diǎn)：

1、必須選用新模板；

2、其上口用M12的螺栓連接，下口打U型卡和插銷；

3、模板與模板之間的豎縫、水平縫均要夾上吹塑紙；

4、支模前必須把模板清理干凈，并涂刷好脫模劑；

5、支模前把砼面清理干凈，以防爛根；

6、拉半徑時(shí)，嚴(yán)格控制外半徑；

7、補(bǔ)縫用木條必須三面刨光，并用釘子釘牢；

8、其壁厚用￢鋼筋和口撐控制，保證其圓弧度；

9、支模牢固；

10、拆模后進(jìn)行消缺。

4）、砼強(qiáng)度的控制。

提升前砼的強(qiáng)度是該系統(tǒng)提升時(shí)必須控制的。該系統(tǒng)主要受力層是第三層砼，其強(qiáng)度要求為9Ma，如果強(qiáng)度不夠，可能會(huì)造成平臺(tái)下沉、倒塌，后果不堪設(shè)想。為了控制砼強(qiáng)度，必須按以下幾條去做：

1、選用合格的原材料；

2、嚴(yán)格按配合比配制砼；

3、嚴(yán)格按規(guī)范和施工措施進(jìn)行攪拌；

4、攪拌時(shí)多留兩組同條件試塊；

5）提升前必須試壓同條件試塊，在其強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)值時(shí)方可提升。

結(jié)束語

XDS-Ⅲ型電動(dòng)提模工藝無論從施工質(zhì)量、施工速度、勞動(dòng)強(qiáng)度、安全方面均遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于有井架翻模及滑模工藝。本工藝屬國(guó)內(nèi)首創(chuàng)，對(duì)施工質(zhì)量和施工安全提供了有力的保證，施工機(jī)械化程度高，大大降低了施工人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，這已為工程實(shí)踐所證實(shí)。該工藝在1995年申請(qǐng)國(guó)家專利，并轉(zhuǎn)讓技術(shù)給全國(guó)十多家施工企業(yè)。但任何事物都存在再實(shí)踐、再認(rèn)識(shí)的過程，雖然XDS-Ⅲ電動(dòng)升模工藝目前認(rèn)為已經(jīng)是比較完善的工藝，但仍然有待于我們?cè)趯?shí)踐中不斷完善和發(fā)展，還可以推廣，應(yīng)用于高層建筑和其它構(gòu)筑物的施工中，均有待于今后進(jìn)一步實(shí)踐和探索.。

[1]陳兆家，潘連軍.DZMS一Ⅲ型電動(dòng)升模工藝在火電廠煙囪施工中的應(yīng)用.2005年10月1日-第二屆江蘇省電機(jī)工程青年科技論壇.