大直徑筒倉滑模拖帶鋼結(jié)構(gòu)倉頂施工過程與監(jiān)測

趙少偉，夏立春

(河北工業(yè)大學 土木工程學院，天津 300401)

筒倉作為貯存散體物料的構(gòu)筑物，具有便于機械化操作、損耗少、保護環(huán)境和節(jié)約土地等優(yōu)點，因此廣泛應用于水泥、煤炭、糧食、現(xiàn)代物流等行業(yè).近些年來，隨著人們生產(chǎn)需求的不斷提高，筒倉朝著大型化的趨勢發(fā)展，同時也對筒倉的施工技術(shù)提出了更高的要求[1].目前，國內(nèi)外大直徑筒倉常用滑模法施工，一般的施工順序是：先施工倉壁，后施工倉頂，如大同同忻選煤廠內(nèi)徑 34 m儲煤庫[2]、越南福山水泥廠內(nèi)徑70 m熟料庫[3]等.這種常規(guī)施工方法存在施工周期長、投入周轉(zhuǎn)工具多、高空作業(yè)量大、設(shè)備租賃費用高等問題.基于以上原因，目前國內(nèi)開發(fā)了一種大直徑筒倉庫壁滑模拖帶鋼結(jié)構(gòu)倉頂一體化的施工方法，已應用于山東魯南水泥廠、河南焦作千業(yè)水泥廠生料庫[4]等少數(shù)項目.與傳統(tǒng)施工方法狀態(tài)相比，明顯縮短了工程建設(shè)周期、降低了工程成本.

此種施工方法由于倉頂在水平面處于不穩(wěn)定狀態(tài)，故增加下弦拉桿以使結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，但是下弦受力沒有可靠的分析與試驗數(shù)據(jù).為了更好地推廣此施工方法，避免安全隱患.筆者結(jié)合海南華盛天涯水泥有限公司1#熟料庫項目進行了施工監(jiān)測與數(shù)據(jù)分析，為拖帶施工方法提供了參考.

1 施工原理及工藝

大直徑筒倉倉頂大多采用鋼結(jié)構(gòu)形式，以海南華盛天涯水泥有限公司10000 t/d生產(chǎn)線1#熟料庫為例，介紹大直徑筒倉滑模拖帶鋼結(jié)構(gòu)倉頂?shù)氖┕み^程.

1.1 熟料庫概況

該水泥熟料庫庫壁為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，倉頂為圓臺形單層空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu).庫壁頂標高為23.750 m，14 m以下壁厚為750 mm，14 m以上壁厚為520 mm；倉頂上部標高為42.500 m，跨度為60.4 m，上部圓形平臺半徑為6.85 m，上部平臺由18根斜鋼梁GL1支撐，整個鋼結(jié)構(gòu)倉頂由鋼梁GL1和GL2支撐在庫壁頂部環(huán)梁上，GL1與GL1之間用系桿相連，GL1與GL2之間用系桿和鋼梁GL3相連，總重約180 t，如圖1所示.

圖1 筒倉示意

1.2 施工安裝過程

1.2.1 工藝原理

先將鋼結(jié)構(gòu)倉頂在滑模架體上組裝，在庫頂鋼結(jié)構(gòu)斜梁支座處增加型鋼支撐及相應的液壓千斤頂，筒倉內(nèi)部設(shè)輻射狀水平拉桿，以抵抗庫頂鋼結(jié)構(gòu)支座所產(chǎn)生的水平推力；利用滑模液壓提升系統(tǒng)，使鋼結(jié)構(gòu)倉頂和滑模架體一起提升至設(shè)計標高，工藝原理如圖2所示.

1.2.2 施工工藝

(1)將滑模系統(tǒng)安裝完畢，檢查合格.

(2)在庫中按照庫頂鋼環(huán)梁位置搭設(shè)滿堂紅腳手架，在滑模提升架上焊接鋼環(huán)梁，在鋼環(huán)梁上焊接斜鋼梁底座.

(3)將倉頂環(huán)梁吊裝到位，對稱吊裝鋼斜梁，將鋼斜梁焊接在斜梁底座上，安裝斜鋼梁連接盤及拉桿，在斜梁支座側(cè)設(shè)置花籃螺栓，通過花籃螺栓對稱校緊拉桿.

(4)對滑模系統(tǒng)、鋼結(jié)構(gòu)倉頂、斜梁支座處全面檢查驗收后，空滑1～2個行程，使鋼結(jié)構(gòu)倉頂與滿堂紅腳手架脫離.檢查滑模的垂直度、斜梁支座的高差，糾正支撐桿的垂直度.

(5)進行正?；┕?在倉壁施工的同時頂升鋼結(jié)構(gòu)倉頂，滑升施工過程中，平臺上堆載應均勻、分散，操作平臺應保持水平.并對鋼結(jié)構(gòu)倉頂?shù)呐まD(zhuǎn)和偏移進行定時觀測，若出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)和偏移，應及時矯正.

(6)當滑升至14.000 m標高時，倉壁厚度發(fā)生改變，滑模需空滑一定高度.將支撐桿進行加固，加固完成后，再進行改模.

圖2 工藝原理

(7) 滑升至庫壁環(huán)梁頂后停滑，對稱割除滑模提升架環(huán)梁上的支座，使鋼斜梁坐落在提前埋設(shè)的支撐上，進行庫頂環(huán)梁的施工.

1.3 施工的關(guān)鍵技術(shù)與難點[5]

①如何控制千斤頂同步穩(wěn)定提升的問題.現(xiàn)場布置了兩個液壓控制臺，216個千斤頂，千斤頂分擔的豎向力不全部相同，提升過程中各千斤頂之間會有一定的行程差；②如何控制水平推力的問題.倉頂整體重量大，斜向支撐在庫壁滑模系統(tǒng)上，會向外產(chǎn)生較大的水平推力，對滑模系統(tǒng)產(chǎn)生不利的影響；③如何保證施工過程中的安全問題.施工時，由于物料的擺放、人員的走動、頂升的高差等因素，會使滑模產(chǎn)生一定的不利變形.

因此，合理的施工頂升過程監(jiān)測是保證本工程順利完成的重要環(huán)節(jié).

2 測點布置及數(shù)據(jù)分析

鋼結(jié)構(gòu)倉頂?shù)目缍群椭亓看?，頂升的高度?根據(jù)MIDAS軟件分析，滑升的過程中，倉頂會對滑模產(chǎn)生很大的水平推力，使滑模產(chǎn)生一定的變形，從而影響倉壁的施工質(zhì)量和施工安全.因此，有必要對整個滑升過程進行安全監(jiān)測，以保證工程的質(zhì)量和施工人員的安全，以及整個滑升過程的順利完成.施工頂升監(jiān)測可對相關(guān)變量進行實時監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)施工過程中出現(xiàn)的突發(fā)狀況，及時發(fā)出預警[6].

具體的監(jiān)測內(nèi)容為：抵抗倉頂產(chǎn)生水平推力的拉桿應力；現(xiàn)場的施工環(huán)境情況.

2.1 應力監(jiān)測方法

本工程采用由振弦式傳感器(見圖3)和智能檢測儀(見圖4)組成的監(jiān)測系統(tǒng).當結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形后，引起傳感器內(nèi)部鋼弦頻率的變化.通過智能檢測儀讀取鋼弦的頻率，再通過鋼弦頻率與鋼弦應力以及鋼弦應力與結(jié)構(gòu)應力的關(guān)系，得出結(jié)構(gòu)的應力.另外，傳感器內(nèi)設(shè)溫度傳感器，可以同時讀取溫度值，通過對溫度引起鋼弦頻率變化的修正，從而消除溫度的影響.

圖3 現(xiàn)場傳感器

圖4 智能檢測儀

2.2 測點布置

本項目監(jiān)測的重點是抵抗水平推力拉桿的應力及其變化規(guī)律.根據(jù)初步的分析結(jié)果，以及考慮傳感器的安裝和數(shù)據(jù)采集的方便，確定了傳感器安裝的數(shù)量和位置，總計16個，如圖5所示.

圖5 傳感器布置

2.3 數(shù)據(jù)分析

正?；?，先進行試滑升，滑升高度約3 cm.檢查頂升設(shè)備、結(jié)構(gòu)變形和傳感器數(shù)值均正常后，再進行正?；?

圖6 現(xiàn)場安裝倉頂模型

利用MIDAS軟件，建立倉頂結(jié)構(gòu)模型，如圖6所示.得出滑升前鋼梁GL1、鋼梁GL2下抵抗水平推力的拉桿理想值見表1.現(xiàn)場監(jiān)測到的拉桿力值如圖7所示.

表1 滑升前拉桿理想力值 kN

圖7 拉桿力值監(jiān)測結(jié)果

通過圖7對拉桿應力監(jiān)測分析得到了以下結(jié)論.

(1)試滑時，由于結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形得到了重新分配，所以初滑時拉桿力值變化較大.在整個滑升的過程中，拉桿力值總體趨于穩(wěn)定，但有兩處變化比較大，一處發(fā)生在倉壁改模時，一處發(fā)生在最后托換鋼梁時.現(xiàn)場監(jiān)測到的最大值為 132.46 kN，小于控制值，處于正常范圍.

(2)由于影響拉桿力值的因素在滑升過程中具有隨機性，所以在滑升過程中對稱側(cè)的拉桿力值并不具有對稱性.

3 結(jié) 論

通過用振弦式傳感器和智能檢測儀對本項目的施工全過程進行監(jiān)測和分析，得到以下經(jīng)驗和結(jié)論.

(1)施工過程中的滑模脫空高度、倉頂構(gòu)件安裝誤差、頂升高差、材料擺放位置等因素，都會對拉桿的力值產(chǎn)生影響，導致部分拉桿力值與理論值有一定差異，通過對施工過程中拉桿力值的監(jiān)測與控制，保證了整個施工過程的安全.

(2)試滑處、改模處、鋼梁支座托換處是拉桿力值變化較大的部位，采集到的最大值為相應理論值的1.51倍，在可控范圍內(nèi)，說明倉頂和滑模在整個施工過程中處于安全狀態(tài).

(3)采用此種施工方法，明顯縮短了施工工期、減少了大型機械的租賃費用，取得了較好的經(jīng)濟效益.

［1］王建平，黃 義. 我國貯倉結(jié)構(gòu)抗震研究的現(xiàn)狀及前瞻[J]. 工業(yè)建筑，2005，35(4)：79-81.

［2］張榮富，苗志同. 大直徑筒倉滑模施工技術(shù)[J]. 山西建筑，2009，35(31)：143-144.

［3］張繼忠，胡孝平. 大直徑筒倉倉頂房滑模托帶施工方案[J]. 山西建筑，2012，38(4)：110-111.

［4］王立偉，梁炳科，校彥龍. 大直徑筒倉庫壁與庫頂鋼梁整體提升施工技術(shù)[J]. 建筑工人，2007(11)：4-5.

［5］GB 50113—2005，滑動模板工程技術(shù)規(guī)范[S].

［6］王小瑞，高永祥，韓瑞京. 首都機場A380機庫整體提升過程監(jiān)測[J]. 建筑技術(shù)，2008，39(10)：779-780.