超大型防微振重載氣浮平臺(tái)施工技術(shù)

中建三局第二建設(shè)工程有限責(zé)任公司 武漢 430074

1 工程概況

全物理仿真試驗(yàn)室工程位于天津?yàn)I海高新區(qū)，其中的超大型防微振重載氣浮平臺(tái)是用于模擬航天器在輕微重力狀態(tài)的大型核心基礎(chǔ)設(shè)備，由地基子系統(tǒng)、墊石、電動(dòng)升降支腿、重載氣浮平臺(tái)4 部分組成。

2 工程難點(diǎn)

超大型防微振重載氣浮平臺(tái)是國(guó)內(nèi)外同行業(yè)規(guī)模最大（面積為1 200 m2）、精度最高、檢測(cè)和綜控自動(dòng)化程度最高的大型重載（載重10 t）氣浮平臺(tái)，屬國(guó)內(nèi)首創(chuàng)、居世界先進(jìn)水平。關(guān)于此類施工技術(shù)在建筑施工領(lǐng)域尚屬首次。

地基子系統(tǒng)由基礎(chǔ)1～基礎(chǔ)5等5個(gè)基礎(chǔ)組成，基礎(chǔ)與基礎(chǔ)之間存在著200 mm的空氣隔振溝，在這里使用的有限空間模板支拆體系是本工程中的重點(diǎn)、難點(diǎn)。一旦空氣隔振溝內(nèi)的有限空間模板支拆體系出現(xiàn)問(wèn)題，將導(dǎo)致空氣隔振溝的質(zhì)量問(wèn)題，影響整個(gè)基礎(chǔ)的防微振要求（＜1×10-4g）。

通過(guò)有限元分析計(jì)算機(jī)仿真驗(yàn)算，模擬墊石及其支撐裝置變形情況，確保墊石安裝精確到位。位于地基子系統(tǒng)21道條形基礎(chǔ)之上的630塊濟(jì)南青大理石墊石施工時(shí)，要求水平度小于0.02 mm/m，相對(duì)基準(zhǔn)位置偏差±4 mm，相對(duì)基準(zhǔn)高度偏差小于1 mm。

3 施工要點(diǎn)

3.1 有限空間模板支拆體系

3.1.1 模板設(shè)計(jì)

通過(guò)合理的施工部署，由傳統(tǒng)的先施工基礎(chǔ)再分段施工護(hù)壁墻改為先一次性施工護(hù)壁墻，再支設(shè)快拆企口散拼大模形成寬200 mm的空氣隔振溝，最后進(jìn)行基礎(chǔ)1大體積混凝土施工（圖1）。

圖1 -4.65～-2.10 m基礎(chǔ)1及護(hù)壁剖面示意

隔振溝內(nèi)的快拆企口散拼大模由模板、木方及抗壓易剪支撐組成（圖2）。模板采用厚15 mm覆膜膠合板拼合而成；采用30 mm×80 mm木方橫向、縱向各1道；抗壓易剪支撐采用現(xiàn)場(chǎng)短木方制成，木方整理成排，先彈上切縫線和切斷線，再切縫，后切斷，抗壓易剪支撐尺寸為75 mm×80 mm，用釘子固定在木方上，該設(shè)計(jì)支撐只承受混凝土澆筑時(shí)的水平壓力，不承受剪力。待拆模時(shí)，用工具將抗壓易剪支撐敲下，使支撐從中間斷開，從而使模板更易拆出。

混凝土澆筑擬采用選用2臺(tái)SY5313THB汽車泵，整體的理論澆筑時(shí)間為25.5 h。

圖2 快拆企口散拼大模及抗壓易剪支撐

根據(jù)公式計(jì)算的新澆筑混凝土側(cè)壓力標(biāo)準(zhǔn)值為：F1=26.565 kN/m2，F(xiàn)2=63.750 kN/m2。所以新澆混凝土對(duì)模板的側(cè)壓力取較小值為26.565 kN/m2。

運(yùn)用Midas Gen軟件對(duì)模板進(jìn)行建模分析，因?yàn)槟０鍍蓚?cè)受均布面載荷作用，整個(gè)模板位移一致，故取橫縱龍骨和小木塊交界的一處位置進(jìn)行建模分析。在小木塊靠墻處施加X、Y、Z軸向位移約束和轉(zhuǎn)動(dòng)約束，模擬現(xiàn)場(chǎng)情況，在厚15 mm的大木板上施加上面得出的新澆筑混凝土側(cè)壓力26.565 kN/m2，為均布面載荷，分析求解后得出位移圖和應(yīng)力圖（圖3、圖4）。

由位移圖可知，模板在側(cè)壓力下的最大變形為0.369 mm，模板變形在200 mm的隔振溝的誤差范圍之內(nèi)；由應(yīng)力圖可知，模板內(nèi)部的最大應(yīng)力為4.166 MPa，查詢順紋木材的抗壓強(qiáng)度大約為35 MPa，遠(yuǎn)大于模板內(nèi)部最大應(yīng)力，故該設(shè)計(jì)模板體系為安全可靠。

圖3 模板位移

圖4 模板應(yīng)力

3.1.2 配模

基礎(chǔ)1長(zhǎng)41.3 m，寬32.5 m，采用快拆企口散拼大模場(chǎng)外加工拼裝。大模長(zhǎng)3.6 m，高2.6 m，整體吊入場(chǎng)內(nèi)，根據(jù)企口收口設(shè)置，按順時(shí)針方向安裝加固。

3.1.3 模板加固與安裝

基礎(chǔ)1大體積混凝土施工的模板支設(shè)在200 mm隔振溝內(nèi)，采用快拆企口散拼大模，用塔吊調(diào)入場(chǎng)內(nèi)，放置在隔振溝內(nèi)，先用鐵絲與護(hù)壁墻鋼筋進(jìn)行簡(jiǎn)易固定，然后進(jìn)行快拆企口散拼大模企口與收口的安裝固定。

3.1.4 模板節(jié)點(diǎn)處理

快拆企口散拼大模模板拼縫及轉(zhuǎn)角處采用膠帶粘貼牢固，以防澆筑混凝土?xí)r漏漿，影響設(shè)計(jì)隔振要求；模板底部與墊層交界面采用水泥砂漿密封處理，水泥砂漿在模板底及墊層上各抹4 cm，設(shè)圓弧倒角，保證飽滿密實(shí)。

3.1.5 拆模

待混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后，需將模板拆除，拆模時(shí)，使用組合拆模工具配合施工。先用鐵鏟子敲打抗壓易剪支撐，將切傷的木方打斷散落在隔振溝內(nèi)，使模板面與兩側(cè)混凝土面分離（圖5）；再將塔吊的鋼絲繩固定在模板背楞上，使用塔吊將大模板吊出；待混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)，將水注滿隔振溝，然后用取木針和取木網(wǎng)將隔振溝內(nèi)的廢木方取出；最后將隔振溝內(nèi)的鐵釘和廢鋼筋等用吸鐵器吸出。

圖5 拆模示意

3.2 墊石調(diào)平與二次灌漿施工

3.2.1 試驗(yàn)

在正式施工前先進(jìn)行墊石調(diào)平及澆筑試驗(yàn)，試驗(yàn)時(shí)地基選用堅(jiān)硬水泥地面，模擬正式安裝場(chǎng)景。在試驗(yàn)時(shí)詳細(xì)記錄墊石裝調(diào)的記錄及灌漿料配合比，并以此作為正式澆筑時(shí)的參考。

3.2.2 墊石安裝與調(diào)平

由于墊石在使用過(guò)程中受負(fù)載之后要保證其下部的接觸剛度一致，故采用從上部吊裝方案，墊石吊裝調(diào)平支架根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)，裝置由4個(gè)預(yù)埋剛性支撐腿和上部的支架組成，由螺栓和接頭將兩部分固定，由調(diào)節(jié)螺栓來(lái)調(diào)節(jié)墊石的水平度（圖6）。

圖6 拆分式吊裝支架示意

為了更好地?cái)M合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，保證墊石吊裝時(shí)設(shè)備的穩(wěn)定性，采用Midas Gen軟件進(jìn)行了墊石調(diào)平裝置的計(jì)算機(jī)模擬分析。模擬計(jì)算后的應(yīng)力和總位移見圖7、圖8。

圖7 施加負(fù)載后裝置應(yīng)力

圖8 施加負(fù)載后裝置總位移

由應(yīng)力圖可知，應(yīng)力最大處出現(xiàn)在固定調(diào)節(jié)螺栓的角鋼部位，為49.123 MPa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于鋼筋的屈服強(qiáng)度；由總位移圖可知，裝置的最大位移出現(xiàn)在調(diào)節(jié)螺栓處，為0.227 mm，也就是加上墊石后，4個(gè)調(diào)節(jié)螺栓會(huì)沉降0.227 mm，但是由于調(diào)節(jié)螺栓可上下調(diào)節(jié)墊石的高度，故螺栓的位移對(duì)墊石水平度的影響很小。

該吊裝調(diào)節(jié)支架方案不僅保證墊石底部在受載荷時(shí)能與混凝土充分接觸、保持接觸剛度的一致性，而且安裝操作簡(jiǎn)單，上部支架可周轉(zhuǎn)使用，節(jié)約成本和工期。

預(yù)埋在鋼筋混凝土條形基礎(chǔ)中的剛性支撐管焊接牢固后，在支撐管上放出墊石頂?shù)臉?biāo)高控制線，并用紅色油漆做上明顯標(biāo)志；根據(jù)墊石布局圖在墊石基礎(chǔ)上彈出縱、橫控制線，根據(jù)控制線依次放出墊石的位置線。

采用龍門架與拆分式吊裝支架配合安裝墊石，墊石頂面預(yù)留嵌套螺套，先將吊裝支架上部與墊石通過(guò)螺栓固定，再由龍門架運(yùn)送至相應(yīng)位置與預(yù)埋在混凝土墻中的剛性支腿扣接在一起。墊石上留有3個(gè)A60的通氣孔，保證在混凝土澆筑時(shí)，下部氣體可以有效排出，保證墊石和混凝土充分接觸，保持接觸面接觸剛度的一致性。

為使630塊墊石在條形基礎(chǔ)上達(dá)到橫縱成線、水平成面的技術(shù)指標(biāo)，先使用全站儀放樣，在四角定位基準(zhǔn)點(diǎn)，再使用2臺(tái)經(jīng)緯儀十字就位在A點(diǎn)，確定第1塊墊石的位置，最后用鋼尺依次定位以此塊墊石為首的縱橫墊石的位置。同理用2臺(tái)經(jīng)緯儀十字就位在C點(diǎn)，確定另2條邊的墊石位置，從而確定全部墊石的位置。最后復(fù)核B、D點(diǎn)與A、C點(diǎn)角度，如不為直角，重新調(diào)整儀器測(cè)量，直到結(jié)果在允許誤差范圍之內(nèi)，方可進(jìn)行下道工序施工（圖9）。

墊石水平成面控制采用三角水平儀測(cè)量，在任意相鄰2塊墊石上測(cè)量，保證它們?cè)谝粋€(gè)平面上，從而使全部的墊石水平成面。

高強(qiáng)度灌漿料施工時(shí)，需對(duì)墊石的位置和水平度進(jìn)行復(fù)核，1#條形基礎(chǔ)施工完成后，對(duì)1#、2#條形基礎(chǔ)上的墊石水平度進(jìn)行檢查并校正，2#條形基礎(chǔ)施工完成后，對(duì)2#、3#條形基礎(chǔ)上的墊石進(jìn)行檢查并校正，依次重復(fù)施工，保證施工完成后，21道條形基礎(chǔ)上的630塊墊石橫縱成線、水平成面，形成相對(duì)標(biāo)高的絕對(duì)平面。

圖9 墊石測(cè)量示意

3.2.3 高強(qiáng)灌漿料施工

施工模板采用厚12 mm雙面覆塑膜模板，龍骨采用50 mm×100 mm木方，依次連接為一整體。

在二次灌漿開始前，要對(duì)條形基礎(chǔ)表面進(jìn)行鑿毛處理，同時(shí)在灌漿前24 h，基礎(chǔ)表面須充分濕潤(rùn)。開始灌漿前，清除積水，并對(duì)墊石測(cè)量進(jìn)行技術(shù)復(fù)核。

灌漿料采用人工或者機(jī)械攪拌，一般采用自重法灌漿：從模板的一側(cè)或者的兩側(cè)多點(diǎn)進(jìn)行灌注，依靠漿料的自重自行流平并填充整個(gè)灌注空間，直至從另一側(cè)溢出為止，以利于灌漿過(guò)程中的排氣，不得從四側(cè)同時(shí)灌漿。灌漿時(shí)必須連續(xù)進(jìn)行，不得間斷，過(guò)程中嚴(yán)禁振搗。

4 結(jié)語(yǔ)

在全物理仿真試驗(yàn)室超大型防微振重載氣浮平臺(tái)的施工過(guò)程中，采用的有限空間模板支拆體系技術(shù)及墊石調(diào)平與二次灌漿技術(shù)等對(duì)有空氣隔振、剛度、精度等特殊工藝要求的大型設(shè)備基礎(chǔ)或平臺(tái)有一定的指導(dǎo)意義。