10000m3覆土油罐球面穹頂組合式盤扣滿堂支撐架施工技術(shù)

楊亞明 宋大帥 王一林 劉 明

中建三局第二建設(shè)工程有限責任公司 湖北 武漢 430074

隨著國際時事的變化，能源儲備成為各國爭相發(fā)展的對象，我國石油戰(zhàn)略儲備嚴重不足，近幾年國家加大了戰(zhàn)略儲備力度，國家成品油儲備項目的建設(shè)日漸增多，覆土油罐因其良好的戰(zhàn)略隱蔽性成了近年來發(fā)展的重點。

覆土油罐分為內(nèi)罐和外罐，內(nèi)罐為鋼結(jié)構(gòu)，外罐為混凝土結(jié)構(gòu)。目前，大部分項目外罐的弧形穹頂模板支撐架由扣件式滿堂支撐架搭設(shè)而成，但是扣件式滿堂支撐架自身承載能力較弱，立桿間距較密且罐體自身為封閉結(jié)構(gòu)，在很大程度上加大了扣件式滿堂支撐架的裝拆困難。

1 工程概況

處于貴州省的某成品油儲備工程，覆土油罐外罐為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，罐壁為內(nèi)徑30.5 m圓形墻壁?；A(chǔ)為筏板基礎(chǔ)，基礎(chǔ)上部澆筑最薄處厚320 mm的混凝土墊層，墊層從中間向四周找2.5%的坡，墊層在罐體邊緣處的相對標高為±0 m。屋面采用球形穹頂，穹頂最低點相對標高為19.663 m，最高點相對標高為22.460 m，穹頂混凝土殼厚200～575 mm（圖1）。

圖1 鋼筋混凝土罐剖面

2 施工特點及難點

本工程施工難點在于穹頂模板支撐架的搭設(shè)，在其施工時應考慮以下幾個方面：

1）覆土罐采用球形穹頂，模板支撐架頂部成弧難度高。

2）穹頂板厚在200～575 mm范圍內(nèi)變化。其中邊緣3 500 mm以內(nèi)殼厚在200～575 mm范圍內(nèi)漸變，中間3 300 mm范圍以內(nèi)殼厚在200～300 mm范圍內(nèi)漸變，頂板較厚，對腳手架的承載能力要求較高。

3）穹頂最低點距基礎(chǔ)混凝土面19.663 m，最高點距基礎(chǔ)混凝土面22.460 m，根據(jù)建辦質(zhì)[2018]31號文，屬于超過一定規(guī)模的危險性較大的分部分項工程。

4）在覆土罐內(nèi)施工，空間密閉，采用扣件式滿堂支撐架所需材料較大，且在密閉空間中安裝拆卸速度較慢，危險性較大。

5）工程地處偏僻，交通運輸不便。

綜合考慮以上因素，并經(jīng)過周密的結(jié)構(gòu)計算，首次引入組合式盤扣滿堂支撐架，并通過對其進行改進，解決了盤扣支撐架立桿間距大、成弧難的問題。

3 滿堂式腳手架設(shè)計

為了解決常規(guī)扣件式滿堂支撐架耗費材料大、效率低的問題，并通過對其進行改進，提出了組合式盤扣滿堂支撐架施工技術(shù)。

組合式盤扣滿堂支撐架分為下部基礎(chǔ)支撐架和上部轉(zhuǎn)換支撐架兩大部分。基礎(chǔ)支撐架是整個體系的承重部分，由新型盤扣腳手架組成，承擔上部轉(zhuǎn)換支撐架傳遞的荷載。轉(zhuǎn)換支撐架是整個組合式支撐架體系轉(zhuǎn)換的核心部分，為了解決盤扣支撐架立桿間距大、成弧難的問題，在每排立桿中間增加豎向傳力的短鋼管，即轉(zhuǎn)換立桿，且通過增加斜撐來改善受力，從而使轉(zhuǎn)換支撐架整體自成一個桁架體系，傳力明確[1-2]。

整個腳手架體系既發(fā)揮了盤扣式支撐架裝拆快捷、承載力高的優(yōu)點，又利用了鋼管支撐架搭拆靈活的特點，通過增加轉(zhuǎn)換立桿的方式，增加支撐節(jié)點，不但提高了架體的整體受力性能，而且提高了整個弧形穹頂?shù)某苫【群统苫≠|(zhì)量（圖2）。

圖2 組合式滿堂盤扣支撐架

3.1 基礎(chǔ)支撐架設(shè)計

基礎(chǔ)支撐架承受著上層銜接支撐架傳遞的各方向荷載，受力較復雜，是整個支撐架體系的核心承重部分。

基礎(chǔ)支撐架采用承插型盤扣式腳手架搭設(shè)，按照最大板厚處進行承載力驗算，立柱規(guī)格為φ60 mm×3.2 mm，材質(zhì)為Q345B；橫桿規(guī)格為φ48 mm×2.5 mm，材質(zhì)為Q235；設(shè)計立桿間距為150 cm，步距為150 cm（圖3）。

根據(jù)GB 51210—2016《建筑施工腳手架安全技術(shù)統(tǒng)一標準》，采用豎向斜撐桿、豎向交叉拉桿代替支撐腳手架豎向剪刀撐，并根據(jù)盤扣腳手架的受力原理，按照格構(gòu)式對斜桿進行布置（圖4），增強架體的整體穩(wěn)定性。

圖3 基礎(chǔ)支撐架平面

圖4 基礎(chǔ)豎向斜桿布置平面

3.2 轉(zhuǎn)換支撐架設(shè)計

轉(zhuǎn)換支撐架主要由懸空立桿、斜桿、盤扣腳手架三部分組成，取1 500 mm×1 500 mm一個格構(gòu)單元進行分析（圖5）。

圖5 立桿及斜拉桿布置

1）轉(zhuǎn)換立桿。鑒于覆土罐弧形穹頂結(jié)構(gòu)，且頂板厚度在200～575 mm范圍變化，精確成弧和提供穹頂足夠承載力都要求支撐架頂部立桿間距小于900 mm。因此，在盤扣腳手架相鄰立桿之間和每個盤扣格構(gòu)單元中心位置均增加一轉(zhuǎn)換立桿，頂部腳手架立桿間距從1 500 mm×1 500 mm轉(zhuǎn)化為750 mm×750 mm，滿足穹頂成弧和主龍骨承載力需要。靠近外罐罐壁的區(qū)域是整個支撐架的支撐“盲區(qū)”，需要增加落地式轉(zhuǎn)換立桿直接支撐主龍骨。

2）斜撐。由于轉(zhuǎn)換立桿的軸向力直接傳遞至盤扣架橫桿，容易導致橫桿的變形，且對架體局部穩(wěn)定性不利。為了改善調(diào)節(jié)立桿的不利受載條件，每根轉(zhuǎn)換立桿底部與盤扣腳手架主節(jié)點之間設(shè)置2道斜撐，通過斜撐把轉(zhuǎn)換立桿的軸向力傳遞到盤扣架主節(jié)點上。

3）盤扣式腳手架。轉(zhuǎn)換支撐架處的盤扣腳手架搭設(shè)參數(shù)及斜桿構(gòu)造同底部基礎(chǔ)支撐架。

3.3 模板體系設(shè)計

模板體系主要由主龍骨、次龍骨、模板這3個部分組成（圖6）。

圖6 模板體系示意

4 驗算校核

4.1 基礎(chǔ)支撐架設(shè)計驗算校核

用腳手架安全計算軟件對基礎(chǔ)支撐架進行驗算，驗算結(jié)果表明，承載力滿足規(guī)范要求。

4.2 轉(zhuǎn)換支撐架設(shè)計驗算校核

采用邁達斯軟件對頂部轉(zhuǎn)換支撐架進行強度及穩(wěn)定性驗算校核。

1）強度驗算校核。按照三連跨建立模型，取500 mm板厚作為恒荷載，活荷載取3 kN/m2，按照鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范進行驗算。根據(jù)計算結(jié)果，按照最不利荷載進行組合，滿堂式支撐架桿件體系最大應力值為87.67 MPa，小于桿件屈服強度215 MPa，桿件受力滿足要求。

2）穩(wěn)定性驗算校核。對滿堂式支撐架架體進行位移驗算。根據(jù)計算結(jié)果，其最大位移為2.452 mm，小于桿件10 mm位移量，滿足要求。根據(jù)上述計算結(jié)果，增加懸空支座下部的斜桿，對其軸力進行單獨的分析。根據(jù)計算結(jié)果，斜桿所受最大軸力為7.458 kN，小于12 kN（雙扣件），扣件的抗滑移滿足規(guī)范要求。

5 施工要點及注意事項

5.1 基礎(chǔ)支撐架搭設(shè)

基礎(chǔ)支撐架嚴格按照設(shè)計縱橫間距和步距搭設(shè)。

5.2 轉(zhuǎn)換支撐架搭設(shè)

1）盤扣式腳手架的搭設(shè)。盤扣式腳手架的搭設(shè)同基礎(chǔ)支撐架。

2）轉(zhuǎn)換立桿的搭設(shè)。搭設(shè)中，應通過吊錘線等方式盡量保證轉(zhuǎn)換立桿垂直度，且保證扣件數(shù)量不得小于設(shè)計值。

3）搭設(shè)斜撐。斜桿對于荷載的傳遞減少了立桿扣接橫桿的變形，因此，每根轉(zhuǎn)換立桿均應搭設(shè)2根斜桿。斜桿的一端應扣接在轉(zhuǎn)換立桿底部，另一端扣接在盤扣架主節(jié)點處[3-5]。

5.3 模板搭設(shè)

完成支撐架體系的搭設(shè)工作后，即可進行模板體系的搭設(shè)工作，模板搭設(shè)順序應遵循由下至上、依次搭設(shè)的原則。

1）主龍骨的搭設(shè)。穹頂模板支撐架的主龍骨為雙鋼管，主龍骨的搭設(shè)應在所有立桿頂部標高調(diào)整到設(shè)計標高后進行，雙鋼管經(jīng)過微彎后，通過鋼絲固定在立桿頂托上。

2）次龍骨的搭設(shè)。穹頂模板支撐架的次龍骨為35 mm×85 mm木方，為保證弧度的精準，木方鋪設(shè)時應橫著放，雖然橫放使木方的承載能力減弱，但是有利于模板成弧。

3）模板的鋪設(shè)。模板直接釘在木方上，完成模板鋪設(shè)。

5.4 混凝土澆筑

混凝土澆筑應采用2臺汽車泵從四周向中間進行澆筑，使架體上的荷載呈對稱分布，避免由于荷載集中使架體傾斜（圖7）。

圖7 混凝土澆筑線路

6 結(jié)語

本文介紹了10 000 m3覆土罐球面穹頂施工的一種新型支撐體系，該支撐體系有效地解決了常規(guī)扣件式滿堂式支撐架搭拆周期長、安全隱患多、耗費鋼材多等問題，并節(jié)省了26 d工期和140 t鋼管的費用，可為今后類似工程提供參考方案。