LNG外罐施工DOKA模板的特點(diǎn)及應(yīng)用分析

上海燃?xì)馐斜变N售有限公司 翁之君

液化天然氣LNG作為城市燃?xì)夤?yīng)中的一環(huán)，是保障居民用氣的重要儲備氣源。隨著上海地區(qū)用氣量的不斷提升，作為儲備站的五號溝 LNG近期完成了2臺各10 m3的儲罐擴(kuò)建工程。儲罐的外罐施工緊接在樁基及承臺之后，是整個 LNG罐體重要的施工步驟之一。

隨著DOKA模板體系引入國內(nèi)，在LNG外罐建造中得到了廣泛的應(yīng)用，DOKA模板體系以其標(biāo)準(zhǔn)化程度高、承載力強(qiáng)、操作迅速簡便、質(zhì)量安全受控等特點(diǎn)受到一致好評。五號溝擴(kuò)建工程 LNG外墻施工就采用了 DOKA模板體系，借助其平臺優(yōu)勢，完成鋼筋綁扎、預(yù)應(yīng)力埋設(shè)以及混凝土澆筑等重要施工工序。本文以此為例，對外罐模板DOKA體系、操作工藝、安全控制、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及應(yīng)用分析等進(jìn)行介紹。

1 DOKA模板體系

1.1 DOKA模板體系組成

五號溝 LNG擴(kuò)建工程儲罐外墻施工采用的DOKA模板系統(tǒng)，由TOP50大模板體系、爬升及支撐模板體系和下掛平臺體系三大部分組成。

1.1.1 TOP50大模板體系

TOP50大模板體系包括膠合板、木工字梁H20、造型木、鋼圍檁，四者通過木螺栓和木螺絲有機(jī)連結(jié)牢固，并通過板間連接板將相鄰鋼圍檁定位聯(lián)結(jié)，使罐體大模板連成一整體。

1.1.2 爬升及支撐模板體系

爬升及支撐模板體系由爬升掛架、豎向鋼圍檁、剪刀支撐、橫豎鋼圍檁連接器組成，其中錨固件包括爬升錐、定位錐、止動片、密封殼等。DOKA懸臂模板主要靠支撐的方法來抵抗混凝土側(cè)壓力。

1.1.3 下掛平臺體系

下掛平臺體系主要由方管、槽鋼、木板等組成。下掛在爬升三角架上，用于混凝土的養(yǎng)護(hù)、修補(bǔ)及修飾。

1.2 DOKA模板體系特點(diǎn)

五號溝LNG外罐(單罐)墻體模板由80塊大模板(內(nèi)、外罐各40塊)和8塊外罐扶壁柱角模組成。在外罐施工中，DOKA模板體系采用部分構(gòu)配件進(jìn)口、部分構(gòu)配件自加工的方式從而構(gòu)成一個完整的懸臂模板體系。這種模板系統(tǒng)完全拋棄了傳統(tǒng)的腳手架、人工拼裝模板的做法，采用地面組裝高空安裝的方法，具有簡便靈活的特點(diǎn)，可以大大節(jié)約勞動力的投入，同時大大減少了高空作業(yè)的不安全性，大大提高了工效。并且 DOKA模板在設(shè)計(jì)時充分考慮了施工的方便性，盡量減少了鋼圍檁及連接件的種類，可以避免由于數(shù)量及種類過多造成的誤工現(xiàn)象。

2 DOKA模板操作工藝

2.1 DOKA模板組裝流程

(1)DOKA模板拼裝：根據(jù)模板CAD組裝圖進(jìn)行面板拼裝，用橫向鋼圍檁(造型木與槽鋼連接后的總稱)定位。隨后安裝DOKA木工字梁，完成該塊模板。為保證TOP50大模板體系的剛度和整體性，在水平鋼圍檁上焊兩道豎向鋼管和八字撐。

(2)上層平臺組裝：模板頂部安裝三角架，龍骨固定后安裝腳手板，用釘子固定。最后安裝踢腳板和欄桿螺栓。

2.2 外罐模板施工

LNG外罐施工中，整個模板體系的安裝是通過第一、二層施工逐步完成。從第三層開始，形成完整體系，作為標(biāo)準(zhǔn)層施工直至外罐頂部(不包含環(huán)梁)。

(1)第一層模板：承臺上安裝并固定內(nèi)模剪刀撐與豎向鋼圍檁，將內(nèi)模吊裝至豎向鋼圍檁處，調(diào)整模板位置和垂直度，相鄰的兩片模板安裝后用連接板固定，形成一個大筒狀結(jié)構(gòu)。隨后安裝外模，調(diào)整模板的垂直度和斷面尺寸，依次完成外圈模板的組裝。

(2)懸掛平臺(中平臺)與掛架：第一層墻體施工完畢后，進(jìn)行第二層鋼筋網(wǎng)片、預(yù)應(yīng)力等施工，完成后放下面板進(jìn)行中平臺和F150掛架安裝。

(3)第二層模板：使用塔吊將模板提升至第二層，安裝于中平臺上，校正好模板半徑和垂直度，澆筑混凝土。

(4)下掛平臺：在第二層模板安裝好后就可將下掛平臺內(nèi)方管安裝到爬升掛架上，模板提升至第三層后固定于外墻，下方安裝腳手板并滿掛密目安全網(wǎng)。

(5)標(biāo)準(zhǔn)模板安裝流程：第三層以上為標(biāo)準(zhǔn)層施工(五號溝LNG外罐施工共分九層)，爬升模板系統(tǒng)已經(jīng)構(gòu)成了一個完整的整體。簡單的工藝流程：前一段墻體混凝土澆筑→鋼筋及波紋管預(yù)埋安裝→移開模板并提升至上一層→調(diào)整模板使之緊貼混凝土面→本段混凝土澆筑。

3 其他施工工藝

由于 DOKA模板的上平臺和模板連成一體，不用反復(fù)拆裝，因此在外罐墻體施工中，除第一層外墻施工是在承臺上完成以外，其余八層都借助此平臺進(jìn)行主要施工流程，包括鋼筋綁扎、預(yù)應(yīng)力工程、混凝土澆筑等，方便快捷，能夠完成整個儲罐的墻體施工。

3.1 鋼筋綁扎

該工藝流程如下：內(nèi)側(cè)鋼筋網(wǎng)片安裝(單層)→外側(cè)鋼筋網(wǎng)片安裝(單層)→拉鉤安裝。

鋼筋網(wǎng)片在施工現(xiàn)場平地上進(jìn)行綁扎，按要求搭接并采有“8”字筋固定，完成后使用塔吊進(jìn)行網(wǎng)片吊裝，后采用拉鉤固定兩片鋼筋網(wǎng)。

3.2 預(yù)應(yīng)力工程

主要為預(yù)應(yīng)力波紋管的預(yù)埋，包括豎向和環(huán)向兩種。環(huán)向波紋管穿越鋼筋網(wǎng)片與扶壁柱的錨座相連。在混凝土澆筑前、后都須逐根進(jìn)行“通球”檢驗(yàn)，合格后兩端進(jìn)行封堵，確保暢通，不影響預(yù)應(yīng)力穿索、灌漿和張拉。

3.3 混凝土澆筑

鋼筋、預(yù)應(yīng)力、模板等安裝檢查完畢后，進(jìn)行混凝土澆筑施工。核對混凝土強(qiáng)度等級和配合比，采用泵車進(jìn)行分層澆筑，確保第二層混凝土的澆筑時間控制在第一層混凝土初凝時間內(nèi)進(jìn)行，澆筑中使用插入式振動棒，確?；炷琳駬v密實(shí)。

4 DOKA模板安全設(shè)計(jì)

為確保 LNG儲罐的容積以及穩(wěn)定，其外墻都為圓筒造型、弧形結(jié)構(gòu)，五號溝 LNG儲罐也不例外。DOKA模板體系中，由膠合板、木工字梁H20和造型木三者有機(jī)結(jié)合，鋼圍檁作為主龍骨最終承受施工過程中全部混凝土的側(cè)壓力。模板之間主要通過連接件定位相連，從而使整個 LNG儲罐外墻模板形成一個整體系統(tǒng)。因此，該模板的安全因素考慮十分周全，完全滿足施工安全要求。

4.1 支撐和錨固系統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)

(1)豎向鋼圍檁是模板的水平鋼圍檁和剪刀支撐及聯(lián)結(jié)支撐桿間的連接件，是板面系統(tǒng)的主受力構(gòu)件，符合承受力要求。

(2)設(shè)置抗風(fēng)拉帶固定鋼筋網(wǎng)片。三段抗風(fēng)拉帶分別固定在上層平臺三角架的根部拉住鋼筋網(wǎng)片；連接上層平臺的根部和爬升掛架的根部；以及將爬升掛架與前一層爬升錐連接。

(3)剪刀撐作為支撐體系，輕松實(shí)現(xiàn)整個爬升模板的前進(jìn)及后退移動工作，并鎖定位置，安全可靠。

(4)錨固系統(tǒng)。模板通過承重托架150F懸掛在爬升錐上，爬升錐是該系統(tǒng)的主要受力點(diǎn)，不僅要承受模板自重以及施工荷載，還要承受自然因素引起的各種荷載變化。因此，爬升掛架設(shè)有與爬升錐配合使用的安全插銷，作為重要構(gòu)件鎖定爬升掛架，防止脫離，為安全提供保障。

4.2 各層平臺的安全設(shè)計(jì)

所有的墻體施工都在 DOKA模板上進(jìn)行，因此該三層平臺堆物荷載不得超過平臺的設(shè)計(jì)荷載，上平臺承受最大荷載為1.50 kN/m2，主平臺承受最大荷載為3.0 kN/m2，下平臺承受最大荷載為0.75 kN/m2。施工中，嚴(yán)格控制模板三層平臺各種材料允許堆放的物品、堆載重量及作業(yè)人員上限的要求，并注意保證通道的暢通。

5 五號溝外罐D(zhuǎn)OKA模板的特點(diǎn)

LNG儲罐采用圓筒狀結(jié)構(gòu)，之前的外墻厚度從上至下是一致的。但五號溝的 LNG儲罐則不同，板墻出現(xiàn)了變截面，即儲罐墻體的第一、二層設(shè)計(jì)采用了較少見的斜坡式板墻(變截面)，這是上海首例采用該設(shè)計(jì)方案。圖1為儲罐外墻變截面層。

圖1 儲罐外墻變截面層示意

圖中可以看出，以承臺頂面標(biāo)高為±0.000 m，墻體變截面為0 ～7.2 m(其中導(dǎo)墻0.2 m，墻體第一、二段每段高度為3.6 m)，墻體截面厚度由800 mm，逐漸變?yōu)?50 mm，墻體7.2 m以上為等截面。

由于變截面的存在，使得LNG墻體的外直徑發(fā)生了變化，因此模板的設(shè)計(jì)在施工前就要考慮到這一點(diǎn)。對此，五號溝項(xiàng)目中主要通過改變連接板和梯形插板解決該技術(shù)難題。

5.1 導(dǎo)墻模板設(shè)計(jì)

由于0.2 m高的導(dǎo)墻與LNG儲罐承臺混凝土一起澆筑，因此在承臺鋼筋綁扎完畢后就要進(jìn)行導(dǎo)墻模板施工。該模板采用DOKA模板的造型木作為圍檁進(jìn)行制作，采取一塊搭一塊的方式進(jìn)行安裝。由于外側(cè)導(dǎo)墻模板安裝時內(nèi)傾(導(dǎo)墻上口半徑比下口半徑小)，需在面板下口進(jìn)行裁切以保證與承臺面混凝土的貼合。

5.2 連接板的改造

外墻直徑的變化直接造成了首段、第二段及標(biāo)準(zhǔn)段鋼圍檁連接板的開孔位置不同。如果特地加工前兩層的連接件，則會發(fā)生材料的浪費(fèi)現(xiàn)象。因此通過改進(jìn)連接板系統(tǒng)，設(shè)計(jì)成可調(diào)節(jié)的腰子眼開孔及楔形銷釘設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)利用通用的連接板實(shí)現(xiàn)變截面的模板半徑變化，見圖2和圖3。

圖2 連接件對比

圖3 連接件改進(jìn)

連接板上的連接孔改為拉長的腰子眼，配合改進(jìn)后的變徑楔形銷釘(鋼圍檁上的銷釘孔也隨之改變)，適應(yīng)第一、二層墻體變截面施工需求。而標(biāo)準(zhǔn)層施工的時候，連接板與槽鋼的銷釘孔完全重合，則可以將銷釘整根插入，適合不同的施工層。

5.3 面板插板的改變

雖然變截面的存在導(dǎo)致第一、二層模板與標(biāo)準(zhǔn)層不同，但由于大模板的拼裝都是事先在現(xiàn)場平地上完成，操作步驟比較繁瑣，為了加快施工進(jìn)度并節(jié)省模板材料，不可能進(jìn)行特制，因此變截面層的模板仍采用矩形的通用大模板。變截面給同一層模板帶來上下口周長不同、截面不同的問題，因此施工中必須通過上窄下寬的梯形插板來解決這個難題，而非按標(biāo)準(zhǔn)層那樣使用矩形插板，見圖4。

圖4 第一、二層梯形插板示意

控制模板上下口截面是保證墻板斜截面核心的控制要點(diǎn)，由于模板下口緊貼下層已經(jīng)澆筑成型的混凝土，尺寸無法改變，所以主要以控制上口為主。

由于儲罐混凝土外墻上部受側(cè)壓相對較小，罐壁不需要像底部那么厚，因此變截面的設(shè)計(jì)應(yīng)運(yùn)而生，這樣可以減少上部混凝土的用量，符合目前社會上綠色節(jié)能的趨勢。所以，墻體截面形式的優(yōu)化是現(xiàn)在LNG儲罐的主流設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)的改進(jìn)勢必在一定程度上需要大模板體系的改變，雖然通常情況下變化較小，但在規(guī)范允許的范圍內(nèi)通過改變模板的連接方式和梯形插板來調(diào)整模板的狀態(tài)，以達(dá)到盡可能簡化模板數(shù)量、節(jié)省工程投資的效果。

6 DOKA模板的應(yīng)用分析

在 LNG儲罐建造乃至整個并且建筑工程模板領(lǐng)域，DOKA是國際上公認(rèn)的模板專家，并通過長時間的施工實(shí)踐累積了豐富的工程模板相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，是完全符合國內(nèi)施工需要的完美模板系統(tǒng)，使其具有較高的現(xiàn)場實(shí)用性和較優(yōu)的性價(jià)比。

五號溝LNG工程中，外罐施工采用的DOKA模板吸收了滑模和大模板兩者的優(yōu)點(diǎn)，能像滑模一樣以墻體為支承點(diǎn)，利用爬升系統(tǒng)自下而上逐層爬升，又與大模板支模形式相似，能得到大面積支模的效果。除了LNG領(lǐng)域，爬升模板在橋墩、筒倉、煙囪和高層建筑等高度較大、形狀比較簡單、墻壁較厚的模板工程中得到大量應(yīng)用。由于 DOKA模板不需要連續(xù)爬升施工，因此工人操作較易掌握。且該模板施工是在混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后再脫模，混凝土結(jié)構(gòu)尺寸和表面質(zhì)量都較好，施工也較安全可靠。

由于上海地區(qū)天然氣的用量逐年增加，日需求量不斷上升，萬一上游氣源出現(xiàn)問題，五號溝LNG作為事故應(yīng)急儲備氣源及時發(fā)揮作用。同時，為延長上海用氣應(yīng)急保障的天數(shù)，此次擴(kuò)建工程同時進(jìn)行兩臺儲罐施工，共計(jì)20萬m3，在確保安全和質(zhì)量的前提下，對工期也有一定的要求。在此背景下，DOKA模板的應(yīng)用則充分地體現(xiàn)了它的優(yōu)勢。

(1)DOKA模板擺脫了自下而上龐大的腳手架系統(tǒng)，克服了空間制約問題，節(jié)省出大量的施工空間。此項(xiàng)目是兩臺儲罐一同建造，距離較近，所以對這種存在臨近建筑物的作業(yè)、物流、調(diào)度等方面，該模板工藝提供了更大的施展余地，加快了施工節(jié)奏。

(2)各層作業(yè)平臺實(shí)現(xiàn)了施工材料周轉(zhuǎn)循環(huán)使用的想法，并提供了充分的材料堆疊空間，且不影響作業(yè)通道，體現(xiàn)了材料供應(yīng)的保障性和流轉(zhuǎn)性，使工作更有序、更便捷。

(3)五號溝工程位于長江口，受臺風(fēng)、雨水等自然因素影響較大，但 DOKA模板卻受惡劣天氣影響相對較小。由于爬升腳手架始終固定在 LNG外罐混凝土結(jié)構(gòu)上，堅(jiān)實(shí)牢固，除遇到特別惡劣天氣狀態(tài)外，幾乎可以在任何情況下進(jìn)行模板和平臺的安全施工。

(4)鑒于 DOKA模板的可靠性、安全性、快速組裝時效性，使得施工進(jìn)度加速有了客觀條件的保證，不再受到施工方法的限制，從技術(shù)層面上加快了施工進(jìn)度的可能，再配合組織、經(jīng)濟(jì)、信息等手段，為工程盡快竣工提供了條件。

總的來說，五號溝 LNG外罐施工模板完全拋棄了傳統(tǒng)的腳手架搭設(shè)、人工拼裝模板的做法，采用地面組裝、高空安裝的方法，具有簡便靈活的特點(diǎn)，可以有效的節(jié)約大批勞動力的投入，同時大大減少了高空作業(yè)的不安全性，顯著的提升了工效，使這一施工環(huán)節(jié)在造價(jià)、進(jìn)度、質(zhì)量、安全等各方面都有了更好的控制和管理。

7 結(jié)語

上文闡述了 DOKA模板應(yīng)用在上海五號溝LNG擴(kuò)建工程儲罐外墻施工中的技術(shù)要點(diǎn)、DOKA模板的特點(diǎn)和適用性、DOKA模板在LNG外罐施工中具有的獨(dú)特優(yōu)勢。此外，鑒于本次擴(kuò)建工程中LNG墻體變截面設(shè)計(jì)的特殊性，該模板在實(shí)際使用過程中進(jìn)行了細(xì)節(jié)方面的改造，使 DOKA模板的應(yīng)用更加具備通用性。隨著 DOKA模板的成熟運(yùn)用，應(yīng)在 LNG工程領(lǐng)域得到積極推廣，充分發(fā)揮其技術(shù)先進(jìn)、安全可靠、經(jīng)濟(jì)高效的特性。