大直徑筒倉鋼筋混凝土錐斗模板的設(shè)計與施工

費亞強 陳志達 張 元

中國一冶集團有限公司 上海 200443

1 工程概況

廣東東莞市虎門港麻涌港區(qū)新沙南作業(yè)區(qū)2#、3#泊位散糧倉庫三期工程，為大直徑筒倉結(jié)構(gòu)，新建筒倉設(shè)有A、B兩組筒倉群，單倉容積15 000 t；A、B組分別以7×2形式排列，共計有28個單倉，倉容總量420 000 t。筒倉單倉內(nèi)徑30 m，倉壁厚度為300 mm，倉體檐口高36 m，倉頂高42 m。

本工程中大直徑筒倉下層底板結(jié)構(gòu)設(shè)計有9個錐漏斗，其中5個為矩形混凝土錐斗，4個為圓形鋼錐（圖1）。錐斗混凝土模板支設(shè)是錐斗混凝土結(jié)構(gòu)施工過程中的重要工序，通常在錐斗施工時受空間所限，模板支設(shè)具有施工復(fù)雜、難度大等特點。而支模好壞往往影響到錐斗的施工安全和結(jié)構(gòu)質(zhì)量。

圖1 倉底板平面示意

本倉倉底結(jié)構(gòu)形式為大體積鋼筋混凝土厚板，板厚600 mm，倉底板5個矩形混凝土錐斗，倉底板上表面絕對高程5.00 m，錐斗水平夾角為50°（圖2）。錐斗上壁厚470 mm，下壁厚250 mm。

倉下層底板在錐斗處設(shè)剪力墻，墻厚150 mm，高1 792mm。剪力墻呈“井”字分布，由20根“十”字形混凝土柱和筒體壁、側(cè)邊剪力墻結(jié)構(gòu)共同作為下倉混凝土底板支撐體系，錐斗由混凝土底板懸掛支撐。錐斗上口和下口都呈方形，上口邊長為9 180 mm，下口邊長為1 000 mm，錐斗垂直高度3 000 mm。

圖2 錐斗剖面示意

2 重、難點分析

現(xiàn)代工業(yè)糧食倉儲項目中，大直徑筒倉下層底板通常設(shè)計有若干個漏糧錐斗，錐斗底部通常距地面3.5～5.5 m，且錐斗往往呈矩形。在大直徑筒倉施工中，倉下層底板錐斗施工中的模板設(shè)計是混凝土施工過程中的一個重要 環(huán)節(jié)。

錐斗施工通?？臻g受限，安全風(fēng)險大但精度要求高。斜面模板在支設(shè)過程中面臨著操作難度大、施工周期長且外觀成形質(zhì)量難以保證等問題。所以必須保證模板支架的剛性和整體穩(wěn)定性，以減少在混凝土澆筑過程中產(chǎn)生的模板變形、移位等不利因素。做好模板設(shè)計可為模板支設(shè)作業(yè)提供強有力的技術(shù)保障[1-3]。

3 模板設(shè)計及思路

目前，錐斗模板往往有3種類型：木模板、鋼模板和鋁合金模板等。

木模板的特點主要包括以下幾方面：加工快，成本低；但周轉(zhuǎn)次數(shù)少、加工精度低及模板剛度難以達到整體支模技術(shù)要求。

鋼模板相對木模板而言，具有明顯的優(yōu)越性，能夠有效克服木模板存在的諸如模板體系剛度不足和模板整體尺寸精度不高、重復(fù)使用次數(shù)較低等明顯缺點；但設(shè)計制作周期長，一次性投入成本較高。

鋁合金模板相對于上述2種模板而言具有更大的優(yōu)越性，但技術(shù)方案要求更高、更復(fù)雜，一次性投入的成本費用更大，只有投入到大規(guī)模批量的流水作業(yè)中，才能提升其性價比。

考慮到現(xiàn)場實際及施工過程中的特點和難點，選擇一種拼裝式組合模板和組合式支撐架設(shè)計，通過建立一種有別于傳統(tǒng)的鋼模板及支撐系統(tǒng)的模型，可有針對性地避免甚至利用不利條件解決施工過程中容易產(chǎn)生的安全風(fēng)險和質(zhì)量問題。

拼裝式組合模板和組合式支撐架設(shè)計時需要考慮模板系統(tǒng)具有制作簡單、連接平整緊密、安裝拆卸簡便快速、可操作性強，并保證有效重復(fù)利用、方便運輸?shù)奶攸c。在模板設(shè)計時，根據(jù)工程實體結(jié)構(gòu)特點、工藝要求和實際施工可操作性等進行分析，擬訂模板及支撐系統(tǒng)的思路 如下。

3.1 模板區(qū)塊分解

1）本工程中錐斗部位洞口上口尺寸為5 500 mm× 5 500 mm，下口尺寸為1 000 mm×1 000 mm，垂直高度為3 000 mm（傾斜高度為3 420 mm）。

2）組裝式組合模板分段。根據(jù)筒倉錐斗截面尺寸、形狀，為減輕安裝操作質(zhì)量和方便工廠加工制作、運輸、組合，將模板按斜高全高的1/2分成2個單元節(jié)段（其下部底口為縮徑部分，可單獨分成一個整體節(jié)段）鋼模板 （圖3）。

圖3 模板節(jié)段分段示意

3）單元節(jié)段設(shè)計。將上述每單元節(jié)段分成4個單片模板面板，單片模板面板由薄鋼板、矩形方鋼加強肋骨架、連接插銷件等構(gòu)成，單元節(jié)段之間采用固定銷鍵進行連接（圖4）。

圖4 組合可拼裝式鋼模板組成

4）單片模板加固設(shè)計。為加強單片模板剛度，在單片模板外側(cè)設(shè)置加強骨架，加強骨架采用矩形鋼管與板面焊接連接。此外，在每片模板外周邊四周設(shè)置50 mm×6 mm加強邊角鋼。

5）模板連接件。模板之間夾角處用包邊角鋼固定，包邊角鋼設(shè)有模板加固拉條連接板，連接板與角鋼焊接組成連接零件（圖5）。

6）模板緊固連接。在每節(jié)模板上下位置分別設(shè)有2個對拉緊固連接裝置。緊固裝置由拉條、模板加固拉條連接板、插銷鍵組成。其中加固拉條連接板采用鋼板（厚12 mm），拉條每端設(shè)有連接板通過與包邊角鋼上的連接拉板利用銷鍵固定（銷鍵直徑20 mm），以方便安拆 （圖6）。

圖5 包角角鋼示意

圖6 上下節(jié)段連接示意

7）每節(jié)段之間連接。節(jié)段之間連接采用角鋼、插銷鍵組成。每節(jié)段在上下端均焊接有連接緊固的角鋼（上下節(jié)連接處角鋼分別為50 mm×6 mm、100 mm×63 mm× 6 mm），上下節(jié)段通過角鋼用銷鍵進行連接，采用75 mm×50 mm×10 mm角鋼以方便安拆（見圖6）。

3.2 鋼模支撐架

組合鋼模板及支撐體系模型如圖7所示。

圖7 組合鋼模板及支撐體系模型

3.2.1 工具式支撐架系統(tǒng)組成

支撐架系統(tǒng)主要由調(diào)節(jié)用的千斤頂、標(biāo)準(zhǔn)架體、調(diào)節(jié)頂絲桿及標(biāo)準(zhǔn)架體之間的連接桿組成?？紤]在均衡受力的狀態(tài)下進行受力分析計算，得出：單套錐斗模板系統(tǒng)按照每個斜面設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)架體1個，共4個標(biāo)準(zhǔn)架體。每個標(biāo)準(zhǔn)架體上下各有4個接觸點，所以單套錐斗模板系統(tǒng)中千斤頂和調(diào)節(jié)頂絲桿都各自按照16個進行設(shè)置（圖8）。

3.2.2 標(biāo)準(zhǔn)支撐架

標(biāo)準(zhǔn)支撐架由60 mm×90 mm矩形鋼管構(gòu)成一種貝雷架體式樣，其幾何尺寸根據(jù)錐斗形狀、高度、下部洞口尺寸設(shè)計成形，貝雷架體上下節(jié)的連接采用快速承插式結(jié)構(gòu)，并通過插銷方式固定（圖9）。

3.2.3 調(diào)節(jié)頂絲桿

調(diào)節(jié)頂絲桿主要用于調(diào)整與錐斗模板體系的連接支撐，均勻頂在模板體系不規(guī)則的空間位置，通過絲扣頂緊上部錐斗模板，以保證模板拼接后的緊密性和平整性，并確保整個模板體系的穩(wěn)定性和可靠性。

圖8 工具式支撐架系統(tǒng)平面布置

圖9 標(biāo)準(zhǔn)支撐架

調(diào)節(jié)頂絲桿由絲桿和頂托板構(gòu)成，絲桿采用M35圓鋼經(jīng)過套絲加工成形。絲桿通過承插方式與標(biāo)準(zhǔn)節(jié)貝雷架體連接。

3.2.4 支架千斤頂設(shè)置

支架千斤頂主要用于調(diào)整整個支撐架體的水平和對上部錐斗模板的頂緊固定進行微調(diào)。

考慮到整個模板體系的穩(wěn)定性，千斤頂選用手動式圓盤薄型液壓千斤頂，其自身高度為96 mm，最大行程16 mm，缸體內(nèi)徑140 mm，單體頂升能力為100 t。

在采取了相應(yīng)的防傾倒和防滑動措施后，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)貝雷架體直接安裝在千斤頂上，以方便后期人工的快速安裝和拆卸。

4 安裝要點

4.1 工具式支撐架安裝

1）支撐裝置安裝前，先將下部基礎(chǔ)地面進行夯實、硬化、找平，然后將錐斗水平投影于下部基礎(chǔ)地面上。

2）先將千斤頂按支撐裝置的定位軸線定位放置于地面，再利用施工現(xiàn)場塔吊將第一節(jié)標(biāo)準(zhǔn)單元支撐裝置放置于千斤頂上，然后依次吊裝第二節(jié)、第三節(jié)標(biāo)準(zhǔn)單元支撐裝置，直至錐斗模板對應(yīng)的空間支撐位置，并逐一通過插銷裝置連接好各單元節(jié)，形成錐斗模板支撐平臺。

3）后在錐斗模板支撐平臺上安裝調(diào)節(jié)頂絲桿，調(diào)節(jié)頂絲桿的頂部要與待安裝的錐斗模板下表面留有一定的間隙，然后再通過支撐裝置底部設(shè)置的千斤頂對支撐裝置進行標(biāo)高微調(diào)，直至調(diào)節(jié)頂絲桿達到錐斗混凝土下表面的設(shè)計標(biāo)高（考慮模板支設(shè)厚度）為止。

4）當(dāng)每個單元標(biāo)準(zhǔn)支撐裝置安裝完成后，用連接桿件連接每組標(biāo)準(zhǔn)單元支撐裝置，最終形成整體穩(wěn)定的支撐裝置系統(tǒng)。

4.2 定型組合模板安裝

1）先在工廠將定型組合模板加工組成單元板片模板，然后運至施工現(xiàn)場。

2）在施工現(xiàn)場設(shè)置1個組拼平臺，然后在平臺上按錐斗外觀實際尺寸進行放線，根據(jù)放線尺寸，進行定型組合模板每一節(jié)段的裝配成形。

3）對裝配好的定型組合模板進行尺寸檢查，符合要求后再用塔吊將已拼裝好的每節(jié)定型組合模板按安裝順序逐一放置并牢固固定在已調(diào)節(jié)完畢的支撐裝置上，以實現(xiàn)后續(xù)錐斗混凝土的澆筑作業(yè)。

5 結(jié)語

傳統(tǒng)施工中，倉下層矩形錐斗混凝土結(jié)構(gòu)的支模形式一般采用從地面開始搭設(shè)腳手架支撐系統(tǒng)，支撐架完成后再安裝橫木、斜橫木支撐骨架、錐斗斜面模板等，并需要采用鐵釘釘牢。在安裝過程中，受空間和施工工藝限制，人員在安裝斜面模板的過程中，由于錐斗面呈斜面，操作面有限，存在人員站立不穩(wěn)、工作效率低下且不安全、安裝精度低、模板穩(wěn)定性差、易變形脹模等問題。錐斗澆筑成形后，錐斗模板拆除困難，損耗極大也導(dǎo)致周轉(zhuǎn)率降低。因工藝要求，在類似錐斗在設(shè)計圖紙中大量存在的情況下，如果采用傳統(tǒng)錐斗支撐方式，不僅不得不花費大量的人力、物力進行施工，而且對工期、安全、質(zhì)量都會產(chǎn)生不利影響。

本文主要針對錐斗混凝土模板及支撐特點，為解決傳統(tǒng)筒倉錐斗模板、支撐在施工中遇到的問題，對模板及支撐系統(tǒng)采用了一種新的組合方式，初衷是方便模板支設(shè)，減少工作量，創(chuàng)造安全的作業(yè)環(huán)境，縮短工期，提高施工精度和質(zhì)量，達到新式工具式支撐架和組裝式組合模板體系更好地用于支設(shè)該矩形錐斗施工的目的。在保證了模板支撐系統(tǒng)承受荷載穩(wěn)定的前提條件下，簡化了模板安裝，能夠保證錐斗混凝土精度和質(zhì)量要求，同時盡量減少支撐鋼管和木方使用量，并縮短施工時間，提高工效。

采用一種能拼裝組合式的鋼模板，如果能在制作設(shè)計方案上采用的比較合理，更能夠達到簡化、方便現(xiàn)有錐斗混凝土施工的目的。