大直徑筒倉(cāng)錐頂施工方法分析

王進(jìn)良

中國(guó)電建集團(tuán)河北工程有限公司，河北 石家莊 050000

筒倉(cāng)建設(shè)和發(fā)展到現(xiàn)在已有兩百多年，初期建造結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土筒倉(cāng)，因施工技術(shù)以及使用要求的限制，直徑都相對(duì)較小，大直徑筒倉(cāng)是隨建造技術(shù)與設(shè)計(jì)技術(shù)的不斷發(fā)展而出現(xiàn)的。20世紀(jì)80年代,法國(guó)南特爾糖廠成功建成一座總貯量達(dá)7萬(wàn)t的鋼索預(yù)應(yīng)力筒倉(cāng)——南特爾預(yù)應(yīng)力筒倉(cāng)，該筒倉(cāng)內(nèi)徑約為47.5m，高度為54m。法國(guó)同時(shí)代建設(shè)的布瓦里糧倉(cāng)，筒倉(cāng)直徑接近53m，高度接近34m，貯量達(dá)到6萬(wàn)t。隨著電力、糧食加工業(yè)、礦業(yè)等行業(yè)的不斷發(fā)展，散裝物料運(yùn)輸、貯存數(shù)量逐漸增多，在這種情況下，世界各地紛紛開(kāi)始建造大容量鋼筋混凝土筒倉(cāng)，以滿足日益擴(kuò)大的社會(huì)需求。

預(yù)應(yīng)力混凝土筒倉(cāng)具有體積大、占地較少、運(yùn)行費(fèi)用較低、卸料順暢、環(huán)境影響小、粉塵易控等優(yōu)點(diǎn)，隨著國(guó)家現(xiàn)有煤炭環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的提高和人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，尤其是在電力工業(yè)、化學(xué)工業(yè)等以煤炭為原料的行業(yè)，鋼筋混凝土大直徑儲(chǔ)煤筒倉(cāng)逐漸成為行業(yè)發(fā)展的主流。同時(shí)，鋼筋混凝土筒倉(cāng)垂直高度、直徑隨著不斷加大，對(duì)筒倉(cāng)頂蓋工程管理提出了更高的要求。筒倉(cāng)頂部結(jié)構(gòu)主要有錐殼、梁板結(jié)構(gòu)、網(wǎng)架、球殼等多種形式。斜錐頂殼支撐體系問(wèn)題一直是鋼筋混凝土倉(cāng)頂錐殼結(jié)構(gòu)筒倉(cāng)工程的難點(diǎn)和重點(diǎn)。文章所提施工方法主要針對(duì)大直徑筒倉(cāng)斜錐頂殼施工，簡(jiǎn)易優(yōu)化，成本費(fèi)用低，安全性可靠性高。以華電裕華熱電筒倉(cāng)項(xiàng)目和廣西華誼工業(yè)氣體島項(xiàng)目卸儲(chǔ)煤裝置筒倉(cāng)工程為例，應(yīng)用該施工方法，優(yōu)化施工資源，節(jié)約施工工期，取得了良好經(jīng)濟(jì)效益。

1 施工工藝原理

常規(guī)筒倉(cāng)錐頂施工采用滿堂腳手架、中心局部腳手架支撐平臺(tái)或中心鋼結(jié)構(gòu)支撐平臺(tái)等，常規(guī)施工方法僅中心支撐構(gòu)造便較煩瑣、施工周期長(zhǎng)、占用資源多且高空作業(yè)暴露時(shí)間長(zhǎng)、對(duì)結(jié)構(gòu)核算要求高，主受力為中心支撐結(jié)構(gòu)，如混凝土澆筑中控制不當(dāng)，中心結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性不夠，極易在頂蓋澆筑中模板變形，甚至發(fā)生事故。文章所提施工工藝方法主受力結(jié)構(gòu)為懸挑輻射鋼梁，中心塔吊標(biāo)準(zhǔn)節(jié)支撐為副受力結(jié)構(gòu)，HW350型鋼+Ф219鋼管斜撐將支撐上部結(jié)構(gòu)70%的重量，中心標(biāo)準(zhǔn)節(jié)支撐作為提高整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的支柱，整個(gè)平臺(tái)單個(gè)構(gòu)件最重為1.5t，由現(xiàn)場(chǎng)6t塔吊組合安裝，鋼平臺(tái)施工完成后進(jìn)行斜錐頂殼支模架搭設(shè)，隨后進(jìn)行斜錐頂殼澆筑，澆筑斜錐頂殼時(shí)先澆筑頂環(huán)梁的上部和天溝平臺(tái)，其強(qiáng)度達(dá)到75%時(shí)，錐殼鋼筋網(wǎng)下端已形成固定端，再澆筑斜錐頂殼，施工縫留置在陰角處。待筒倉(cāng)頂蓋施工完成后從頂板預(yù)留洞口處將錐殼臨時(shí)支撐材料拆除。

筒倉(cāng)頂殼施工技術(shù)具有非常完整的使用功能，采用中心柱周轉(zhuǎn)使用、吊裝和拆除，工業(yè)化、機(jī)械化程度較高，在相同規(guī)模電廠設(shè)計(jì)日趨標(biāo)準(zhǔn)化的今天，預(yù)計(jì)能周轉(zhuǎn)用于6個(gè)同直徑圓形筒壁，周轉(zhuǎn)率較高，符合建筑行業(yè)綠色施工標(biāo)準(zhǔn)，目前已周轉(zhuǎn)于3個(gè)同直徑的圓形筒壁結(jié)構(gòu)，降低了工程成本。作為一種新型施工工藝，該方法操作簡(jiǎn)單、方便，施工速度快，工程質(zhì)量好，且混凝土表面平整光潔。

2 施工工藝流程及相關(guān)參數(shù)

2.1 工藝流程

該方法的工藝流程為筒倉(cāng)倉(cāng)壁砼施工（同時(shí)中心支撐節(jié)安裝）→倉(cāng)壁及倉(cāng)頂環(huán)梁預(yù)埋鋼板（輻射鋼梁加工）→焊接中心鋼平臺(tái)→焊接中心鋼平臺(tái)→焊接輻射梁→搭設(shè)錐殼腳手架→斜錐殼施工→搭設(shè)56m層梁板腳手架→56m層梁板施工→腳手架拆除→鋼平臺(tái)拆除。

2.2 相關(guān)參數(shù)

（1）技術(shù)參數(shù)。項(xiàng)目筒倉(cāng)直徑為27m，壁厚為400mm，絕對(duì)標(biāo)高3.7m（筏板頂）～13.3m為筒壁，13.3m～50.9m為倉(cāng)壁。倉(cāng)壁頂環(huán)梁尺寸為700mm×2000mm，倉(cāng)頂為錐殼結(jié)構(gòu)，與水平面夾角為42.68°，殼壁厚度350mm，殼頂為一半徑為8m的封頂環(huán)梁。封頂環(huán)梁層為56.3m（絕對(duì)標(biāo)高）結(jié)構(gòu)層，橫縱向各3道混凝土結(jié)構(gòu)主梁，中間若干次梁。

（2）輻射鋼梁參數(shù)。主梁型號(hào)為HW350×350×12×19，長(zhǎng)度為12m，單倉(cāng)有36根，沿倉(cāng)頂環(huán)梁均布，一端焊接在環(huán)梁預(yù)留埋件上，另一端架在中心支撐平臺(tái)并與平臺(tái)梁焊接。斜撐梁型號(hào)為Ф219×6，長(zhǎng)度為6m，主要設(shè)置在輻射梁近環(huán)梁端，用以支撐錐殼，距節(jié)點(diǎn)垂直高度為3m。

（3）中心支撐參數(shù)。中心支撐構(gòu)件為12節(jié)16t塔吊標(biāo)準(zhǔn)節(jié)，主尺寸為2m×2m×3m，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)立柱為L(zhǎng)200×20的等邊角鋼，斜撐及橫撐為L(zhǎng)110×14等邊角鋼組成的支架結(jié)構(gòu)，中心支撐頂部焊接由HW350×350×12×19型鋼組合而成的4m×4m框架，以架設(shè)輻射梁。中心支撐每15m設(shè)置橫撐與筒倉(cāng)筒體連接，以保證中心支柱的穩(wěn)定性，每層橫撐為長(zhǎng)12m的Ф219×6鋼管，其一端焊接鋼翼板與筒體頂緊，另一端設(shè)置可調(diào)節(jié)頂絲與中心支撐標(biāo)準(zhǔn)節(jié)連接，通過(guò)每層橫撐使中心支撐與筒體形成整體。

（4）平臺(tái)架體參數(shù)。在倉(cāng)內(nèi)+49.3m鋼平臺(tái)上，分別沿輻射梁方向以及環(huán)向進(jìn)行鋼管腳手架搭設(shè)，鋼管的尺寸為Ф48×3.0，在搭設(shè)之前首先在型鋼梁上焊接Ф25鋼筋頭（100mm長(zhǎng)）作為限位。錐殼腳手架立桿沿鋼梁方向間距1.2m，環(huán)向間距1m，當(dāng)支撐腳手架的豎向受力桿未直接撐在型鋼上時(shí)，采用18#槽鋼設(shè)置次梁，次梁架在型鋼翼緣上與翼緣焊接（部分次梁未設(shè)置處架體采用八字撐加強(qiáng)立桿），使立桿受力均勻傳遞至型鋼上，水平桿步距為1.2m。56.3m層梁腳手架搭設(shè)立桿橫縱間距為1m，水平桿步距為1.2m。板底立桿橫縱間距為1m，水平桿步距為1.2m。

（5）平臺(tái)荷載的確定。①恒荷載。倉(cāng)頂錐殼（50.9～54.7m）砼量為139m3；錐頂小環(huán)梁（56.3m）砼量為34m3；倉(cāng)頂梁（56.3m）砼量為62m3，倉(cāng)頂板（56.3m）砼量為21m3，倉(cāng)頂錐殼與56.3m平臺(tái)模板量為712.8m3；倉(cāng)頂錐殼的鋼管腳手架重量為9.7t；梁板腳手架自重為8.6t。錐殼施工時(shí)的恒載為3208.6kN。梁板施工時(shí)單次最大恒載為1736.9kN。②活荷載。操作人員荷載為80kg×10人=8kN；振搗荷載為2kPa×1.5m×2m=6kN。③錐殼施工時(shí)為單次澆筑最大總施工荷載：∑N=3208.6+1.4×（6+8）=3228.2kN。將上述荷載數(shù)值輸入計(jì)算鋼結(jié)構(gòu)軟件，驗(yàn)算全部型鋼是否滿足現(xiàn)場(chǎng)荷載要求，計(jì)算結(jié)果顯示所選用型鋼結(jié)構(gòu)支撐體系滿足施工需要。

3 施工過(guò)程控制

（1）輻射平臺(tái)鋼梁的選用應(yīng)符合《熱軋H型鋼和部分T型鋼》（GB/T 11263—2017）的有關(guān)規(guī)定。腳手架所用鋼管須符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《直縫電焊鋼管》（GB/T 13793—2016）中所規(guī)定的Q235鋼管要求，不得現(xiàn)場(chǎng)使用存在彎曲、嚴(yán)重銹蝕、變形及裂紋的鋼材。

（2）主輻射鋼梁選用HW350×350×12×19型鋼，斜支撐選用φ219×6的鋼管。鋼平臺(tái)上模板支撐架采用Φ48×3.0鋼管。預(yù)埋件參考《16G362 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)預(yù)埋件》確定，選用厚12mm的鋼板。

（3）中心支撐使用12節(jié)2m×2m×3m的16t塔吊標(biāo)準(zhǔn)節(jié)。

（4）模板支架鋼管的尺寸和表面質(zhì)量應(yīng)符合以下規(guī)定：①鋼管表面應(yīng)平直和光滑,不應(yīng)有錯(cuò)位、裂縫、分層、硬彎、結(jié)疤、毛刺、壓痕和較深的劃道；②鋼管斷面、外徑、壁厚等偏差應(yīng)符合目前規(guī)范《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范》（JGJ 130—2011）的相關(guān)要求。

4 支撐架及平臺(tái)拆除

（1）腳手架拆除。腳手架的拆除需按《建筑施工腳手架安全技術(shù)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》（GB 51210—2016）第9.0.8條，《建筑施工模板安全技術(shù)規(guī)范》（JGJ 1621—2018）第7.4條執(zhí)行。

（2）中心支撐平臺(tái)的拆除作業(yè)。中心鋼平臺(tái)拆除需遵循先裝后拆的施工工藝，充分利用孔洞口（頂板最大孔洞尺寸為2.1m×5.2m，輻射梁和支撐最大寬度為3m），對(duì)稱拆卸輻射鋼梁，采用塔吊機(jī)械配合人工拆除，且及時(shí)運(yùn)走。拆除步驟如下：拆除槽鋼次梁等一些平臺(tái)輔配件；逐一對(duì)稱拆除輻射主梁及斜支撐；采用塔吊加人工輔助拆除，最后拆除塔吊標(biāo)準(zhǔn)節(jié)。操作平臺(tái)拆除屬于高空作業(yè)拆除，危險(xiǎn)性較大，應(yīng)做好相關(guān)安全拆除措施：第一，作業(yè)人員需體檢確定身體狀況良好可從事高空作業(yè)，并做好技術(shù)、安全交底相關(guān)教育培訓(xùn)，作業(yè)時(shí)正確佩戴安全帶；第二，筒倉(cāng)壁及頂環(huán)梁施工完成后保留原有筒倉(cāng)壁施工翻模三角架平臺(tái)，作為鋼平臺(tái)安拆作業(yè)平臺(tái)；第三，對(duì)主梁鋼梁以及筒倉(cāng)鐵件連接處進(jìn)行切割拆除，進(jìn)行切割作業(yè)前將塔吊鋼絲繩預(yù)先與型鋼捆綁，使鋼絲繩剛好處于緊繃狀態(tài)，確保其拉力等于型鋼自重，以免焊口隔斷瞬間型鋼產(chǎn)生較大晃動(dòng)，焊口割除后由塔吊通過(guò)頂板洞口吊運(yùn)型鋼。

5 結(jié)論

對(duì)大直徑非核心筒結(jié)構(gòu)筒倉(cāng)斜錐頂殼施工而言，采用型鋼輻射梁加塔吊標(biāo)準(zhǔn)節(jié)作為錐頂施工操作平臺(tái)，既滿足施工要求也解決了倉(cāng)頂結(jié)構(gòu)重載施工支撐問(wèn)題。該技術(shù)具有施工快、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好、安全性能高等特點(diǎn)，值得進(jìn)一步推廣應(yīng)用。