水泥項目錐體模板自拆裝裝置及施工方法的開發(fā)

孫小永，樊良

中心錐體結(jié)構(gòu)是水泥工業(yè)項目特有的結(jié)構(gòu)類型，主要存在于生料均化庫、水泥庫庫體內(nèi)部，其施工難點主要是底部模板支撐結(jié)構(gòu)的設(shè)置。

當前水泥工程項目中的錐體結(jié)構(gòu)底部模板支撐施工技術(shù)主要分為兩大類：第一類為現(xiàn)澆模式，采用在錐體底部搭設(shè)支撐腳手架（或者類似支撐結(jié)構(gòu)）作為底模支撐；第二類采用預(yù)制整體式結(jié)構(gòu)替代底部模板支撐。前者在施工中應(yīng)用較為廣泛，但其存在支撐腳手架需求量大（150～300t，約占整個水泥項目腳手架采購量的15%～30%）、腳手架搭設(shè)技術(shù)難度相對較高、模板一次耗用量大（周轉(zhuǎn)性不強）、施工周期長、對施工人員技能水平要求高且人工耗費量大等諸多問題。后者作為近些年國內(nèi)外開始推廣應(yīng)用的技術(shù)，存在設(shè)計實體工程量較現(xiàn)澆模式略高，受庫體內(nèi)作業(yè)工況條件限制，吊裝作業(yè)難度較大，對吊裝設(shè)備依賴性較強（一般單塊預(yù)制混凝土塊為20～24t/塊，且在正常施工工藝流程下起吊高度達50～70m），作業(yè)環(huán)境可視性不強，預(yù)制構(gòu)件加固固定等操作施工難度過高且需投入較多輔助設(shè)施；預(yù)制構(gòu)件較長，質(zhì)量保障難度高，且在整個項目未規(guī)劃預(yù)制場地的前提下，僅就此部分進行預(yù)制，資源投入相對較高等不足。

為解決以上兩種施工技術(shù)存在的問題，我公司對水泥項目中心錐體結(jié)構(gòu)施工裝備進行了開發(fā)，并創(chuàng)新了施工方法，既發(fā)揮了現(xiàn)澆模式的優(yōu)勢，減少了工程量，又降低了項目腳手架周轉(zhuǎn)量及模板投入量，降低了施工操作技術(shù)難度，減少勞動力投入（尤其是技術(shù)工種投入），提升了施工效率；同時，提高了施工設(shè)備及相關(guān)配套裝備在各型錐體結(jié)構(gòu)及項目其他車間施工的通用性。

1 水泥項目錐體模板自拆裝裝置的開發(fā)

水泥項目錐體結(jié)構(gòu)模板自拆裝裝置由兩部分構(gòu)成，其一為模板自拆裝設(shè)備，除能滿足錐體結(jié)構(gòu)各層高截面規(guī)律性的變化外，還具備施工操作平臺功能，可實現(xiàn)錐體底部模板自拆裝功能；其二為自掛式弧度可調(diào)模板裝備，具備獨自承擔澆筑面上鋼筋混凝土及施工荷載的能力，同時可適應(yīng)錐體結(jié)構(gòu)各層高截面弧度的變化。

1.1 模板自拆裝設(shè)備的開發(fā)

1.1.1 模板自拆裝設(shè)備部件組成

自拆裝設(shè)備由中心頂撐、頂升套架、回轉(zhuǎn)總成、頂部固定平臺、平衡臂、模板自拆裝小車、通道及操作平臺等構(gòu)成。模板自拆裝設(shè)備總裝圖見圖1。

圖1 模板自拆裝設(shè)備總裝圖

1.1.2 模板自拆裝設(shè)備各部件功能及構(gòu)成

（1）中心頂撐：用于承載整個設(shè)備重量及作用于設(shè)備上的施工荷載。水泥工程項目中均配置有塔吊設(shè)施，且標準節(jié)配置較為充裕，故本設(shè)備采用塔吊標準節(jié)作為中心頂撐，一定程度上減少了設(shè)備投入。

（2）頂升套架：需具備整體提升/降低設(shè)備大臂高度的功能，且需滿足在不同頂升停止位置均能使設(shè)備運行的要求（此點與塔吊作業(yè)原理完全不同）。根據(jù)中心頂撐標準節(jié)高度3m的現(xiàn)狀，設(shè)定套件提升高度為0.5m/次，最大提升高度3m；在頂升0.5m、1.0m、1.5m、2.0m、2.5m時，設(shè)備均能正常運行，提升高度達到3m時，通過套件引入機構(gòu)引入標準節(jié)后設(shè)備可正常運行。

該頂升套架由架體、鎖止裝置、液壓千斤頂、油站、頂升鎖止裝置換向軌道、中心頂撐引入機構(gòu)、外掛操作平臺及通道等構(gòu)成。

（3）回轉(zhuǎn)總成：具備驅(qū)動平衡臂及其上部件沿水平方向慢速轉(zhuǎn)動的功能，同時為消除平衡臂旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的慣性矩，采取慢速旋轉(zhuǎn)電動驅(qū)動裝置（初步設(shè)定大臂旋轉(zhuǎn)為2°/min）。該部件由底座、回轉(zhuǎn)機構(gòu)、上支撐座組成，通過底座與套件相連，通過上支撐座與大臂及頂部固定平臺相連。

（4）頂部固定平臺：設(shè)置目的是為了解決自拆裝設(shè)備無法進行錐體頂部施工的問題。其由頂部固定平臺支撐及懸掛式平臺模塊組成。

（5）平衡臂：采用雙臂結(jié)構(gòu)，可依據(jù)不同錐體位置及不同半徑要求進行大臂長度調(diào)整。該平衡臂分為固定臂及可拆卸標準臂兩部分，各部分均由結(jié)構(gòu)件、齒條、走道平臺構(gòu)成，可通過構(gòu)件頂部的齒條與模板自拆裝小車內(nèi)套件上的行走機構(gòu)、拆裝吊裝機構(gòu)配合調(diào)整平衡臂。

（6）模板自拆裝小車：模板自拆裝設(shè)備的核心部件，其主要實現(xiàn)模板的拆裝功能，同時兼具實現(xiàn)大臂標準節(jié)拆裝、中心頂撐標準節(jié)引入、500mm以內(nèi)安裝高度調(diào)整等功能。模板自拆裝小車主要由內(nèi)套件、外套件、拆卸吊裝機構(gòu)及模板拆裝升降平臺4大組件構(gòu)成。其中，內(nèi)套件由壓輪/卡輪、傳動齒輪、傳動電機及底部電動葫蘆構(gòu)成，用于調(diào)整內(nèi)外套件連接位置，可在500mm范圍內(nèi)調(diào)整操作平面。外套件包括維護欄桿及底部平臺，用于連接、拆卸吊裝機構(gòu)及模板拆裝升降平臺。拆卸吊裝機構(gòu)由可伸縮式吊桿、電動液壓桿及油站構(gòu)成。模板拆裝升降平臺由提升導(dǎo)桿、可折疊小車車架、壓輪、卡輪、導(dǎo)向輪及卷揚機構(gòu)成。

（7）通道及操作平臺：主要滿足操作人員至各操作面的行走與操作，由中心頂撐內(nèi)部直爬梯、頂升/降套件外側(cè)爬梯、平衡臂頂部通道、外套架爬梯及底部走道、模板拆裝升降平臺以及頂部固定支撐內(nèi)直爬梯等構(gòu)成。行人通道部件較多，其核心部件構(gòu)成見圖2。

圖2 核心部件主要構(gòu)成

1.2 自掛式弧度可調(diào)模板裝備的開發(fā)

1.2.1 可變角度自掛式三角架支撐結(jié)構(gòu)構(gòu)成

按照模板功能要求，澆筑面以上鋼筋混凝土及施工載荷由三角架承載，采用掛裝式操作，同時，為兼顧水泥項目施工的通用性，如大直徑筒倉倉壁結(jié)構(gòu)、高窯墩及其他類似結(jié)構(gòu)的施工，故將此裝備開發(fā)為可變角度自掛式三角架支撐?？勺兘嵌茸話焓饺羌苡芍螚U件、連接掛件、扶墻掛座、扶墻調(diào)整件及模板緊固調(diào)整頂絲等部件構(gòu)成，具體構(gòu)件見圖3。

圖3 可變角度自掛式三腳架

1.2.2 弧度可調(diào)模板裝備構(gòu)成

中心錐體結(jié)構(gòu)在不同標高處的結(jié)構(gòu)弧度不同，這就要求模板的上下邊弧度每層均隨之變化。而當前模板尚無適用的相關(guān)技術(shù)，若依據(jù)之前的技術(shù)施工，則模板周轉(zhuǎn)率極低，且消耗大量人工?，F(xiàn)對于此種弧度可調(diào)模板的部分配件進行開發(fā)，并對模板支設(shè)方式進行設(shè)計，使之與可變角度自掛式三角架支撐、模板自拆裝設(shè)備相配套，以滿足中心錐體結(jié)構(gòu)的施工。

弧度可調(diào)模板裝備主要構(gòu)成見圖4，其中，弧度調(diào)整件及傳力背楞均具有一定的弧度調(diào)整功能，能使模板實現(xiàn)多次周轉(zhuǎn)。

圖4 弧度可調(diào)模板裝備主要構(gòu)成

1.2.3 自掛式弧度可調(diào)模板裝備支設(shè)

將可變角度自掛式三角架支撐與弧度可調(diào)模板相組合，形成自掛式弧度可調(diào)模板裝備，具體安裝支設(shè)方式見圖5。

圖5 自掛式弧度可調(diào)模板安裝支設(shè)方式

2 模板自拆裝施工工法創(chuàng)新

錐體模板自拆裝裝置及自掛式弧度可調(diào)模板裝置施工工藝流程如下：

（1）組裝錐體模板自拆裝裝備。工序如下：安裝中心支撐→安裝頂升套件→安裝平衡臂固定節(jié)→安裝固定平臺→安裝模板自拆裝小車→延長平衡臂→頂升中心支撐至設(shè)定高度。

（2）安裝首層自掛式弧度可調(diào)模板，進行鋼筋綁扎、封閉上側(cè)模板、混凝土澆筑工作。工序如下：操作模板自拆裝小車，將模板拆裝升降平臺置于三角架下側(cè)→與塔吊配合，掛裝首層自掛式弧度可調(diào)模板→綁扎鋼筋，封閉上部模板澆筑混凝土。

（3）利用錐體模板自拆裝裝備將自掛式弧度可調(diào)模板裝置提升至第二層進行安裝，完成鋼筋綁扎封閉上側(cè)模板澆筑混凝土。工序如下：打開平臺上的推模裝置，固定三角架→平臺略向上移動，整體摘除自掛式弧度可調(diào)模板→將升降小車向下移動至底端，同時模板自拆小車整體向后移動，離開墻體一定距離→打開拆卸吊裝機構(gòu)，將多余模板放置地面→掛裝剩余自掛式弧度可調(diào)模板，通過大臂旋轉(zhuǎn)、模板升降平臺將下層模板移動至上一層進行掛裝→對模板弧度進行調(diào)整，予以加固。該施工工序流程示意見圖6。

圖6 施工工序流程示意圖

（4）調(diào)整套件至合適位置，縮減平衡臂。工序如下：調(diào)整套件至適當位置→打開拆卸吊裝機構(gòu)，拆裝大臂標準節(jié)并放置到地面。

（5）整體頂升模板自拆裝裝備1.5m高（當頂升/降套件內(nèi)空余高度達到3m時，引入標準節(jié)），鎖定后開始工作。

（6）循環(huán)以上工作，直至施工至頂部固定平臺下端位置。

（7）利用頂部固定平臺，對上部剩余部分錐體進行施工。

3 結(jié)語

以φ22m錐體結(jié)構(gòu)為例，新型模板自拆裝施工工法與傳統(tǒng)施工工法支設(shè)方式的實施效果對比分析見表1。

表1 新型模板自拆裝施工工法與傳統(tǒng)施工工法支設(shè)方式效果對比

自模板自拆裝設(shè)備可適用于各型直徑錐體結(jié)構(gòu)施工，同時，模板自拆裝設(shè)備中心支撐等均可與塔吊等部件相兼容。自掛式弧度可調(diào)模板除滿足各型錐體結(jié)構(gòu)施工外，還可通過調(diào)整三角架角度及模板背楞形成自掛式大模板體系，滿足大直徑筒倉倉壁結(jié)構(gòu)、高窯墩及其他類似結(jié)構(gòu)的施工要求。通過對錐體模板自拆裝裝置的開發(fā)及施工工法的創(chuàng)新，克服了傳統(tǒng)作用方式的不足，大幅降低了施工難度，減少了周轉(zhuǎn)性材料及勞動力消耗，整體提升了經(jīng)濟效益。■