变截面斜支柱大模板支撑体系的开发及应用

上海电力建筑工程公司 上海 200437

1 工程概述

平山电厂一期工程项目1#、2#冷却塔斜支柱为矩形的变截面，下大上小，底面为2 600 mm×1 500 mm，顶面为1 200 mm×1 500 mm，高10.84 m，在空间上倾斜，斜长11.31 m，中心线倾角为73.311°，混凝土为C50。该工程项目1#、2#冷却塔斜支柱共32×2=64根。

2 变截面斜支柱模具的研发

2.1 工程难点分析

1）柱子截面尺寸大，而且为变截面，模板和支撑均需要从基础顶面开始，高支模对支撑体系的形变和稳定性难以精确把握。

2）斜支柱现浇混凝土的自由落差需控制，柱子需要连续浇筑以确保无施工冷缝，且需选用分段合模，对模具在施工中能快速、精准地拼接制作要求高。

3）柱子空间倾斜，对支撑体系要求有足够的强度、刚度和稳定性，以承受竖向荷载和水平荷载的要求。

4）双曲线冷却塔斜支柱空间分布宽，需要的模具和支撑体系多，模具和支撑体系的增多必然带来工作量、成本、安全风险的增大。

因此，需要研发一种机械化程度高、可整体移动和周转使用的工具[1-3]。

2.2 设计的思路

冷却塔的斜支柱截面有人字形、变截面矩形以及X形等不同的形式，在此之前针对承建的人字形冷却塔项目开发了一套人字柱模具支撑小车系统（图1），而该工程斜支柱的截面为变截面的方形，有共性，也有异性，但变截面矩形柱截面更大，矩形截面模板比圆形截面的更不利，针对这一不同特点对该体系进行了改进。

1）将底部小车取消，改为底部大梁。该措施可以提高支撑体系的稳定性，可减小小车的挠度，从而控制柱的自由落差，提高成品质量。

2）在下模板后增加空间桁架。由于方形截面的模板比圆形截面的模板受力差，故在下模板后增加支撑桁架来提高支撑架的强度和刚度。

3）在支撑架上增加了悬挑平台及围护。由于冷却塔斜支柱的截面尺寸大，施工中要进行模板支设及混凝土养护，为保证施工质量及施工安全，施工平台是不可或缺的（图2）。

图1 人字柱小车模具

图2 一字柱、底模及支撑体系示意

3 施工工艺及关键技术

3.1 施工工艺流程

定位放线→轨道地梁就位→模板下横梁就位→斜支撑就位→底模及桁架就位→底部调节框安装→钢筋笼就位→侧模、顶模安装及浇筑混凝土→模板拆除

3.2 关键施工技术

3.2.1 底模及桁架就位

底模及桁架离地后，逐渐松链条葫芦，使模板桁架达到安装角度（78°左右），拉尾绳使桁架底部先就位，穿好底部两连接销轴，调节桁架角度穿上部销轴[4-6]。

3.2.2 侧模、顶模安装及浇筑混凝土

1）一侧侧模安装。焊接完成后，拆除钢筋顶部搁置点，如钢筋有倾斜扭曲，可拉设钢筋笼缆风绳以调节钢筋位置，并安装未拉设缆风绳一侧的侧模板。侧模与底模的连接螺栓为M16，侧模就位时先穿定位销轴，随后穿连接螺栓并拧牢。

2）另一侧侧模安装。使用脚手管撑住已安装一侧侧模板，解除对侧相应位置缆风绳，安装对侧位置侧模。

3）第1节顶模安装。安装第1节顶模时，如螺栓孔无法对孔，采用调节侧模上临时支撑，穿好模板定位销轴后，解除临时支撑，连接完成全部连接螺栓，通过线锤调节侧模垂直度，顶模朝两侧拉设缆风绳，固定侧模角度，穿第1节模板对拉螺栓。在第3节顶模位置底端及顶端安装钢筋卡扣，控制模板内侧间距，第2节顶模位置穿外侧1排对拉螺杆，第3节顶模位置穿最底下的1根对拉螺杆，拉紧对拉螺杆，以便施工连续性及方便施工人员在钢筋笼中穿行。

4）第1节混凝土浇筑。安装浇筑平台及浇筑料斗，施工人员站在钢筋笼定位箍上振捣混凝土，不允许站在对拉螺杆上。

5）第2、3节顶模安装及浇筑混凝土。第1节混凝土浇筑完成后安装第2节顶模，在第2节顶模安装侧向缆风绳，用吊线锤调节侧模垂直度，由于混凝土浇筑时侧向晃动较大，每次浇筑混凝土前都需检查顶模侧向缆风绳。第3节顶模在第2节混凝土浇筑完成后进行安装，模板安装到位后安装模板上预埋螺杆定位锥及连接螺栓（图3、图4）。

图3 第1节混凝土浇筑

图4 第2、3节混凝土浇筑

3.2.3 模板拆除

1）顶模及侧模拆除。混凝土强度达到1.2 MPa时，开始拆除对拉螺杆、顶模、侧模。其拆除顺序为：拆除顶模牛腿定位螺栓→顶模与底模的对拉螺杆拆除→顶模分节拆除→侧模对拉螺杆拆除→侧模拆除。根据顶模拆除后混凝土表面情况，来决定侧模是否立即拆除。

2）底模拆除。混凝土强度达到15 MPa时，开始拆除底模。其拆除顺序为：安装顶面牛腿→拆除底模预埋螺杆定位螺栓→底模退模→Ⅰ柱包裹塑料薄膜→安装内侧牛腿→整体吊装。拆除轨道梁上预埋锥，将模板体系整体吊装到下一个施工位置。

4 相较传统脚手架的优势

1）施工质量易于控制，可通过斜撑角度实现预起拱。

2）体系易于周转，整体吊装移位，所占空间少，实现了机械化施工和绿色施工。

3）施工柱子平均一天一根，工效比脚手架施工工艺有显著提高，费用节省多。

4）该体系在钢结构厂加工好后使用，只需要拆装1次，可整体吊装移位，效率高、速度快、耗费人工少。

5 结语

该系统已在淮北平山电厂一期工程项目1#冷却塔中成功应用，并取得了显著的成效。成品外观及质量得到了业主和监理的一致好评。

工程实践证明：该体系以其安全性能高、搭拆方便，易周转、用工量少、所占空间少、外形美观等特点，克服了传统脚手架的施工难题，进一步推动无排架施工方法在现浇结构施工中的应用，对于施工工期紧张的项目尤为适用，不仅为本工程赢得了可观的经济效益，亦为类似结构支撑体系的设计与施工提供了对照和参考[7]。