浅圆仓超高仓顶结构支模体系施工技术*

叶文宾,娄晓斌,张亦江

(浙江省三建建设集团有限公司,浙江 杭州 310016)

0 引言

我国粮食储备库大多为圆形筒仓结构,整体结构施工较为复杂,工艺繁琐,且对结构成型质量要求较高。目前,浅圆仓仓壁主要采用滑模施工工艺,待仓壁结构施工完成进行仓顶结构施工时,仓顶结构距离地面高度大,为超高支模架施工。总体搭设高度>20m,需采用工具式支模架,但受限于浅圆仓结构为圆形平面结构,严重制约工具式支模体系搭设,通过走访调研,借鉴钢混结构形式中混凝土楼板借用钢结构梁及楼承板作为支撑体系的施工特点,对比选择运用了2套适用于浅圆仓仓顶结构施工的钢结构支撑平台,用于保证后续超高仓顶结构施工。

1 工程概况

杭州市仁和粮食储备库建设工程(标段一)为新建工程,主要包括20个浅圆仓、4座提升塔及提升塔架空连廊、浅圆仓和提升塔内的钢栈桥和2号钢栈桥、室外附属工程等。浅圆仓由20个直径26m仓体组成,～/～Ⓕ轴呈4×5排列,内径均为26m, 装粮高度均为25.7m, 建筑高度均为41.5m,为钢筋混凝土结构。仓顶结构高度为 27.4～32.4m, 为锥壳形结构,锥壳顶板斜面角度为25°,锥壳斜面最大高差为5m。浅圆仓剖面如图1所示。

图1 浅圆仓剖面Fig.1 Profile of the shallow silo

2 仓顶结构支模施工支撑体系设计

通过对实际情况分析,提出两种新型支撑体系作为上部仓顶结构支模架支撑操作平台,分别为滑模整体拖带锥壳伞状钢网架平台支撑体系(见图2)和贝雷梁钢桁架平台支撑体系(见图3)。

图2 滑模整体拖带锥壳伞状钢网架平台支撑体系Fig.2 Cone shell umbrella steel grid platform support system of sliding formwork overall towing

图3 贝雷梁钢桁架平台支撑体系Fig.3 Bailey beam steel truss platform support system

两者不同点在于：滑模整体拖带锥壳伞状钢网架平台支撑体系依靠滑模体系进行提升作业,浅圆仓在仓壁滑模施工前将滑模设备与钢网架平台支撑体系采用高强螺栓连接成为一个整体,随着仓壁结构滑模不断滑升,同步将钢网架平台支撑体系提升至设计标高后,固定连接在仓壁钢牛腿上,为一个空间网架结构受力体系。待施工完成上部结构并达到设计强度后将锥壳伞状钢网架平台进行拆除再利用,总体时间较长,滑模套组施工受限于锥壳伞状钢网架平台数量的影响较大,经济性差,在实际浅圆仓数量较多的施工现场,受制约较大。

贝雷梁钢桁架平台支撑体系是在滑模施工并拆除后,现场直接进行拼装的中心立柱支撑桁架结构。其浅圆仓中心位置设置中心钢立柱,上部按圆的32等分拼装设置32榀组合钢桁架,分别与仓壁预留搁置受力洞口和中心钢立柱相连接成一个整体,用于承载上部结构荷载。

3 滑模整体拖带锥壳伞状钢网架平台支撑体系施工技术

滑模整体拖带锥壳伞状钢网架平台支撑体系整体结构通过高强螺栓连接支撑在滑模模板架上,采用滑模拖带提升至设计预定标高。采用有限元软件MIDAS进行建模分析(见图4),其荷载计算满足承载力要求。

图4 三维模型Fig.4 3D model

3.1 滑模套组与锥壳伞状钢网架平台支撑体系组装连接

滑模施工装置由液压系统、模板系统和操作平台系统组成,滑模整体拖带锥壳伞状钢网架平台支撑体系由钢结构拼装而成,现场按实际仓壁结构尺寸进行定位放线,搭设临时组装平台,组装仓壁滑模系统。同时,在筒仓内部结构板面上部进行钢网架支撑体系拼装,并采用高强螺栓将其安装在滑模系统内围圈上,作为滑模系统内操作平台,与滑模系统连接成为一个整体(见图5),滑模与锥壳伞状钢网架连接节点如图6所示。

图5 锥壳伞状钢网架与滑模套组连接实景Fig.5 Realistic view of the connection between the cone shell umbrella steel grid and the sliding formwork sleeve group

图6 滑模与锥壳伞状钢网架连接节点Fig.6 Connection joint of sliding formwork and cone shell umbrella steel grid

仓顶锥壳伞状钢网架平台结构采用25t汽车式起重机和塔式起重机配合进行安装。采用分件吊装法安装时,先安装中心圆环部分,再安装20根辐射梁,其间穿插安装檩条及其他构件。

3.2 滑模整体拖带锥壳伞状钢网架平台整体提升施工

滑模整体拖带提升为24h不间断施工,滑模施工混凝土强度要求较其他施工混凝土有所不同,滑模混凝土要求在8h后出模强度应控制在0.2～0.4MPa或混凝土贯入阻力值在0.3～1.05kN/cm2,滑模爬升速率根据天气情况而定,一般爬升高度为30cm/2h。每次爬升完成后进行钢筋绑扎及验收,然后浇筑混凝土,混凝土浇筑时振动棒插入下一层混凝土≥10cm,确保上、下层混凝土结合密实,滑模按此工艺重复爬升施工,直至滑模系统滑至环梁下部位置前,沿仓璧四周埋设多个埋件;当滑模滑升至环梁下部时,停止滑模施工。

由于在滑模设备上拖带连接了锥壳伞状钢网架,增加了滑模系统爬升荷载,其提升过程应做好整体系统垂直度的控制和纠偏,主要采用调整水平度高差控制法。当某侧位移的垂直方向出现偏差时,应立即将较低标高一侧的千斤顶升高,使该侧操作平台高于其他部位千斤顶标高,然后,将整个操作平台滑升1个高度,使垂直偏差随之得到纠正。

3.3 锥壳伞状钢网架平台换撑至浅圆仓仓壁结构

通过对最后1层混凝土强度的预估判断,选定时间对其混凝土同条件试块进行试验,待混凝土强度达到设计强度75%后,拆除预埋件支座对应处滑升模板,在预埋钢板位置采用高强螺栓连接钢牛腿,将锥壳伞状钢网架平台节点搁置在仓壁设置的钢牛腿搁置点上(见图7),确保搁置稳定牢固,拆除锥壳伞状钢网架承重系统与滑模系统的连接,将架体荷载换撑至结构钢牛腿,最后滑模系统空滑过环梁顶部标高,拆除滑模装置,以进行下一个浅圆仓仓壁结构滑模施工。

图7 钢平台与仓壁搁置钢牛腿节点Fig.7 Corbel joint of steel platform and silo wall shelved steel

3.4 利用支撑平台施工上部结构及平台拆除

当滑模系统拆除后,通过调节主、副液压撑杆,调节锥形仓顶角度,以适合设计角度要求,在可调节伞状承重钢结构上搭设模板支撑脚手架(见图8),安装环梁及仓顶板模板,绑扎环梁及顶板钢筋,浇筑混凝土、养护,待混凝土强度达到拆模要求后,先拆除模板、钢管脚手架,在仓顶通过20个电动葫芦倒链连接钢支撑系统,割除牛腿,然后同步下放葫芦倒链,将钢支撑系统下降至筒仓底板平台,然后进行拆除作业,转至下一个筒仓结构施工。

图8 支模体系剖面Fig.8 Profile of formwork system

4 贝雷梁钢桁架平台支撑体系施工技术

贝雷梁钢桁架平台支撑体系主要由中心钢立柱(由每段长度3m、直径800mm、壁厚20mm钢管采用高强螺栓通过法兰盘连接拼装)、中心筒(由4段托盘及牛腿拼装)、水平钢桁架(共32榀在圆内等分布置,每榀两端为三角架,中间由3m长钢桁架拼接而成,采用插销连接)贝雷梁钢桁架平台支撑体系在仓壁滑模施工结束并拆除滑模设备后进行施工,现场通过有限元软件对贝雷梁钢桁架平台在施工工况下的受力进行计算分析(见图9,圆表示支座,数字为节点号),验证了其中心立柱底与结构、环梁段间连接,立柱与环梁连接,钢桁架与环梁连接,钢桁架与仓壁支撑点连接的稳定性满足要求。

图9 计算简图Fig.9 Calculation diagram

4.1 贝雷梁钢桁架平台组装搭设

1)现场在浅圆仓底板中心位置将中心立柱进行组对安装。为保证贝雷梁钢桁架平台支撑体系运行时其自身结构稳定,对中心立柱及其下部结构平台进行加强处理,上部中心立柱由每段长度3m钢筒通过法兰盘连接而成,每个法兰盘连接处采用16个高强螺栓连接,直至组装至预定高度。在对中心立柱进行垂直度校准后,最后在下部结构面设置钢管架体与中心立柱连接加固(见图10),加强整体稳定性、安全性。

图10 中心立柱连接Fig.10 Connection of central column

2)中心立柱安装完成后在其顶部安装中心筒,中心筒由4段环形托盘和钢牛腿连接而成,环形托盘及钢牛腿在地面采用高强螺栓组装连接(见图11),利用塔式起重机吊装至预定高度与中心立柱采用高强螺栓连接。

图11 顶部托盘及牛腿连接Fig.11 Connection of top tray and corbel

3)在地面进行每榀组合钢桁架组装,钢桁架两头为三角钢架,中间部分采用3m长钢架插销连接拼装而成。针对不同直径浅圆仓,可通过调节桁架径向尺寸满足施工需求 ,现场共需在地面对应投影位置一次性拼装完成32榀钢桁架,然后采用塔式起重机按圆内均分对称的形式进行安装,每榀钢桁架端部深入仓壁结构预留的搁置洞口(见图12),另一个与中心立柱中心筒采用插销连接。安装完成后现场应验收其平整度、连接牢固度,如超过偏差值,现场需及时进行调整。

图12 每榀钢桁架搁置连接Fig.12 Connection of each steel truss laying down

4.2 利用贝雷梁钢桁架平台搭设支模架

现场通过品茗计算软件计算出上部结构支模架实际参数,对照软件计算的立杆参数,在钢桁架上布置工字钢,确保每根立杆下部均由工字钢传递受力。在条件允许的情况下,可在工字钢面铺设平台板,增加人员操作安全性,然后按参数进行支模架搭设、模板安装及钢筋安装作业,最后进行仓顶结构混凝土浇筑。仓顶贝雷梁钢桁架平台支撑体系效果如图13所示。

图13 仓顶贝雷梁钢桁架平台支撑体系效果Fig.13 Effect of Bailey beam steel truss platform support system of silo roof

4.3 贝雷梁钢桁架平台拆除

待上部仓顶混凝土强度达到设计要求后,方可拆除支模架,当支模架全部拆除清理干净后进行贝雷梁钢桁架平台拆除。按先安装的后拆,后安装的先拆的原则进行拆除,现场在对应每榀钢桁架两端上部留设施工洞口,在洞口处分别设置1台卷扬机,连接该榀钢桁架两端并受力抬起钢桁架后,释放钢桁架与中心立柱连接销,利用2台卷扬机同步将钢桁架下降至地面,重复对称操作将32榀钢桁架降落至结构板面,最后采用塔式起重机拆除中心立柱。

5 两种仓顶结构支模施工支撑体系组合运用

综合考虑现场实际20个浅圆仓需实施的情况,根据现场配备的4套滑模设备组、4套锥壳伞状钢网架平台、4套贝雷梁钢桁架支撑平台,考虑锥壳伞状钢网架支撑平台必须借助滑模系统进行提升至预定位置,现场优先采用滑模整体拖带锥壳伞状钢网架平台支撑体系,待4套滑模整体拖带锥壳伞状钢网架平台支撑体系均投入仓顶施工后未能二次投入其他仓实施前,滑模照常进行仓壁施工,此阶段完成的浅圆仓仓顶结构施工由贝雷梁钢桁架平台支撑体系作为支撑平台完成施工,后续仓体以此思路重复实施,直至全部浅圆仓完成施工。

贝雷梁钢桁架平台支撑体系和滑模整体拖带锥壳伞状钢网架平台支撑体系在使用过程中应加强安全监测,尤其须加强每日对平台变形及平整度的监测,发现偏差变形须第一时间停止作业,并采取加固、调整等处理措施。

6 结语

本项目通过组合运用两种仓顶支模体系,合理穿插施工,保证了整体进度及上部仓顶锥壳结构施工安全性,为项目创造了较好的经济效益。