薄壁锥形钢筋混凝土漏斗施工工法

来源：职称驿站所属分类：建筑施工论文
发布时间：2013-01-24浏览：66次

　　摘要：在焦化厂筛焦系统、备煤系统中的贮煤仓、贮焦仓多为剪力墙结构、仓下部均设计有薄壁型钢筋混凝土漏斗。其施工技术难点为：重量大、支撑难度大、模板的设计、混凝土的浇筑与振捣难度大。

　　关键词：钢筋混凝土,施工技术

　　我公司在总结山西潞安祥瑞焦化项目、神华乌海煤焦化项目、山西长治兴旺焦化等多个建设项目施工经验基础上进行技术创新，不断的改进施工工艺及方法，形成了一套符合工程实际的施工技术控制体系，经总结形成本工法。

　　1.工法特点

　　1.1通过对模板支撑体系的计算保证了漏斗模板的稳定性及施工安全，做到理论与现场施工的相结合。

　　1.2通过精心策划，明确施工过程中的难点及质量控制点的施工措施，保证工程质量，避免因质量缺陷造成工期、成本的增加。

　　1.3通过模板支撑体系计算，在保证安全前提下能够做到模板支撑体系设计的优化，减少不必要的周转工具及材料投入，降低成本。

　　2.适用范围

　　适用于锥形钢筋混凝土漏斗工程的结构施工。

　　3.工艺原理

　　在原有剪力墙的的施工方法基础上，根据漏斗的受力方向调整支撑架体支撑方向以及模板加固方法。

　　混凝土浇筑时，采用粒径≤20mm的石子，混凝土塌落度调整到180～210mm之间，绑筋时支设马凳，内模上预留混凝土浇筑孔、振捣孔等方法保证混凝土浇筑质量。

　　4.工艺流程及操作要点

　　4.1 工艺流程

　　4.2 操作要点

　　4.2.1 模板设计及验算(主要针对稳定性)

　　(1) 在漏斗稳定性设计及验算不考虑风荷载。

　　(2) 在考虑模板稳定性前先应考虑支撑漏斗的下部架体稳定性，应保证在施工中漏斗不会发生整体移位变形或塌陷等安全事故，主要考虑漏斗、模板及支架自重、施工荷载、振捣荷载。

　　(3) 考虑模板稳定性时应考虑混凝土自重、模板自重、施工荷载、振捣荷载、混凝土对模板的侧应力等

　　(4) 模板稳定性验算时主要验算模板的抗弯强度、挠度，内外楞的抗弯承载能力、挠度，对拉螺栓的拉应力。

　　(5) 依据《建筑施工手册》第四版及施工经验，通过综合考虑漏斗受力形式，总结出完整的计算理论，架体、模板设计及验算过程如下(以筛焦楼为例)：

　　1)支撑架体设计及稳定性验算计算过程：

　　1支架立杆的稳定承载能力(不考虑风荷载时)

　　N=1.2NGK+1.4NQK≤Rd(1.2、1.4为荷载分项系数)

　　N：不组合风载时支架立柱的稳定承载能力

　　NGK：轴心受压恒荷载

　　NGK=漏斗自重+模板及支架自重=13KN/㎡+1 KN/㎡=14 KN/㎡;漏斗自重可按25KN/m3(2.5t/ m3)或新浇混凝土自重(24KN/m3)+钢筋自重(根据实际设计考虑)，模板及支架自重对于漏斗木模板取1KN/㎡，组合钢模取1.5KN/㎡，计算楼板时分别为0.5 KN/㎡、0.75 KN/㎡。

　　NQK：轴心受压活荷载

　　NQK=施工荷载+振捣荷载=1 KN/㎡+ 3KN/㎡=4 KN/㎡;施工荷载在计算支架立柱及其他支撑结构时取1KN/㎡，对水平模板为2KN/㎡，对垂直模板取4KN/㎡，漏斗为倾角θ时，振捣荷载为2/cosθ(θ≤45°时)或4sinθ(θ≥45°时)。

　　所以：N=1.2 NGK+1.4NQK=1.2×14+1.4×4=22.4 KN/㎡。

　　筛焦楼6-8轴漏斗支撑实际搭设高度7.6m，按搭设高度8m考虑，步距h=1.5m，

　　查表得，当h+2a=2.1时，Rd=29.2KN，所以N

　　Rd：普通钢管支架立杆的稳定承载能力

　　Rd=ψAf;对于Φ48×3.5的普通碳素钢管，A=489㎜2，f=205N/㎜2，Rd=100.245ψKN，ψ值可根据《建筑施工手册》第四版表5-89查得，其中依准数据h+2a，h为立杆步距，a为顶层横管中心线至支撑点的长度，下表为常用数值(Rd单位KN)

　　2)模板设计及稳定性的验算

　　1主要参数：模板采用胶合木模板，采用b×h方木，筛焦楼漏斗采用50×100方木，外楞采用Φ48×3.5的普通碳素钢管，对拉螺栓采用M16，横向间距a1=800mm,纵向间距b1=400mm，方木间距L=200mm，方木弹性模量E=9500N/㎜2，方木抗弯强度设计值fm=13 N/㎜2，方木抗剪强度设计值fv=1.4 N/㎜2。

　　2荷载组合为新浇混凝土对模板侧面的压力标准值、倾倒混凝土产生的荷载标准值(考虑泵送混凝土为6 KN/m2)、施工荷载(2.5KN/m2)、新浇混凝土自重标准值G/A(G为漏斗自重，A为漏斗水平投影面积，重力密度25KN/m3)、振捣混凝土产生的荷载标准值(3KN/m2)、模板及支架自重标准值(1KN/m2)。

　　3荷载设计值

　　混凝土对模板侧面的压力标准值：

　　F1=0.22γct0β1β2V1/2=0.22×25000×4×1×1.15×1.51/2

　　=31KN/m2;

　　F2=γcH=25×3.34=83.5KN/m2;

　　γc：混凝土的重力密度(N/m3);

　　t0：混凝土的初凝时间，无试验资料时，可根据t0=200/(T+15)，T为混凝土的温度(℃);

　　V：混凝土的浇筑速度(m/h)

　　β1：外加剂修正系数，不掺外加剂时取1.0，掺缓凝作用外加剂时取1.2;

　　β2：塌落度影响修正系数，塌落度为50-90mm时，取1.0，塌落度为110-150mm时取1.15;

　　H:混凝土侧应力计算处至浇筑顶面的高度;

　　在进行荷载组合时，F1、F2两者之间取较小值，经计算F1

　　4模板支撑方木荷载的计算

　　方木按单跨简支梁计算，其惯性矩(I=bh3/12=416.7cm4);

　　截面抵抗矩(W=bh2/6=83.3cm3)。

　　混凝土的自重线荷载：q1=25Lh1cosθ=25×0.2×0.3cos45°=10.6KN/m (h1漏斗壁厚);

　　模板的自重线荷载：q2=1×L=0.2KN/m;

　　混凝土对模板侧应力线荷载q3= F1Lsinθ=31×0.2sin45°=4.4KN/m;

　　活荷载P1=2.5×b1×Lcosθ+3×1×L+6×1×L=2.5×0.4×0.2cos45°+0.6+1.2=1.9KN

　　5方木抗弯强度的验算(最大弯矩考虑恒载与荷载计算值最不利分配的弯矩和)。

　　均布荷载q=1.2(q1+q2+q3)=1.2×(10.6+0.2+4.4)=18.24KN/m;

　　集中荷载p=1.4p1=2.66KN;

　　最大弯矩M=pb1/4+qb12/8=2.66×0.4/4+18.24×0.42/8=0.63KN·m;

　　最大支座反力N=p/2+qb1/2=2.66/2+18.24×0.4/2=4.98KN;

　　方木的最大应力值σm=M/W=0.63×106/83.3×103=7.56N/mm;

　　所以σm≤fm=13N/mm，满足要求。

　　6方木抗剪强度验算

　　方木截面的抗剪强度必须满足:

　　抗剪承载能力τ=VS/Ib≤fv;

　　V：方木最大剪力，V=P/2+qb1/2=4.7KN;

　　S:毛截面面积矩即计算剪应力处以上毛截面对中和轴的面积矩，对于方木S=bh2/4;

　　对于方木，抗剪承载能力τ=3V/2bh=3×4.7/2×0.05×0.1=1.4N/mm;

　　经验算τ=fv=1.4N/mm，满足要求。

　　7螺栓强度验算

　　对拉螺栓的拉力N=F/×方木间距(L)×对拉螺栓纵距(b1)=3.41×103N;

　　A:螺栓净截面面积，M16螺栓A=144mm2，σ=N/A=23.7 N/mm2<170 N/mm2;

　　σ≤普通螺栓抗拉强度设计值(170 N/mm2)，满足要求。

　　8扣件抗滑移验算

　　双扣件承载力设计值取16KN，实际扣件承载力取值为16×0.8=12.8KN。

　　即竖向和垂直于模板方向的总荷载传递到每根钢管的荷载不得超过12.8KN，否则应采取加固措施。

　　4.2.2 模板安装、加固

　　(1) 模板放样

　　根据图纸设计进行1:1放大样或电脑图纸放样。

　　(2) 模板加工、安装

　　1) 根据实际放样尺寸进行加工，考虑模板接缝，加工尺寸=放样尺寸-5mm。

　　2) 底模安装前应具备漏斗支撑架体搭设完成，方木支撑按照设计间距安装好。

　　3) 底部模板安装好后，应及时进行下部支撑加固，包括垂直于模板方向的撑杆，支撑附加立杆、水平杆等，所有附加撑杆与下部支撑架体的接头与立杆间距不应大于150mm，保证主要荷载能传递到架体立杆。

　　4) 支撑外楞采用双肢Φ48×3.5的钢管，用对拉螺栓加固，对拉螺栓长度=漏斗壁厚+2×模板厚度+2×钢管外径+4×井字垫厚度+4×螺母高度+5cm，对拉螺栓应一次加工，严禁二次补接降低对拉螺栓拉应强度。钢管后用双井字垫双螺母固定，外楞下部支撑管应直接为立杆，用丝托顶紧。

　　5) 内模加工时应根据受力大小可适当加大方木间距和减小撑管数量，以免造成材料浪费，内模安装时应根据漏斗壁厚和倾斜角度留置浇筑孔、振捣孔。孔大小应根据方木和螺栓间距确定，混凝土浇筑前应准备好振捣孔封堵模板，用2根Φ25钢筋作为支撑，用木楔加紧。

　　6) 4.2.3 钢筋绑扎

　　在钢筋安装时，在壁厚不超过20cm时，马凳间距不应超过60cm(做好洽商工作)，且钢筋应绑扎牢固，否则在采用插入振捣器振捣混凝土时，振动棒钻入钢筋保护层中不易拔出，所以需保证钢筋网片稳定，为混凝土浇筑做好准备工作。

　　4.2.4 混凝土施工

　　(1) 钢筋工程、模板工程根据规范及方案要求验收合格。

　　(2) 材料、机具设备已准备好，若采用插入式振捣器振捣困难时，应准备平板振捣器。

　　(3) 应根据壁厚与倾斜度选用石子，方便混凝土浇筑，在乌海焦化项目部，壁厚200mm，钢筋网片净间距仅有120mm，漏斗倾斜角度60°，垂直高度3m，将普通石子改为粒径不大于2cm石子，调整塌落度为180-200mm，混凝土浇筑效果良好。根据实际情况提前做好混凝土配比、从材料选用上严格控制，保证漏斗浇筑质量。

　　(4) 若为大型漏斗群，如受煤坑结构，可以搭设混凝土浇筑平台架立于周围框架梁上，既减小漏斗荷载也方便吊运重复利用。如下图：

　　(5) 混凝土浇筑时，可采用在浇筑孔处架设溜槽进行浇注，溜槽下应放置灰斗，以免造成混凝土浪费。

　　(6) 浇筑时应注意随时均匀敲打模板，观察振捣是否到位，浇筑时发生模板位移等应停止浇筑，待修理完毕后方可继续浇筑。

　　5.材料和机具设备

　　搭设材料包括架管、扣件、丝托、密目网、安全平网、脚手板等，其他材料主要见机具设备表：

　　6.质量控制

　　6.1 工程施工质量验收应执行《混凝土结构工程施工质量验收规范》(GB50204-2002)相关规定。

　　6.2 漏斗结构施工的允许偏差见表6.2。

　　6.3 质量控制措施

　　6.3.1 建立健康、全面的质量管理体系，实行旁站管理办法，每班设监控指导人员2位，对模板、钢筋、混凝土工程进行过程管理，发现问题及时处理。

　　6.3.2 每道工序完成后都进行一次全面检查，针对已出现的问题及时处理，对可能出现问题的环节进行详细检查、交底。

　　6.3.3 技术策划科学合理，依安全可靠、经济合理、施工方便的原则仔细推敲施工方案并进行研讨优化方案。

　　6.3.4 严格控制混凝土配比及原材质量，针对原材的品种、规格质量指标等严格控制。

　　7.安全措施

　　7.1 脚手架搭设的技术要求、允许偏差与检验方法见表7.1。

　　7.2 项目部建立安全责任制，根据施工方案进行详细的技术交底和安全交底。

　　7.3 特种作业人员必须持证上岗，上岗人员定期体检，合格后方可上岗。

　　7.4 漏斗施工方案经专家论证，公司工程师审批后方可施工。

　　7.5 作业层上的施工荷载应符合方案设计要求，严格控制平台荷载。

　　7.6 搭设脚手架时，应设警戒标志，专人看守,操作人员应正确佩戴安全帽、安全带、防滑鞋。

　　8.环保措施

　　8.1 施工现场必须做到道路畅通无阻，排水畅通无积水，现场整洁干净，临建搭设整齐。

　　8.2 噪声排放达标:白天< 70dB，夜间< 55dB。优先选用先进的环保机械，采取设立隔音棚、隔音罩等消音措施降低施工噪音到允许值以下，对于某些机器的噪声无法控制时，应采取相应的个人防护，以避免给操作者带来职业性疾病。

　　8.3 现场材料、工具应分类整齐码放，保证保管合理、方便使用。

　　8.4 现场要有工程成品保护措施，减少碰撞、损坏现象，上道工序必须为下道工序积极创造质量优良的条件。

　　8.5 工人操作地点和周围必须清洁整齐，要做到干活下清、活完料净。

　　9.效益分析

　　例如煤塔大跨度漏斗施工中，根据经验下部搭设脚手架间距500×500，步距1.2m，经严格的荷载计算，脚手架间距改为600×600，步距1.5，为项目部直接降低13万余元;筛焦楼漏斗施工中，下部支撑架体由经验数据700×700，提高到900×900，为项目部直接降低成本0.7万元。减少了周转工具的占用，提高了其利用率。

　　10.应用实例

　　山西兴旺煤化集团150万吨/年焦化建设项目煤塔漏斗施工煤塔为焦化厂备煤系统的中心房号，高45.5m，轴线尺寸10×31.5m，煤塔中贮煤漏斗底标高14.35m，顶标高39.97m，垂直高度25.62m，漏斗下部没有其他结构，14.35m漏斗嘴、16.52m梁板及墙体一次施工，重量约700t，全部由下部满堂架体支撑。煤塔工程于3月25日开工，9月20日主体结构完成，比原计划10月15日主体结构完成提前工期提前25天，提前15天完成周转工具退场工作。

　　在漏斗施工中，未发生过跑、涨模现象，模板拆除完后，漏斗斜壁无蜂窝、麻面、漏筋等质量缺陷，得到建设、监理单位一致好评。

《薄壁锥形钢筋混凝土漏斗施工工法》

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