外爬内挂模板施工技术在混凝土井塔中的应用

引言

中天合创能源有限公司葫芦素矿主井井塔工程高100.45m, 框架剪力墙结构, 截面积为29.5m×24.5m, 墙体厚度500mm, 为目前亚洲最高的井塔;共7层, 其中首层层高24.5m, 其它层的屋高均在8m以上, 方案选择时与常规施工方法滑模和倒模进行对比, 综合考虑, 最终采用了外爬内挂模板施工技术。

1. 外爬内挂爬模板施工技术原理

外爬内挂爬模板施工工艺中外模为液压自动爬升, 内模系统直接挂在内挂钩连接座上。采用穿墙承载螺栓固定内外挂钩连接座 (简称内外挂件) 。

外爬原理:外模系统的爬升运动通过液压油缸对导轨和爬模架体交替顶升来实现。导道与爬模架体是爬模装置的两个独立系统, 二者之间可进行相对运动。当爬模浇筑混凝土时, 轨道和爬模架体挂在外挂件上。退模后立即在留好的预埋件孔上安装承载螺栓和内外挂件, 调整上、下爬升器内棘爪方向后启动油缸来顶升轨道, 待导轨顶升到位, 就位于外挂件后解除爬模架体上所有拉接, 之后就可以开始顶升爬模架体, 此时导轨保持不动, 调整上下棘爪方向启动油缸, 爬模架体就相对于导轨运动, 通过导轨和爬模架体交替提升对方, 爬模装置就可以沿着墙体逐层爬升。

内挂原理:单块内模系统的总重量不超过塔吊的最大起重量, 内模系统的受力点主要是挂钩和防倾滑轮。一榀模板系统有两个挂钩, 通过挂钩将整个系统挂在内挂件上, 所有重量将由内挂件承担, 防倾滑轮安装在底部的可调节支腿上, 紧贴着墙体混凝土面, 以防止内模系统向外倾斜和起吊时刮到混凝土。挂钩呈“尖刀”状, 下端尖窄, 上端宽厚;内挂件插口上口大, 下口小;挂钩直接插入内挂件插口中, 不采取其它固定措施, 起吊时没有阻力, 塔吊可以轻松的将内模系统吊起后挂到上部新安装的内挂件上。外模爬升到位后即可进行内模的吊挂。当遇到平台时将内模系统吊至地面, 平台施工完后从平台面重新安装。外爬内挂模板系统的构成见下图:

1-钢筋绑扎操作平台;2-上架体;3-钢筋绑扎及砼浇筑操作平台;4-外爬模;5-外爬模操作平台;6-爬模提升操作平台;7-下架体;8-爬轨;9-安全网;10-承载螺栓;11-外挂件;12-挂件拆除及混凝土缺陷修补操作平台;13-内模板;14-内模板操作平台;15-内模系统挂钩;16-内模系统防倾滑轮;17-内挂件

2. 外爬内挂爬模板施工技术特点

2.1外模自动爬升, 一次组装后, 外模一直到顶不落地。内模系统由塔吊吊起后直接挂到内挂件上, 只有遇到平台时才吊到地面;葫芦素矿主井井塔高100.45m, 但内部只有7层平台, 从上到下内模系统只吊到地面7次, 用常规方法每施工一板 (3m左右) 内模就要吊到地面一次, 因此该工艺最大的特点是减少了垂直运输次数, 投入人力、物力少, 工人劳动强度低, 节省了施工场地, 加快了施工速度。

2.2 采用大型化、模数化的定型组合大钢模板, 模板组装简便快捷, 拆模后的混凝土表面平整光洁。

2.3按支模常规操作方法浇筑混凝土, 施工管理和劳动组织简便, 受外界制约条件少。工程质量易控制, 结构施工误差小, 纠偏简单, 施工误差可逐层消除。

2.4架体由多层平台组成, 施工人员可以在每个方向的每层平台上独立的进行各种施工操作 (如绑扎钢筋、安装模板、修饰塔身等) , 既节约了施工时间, 也为工人提供了足够的操作空间。

3. 施工工艺流程

外爬内挂模板施工技术系统施工主要包括系统安装和运行操作, 具体的流程如下:

3.1 系统安装工艺流程

大模板及上架体地面拼装→安装承载螺栓和挂件 (挂钩连接座) →主三角架及爬轨地面拼装→主三角架及爬轨整体吊装→安装桁架→安装下架体→安装平台铺板→外模板及上架体整体吊装→内模板及架体整体吊挂→安装栏杆及安全网→安装液压动力系统→液压系统调试

3.2 系统运行工艺流程

爬模系统安装完成→模板合拢与加固→混凝土浇筑→混凝土养护及上层墙体钢筋绑扎→退出模板→拆除底层挂件并将其安装在顶层挂件安装位置→轨道爬升→外模板及架体爬升→内模板及架体吊挂→合模并加固→混凝土浇筑→继续循环施工

4. 系统安装

4.1 模板组拼与安装

模板采用86系列全钢组合大模板, 在硬化场地上按设计图纸规格与尺寸拼装模板, 面板组拼完成后安装背楞, 面板肋与背楞连接采用M14带挂钩螺栓与垫板拉接紧固。在模板上放出承载螺栓孔及对拉螺杆孔的准确位置并钻孔, 内外模板之间的对拉螺栓位置必须相对应, 模板通过塔吊分块起吊安装, 分别安放在爬体的专用移动装置上。

大模板单块面积大, 模板底口与已浇混凝土之间有缝隙, 易出现漏浆现象。为了解决漏浆问题, 采取了以下措施:大模板底口沿长度方向设置L160×100×10角钢, 角铁外侧包裹5mm厚橡胶皮并用胶粘剂粘牢, 角钢用Ф14螺栓固定在大模板底框下边, 螺栓间距1000mm, 安装完成后橡胶皮应凸出大模板面2~3mm。在大模板背楞底口用2Ф14螺栓固定安装顶紧装置 (8mm双肋组合板, 见下图) , 间距800~1000mm, 大模板安装就位后调节丝杆将角钢底口顶紧, 橡胶与混凝土面充分接触, 密封好, 有效的防止了混凝土漏浆。模板安装图如下:

当从楼板面支墙体模板时, 将内模板上的角钢及顶紧装置拆除, 模板安装图如下:

4.2 挂钩连接座安装 (挂件)

挂件安装固定采用M36承载螺栓, 挂钩连接座应与构筑物表面有效接触, 挂钩连接座安装中心允许偏差为5mm, 固定在墙体预留孔内的承载螺栓在垫板、螺母以外长度不少于3个螺距。

4.3 爬升系统安装

主三角架 (斜撑、横梁、立柱、爬头) 、轨道、爬升器及模板调节装置在地面上拼装完成后吊装。

4.4 架体与其它设施安装

爬升系统装完成后安装纵向桁架, 塔设架体, 铺操作平台吊放模板, 挂安全网, 敷电缆及液压油管, 安装控制柜, 安装照明灯具及爬梯等。

4.5 液压系统的调试

按照液压系统说明书, 加入液压油至油箱液位计上限;系统通电, 检查控制柜信号灯指示正常;启动液压泵电机, 观察液压动力站压力、油温信号指示是否正常。当油温低于25℃时, 应让液压泵在液压缸不工作的状况下运行约15分钟, 直至油温升至25℃。液压泵稳定运行后压力表指示应稳定在20MPa, 检查系统管路正确连接, 检查所有液压缸同步运动, 检查螺旋接合点紧密, 调试完成后, 关闭电源。

5. 外爬内挂模板施工操作

5.1 钢筋绑扎

钢筋绑扎应在模板上口的操作平台上进行。每一层混凝土浇筑完成后, 在混凝土表面以上应有2~4道绑扎好的水平钢筋。墙内的预埋铁件、预埋管线等应同钢筋绑扎同步完成。

5.2 脱模与退模

爬模装置脱模时, 应保证混凝土表面及棱角不受损伤。转动垂直度调节丝杆进行脱模, 转动丝杠移开顶紧装置, 滑动水平调节齿轮, 实现通退模, 模板底口至少退出400mm, 模板退出后立即对板面进行清理刷油。

5.3 挂件上移, 轨道爬升

当新浇混凝土的强度到达10MPa以上时时, 即可爬升导轨。导轨爬升前拆除底层爬升挂件, 将拆除的底层爬升挂件安装至顶部挂件位置;清洁爬升导轨, 导轨表面涂上润滑油, 液压油缸上、下顶升弹簧装置 (换向盒) 方向一致向上, 将所有的调节支腿承压丝杆顶紧混凝土面。

确认爬升条件具备后, 拆除导轨顶部楔形插销, 开始导轨的爬升。当液压油缸完成一个行程的顶升后, 经确认其上、下顶升装置到位后, 再开始下一个行程的顶升。当导轨顶升到位后, 按从右往左插上爬升导轨顶部楔形插销, 以确保插销锁定装置到位。下降导轨使顶部楔形插销与悬挂件完全接触。

5.4 外架体及模板的爬升

外模装置爬升时, 承载体受力处的混凝土强度必须大于10MPa, 爬升前完成前节段混凝土螺栓孔修补并清理爬架上荷载, 然后改变液压油缸上下顶升弹簧装置状态, 使其一致向下, 解除安全销, 松开承压丝杆, 取下锁紧板, 后退承压丝杆;经确认爬升条件具备后, 打开液压油缸的进油阀门、启动液压控制柜、拔去安全插销, 开始爬架架体的爬升。当爬升两三个行程后, 拔除悬挂插销;当爬架架体顶升到位后, 及时插上悬挂插销及安全插销, 调节承压丝杆顶紧混凝土面。

5.5 内模系统吊挂

内模系统吊挂前清理架体上的荷载, 检查两邻两块内模架体间的连接杆、安全网是否分离。吊挂时应由专人统一指挥, 架体上严禁站人。两个吊点, 分别设在大模板两端的背楞上。内模系统分块用塔吊吊起后直接挂到内挂件上, 当遇到平台时将内模吊到地面。架体下端应设有滑轮, 防止架体硬物与混凝土墙面接触划伤混凝土。挂钩钩尖超过插口后调整架体位置, 使挂钩与插口位置吻合, 然后落钩直接插入在内挂件插口内即可。

5.6 合模

转动齿轮移动模板水平装置使模板底口贴紧新浇混凝土面, 转动斜撑丝杆使模板垂直, 转动竖向调节丝杆使各块模板面高度一致, 模板上口拉通线调整顺直, 通过吊线坠检查模板垂直度;开启顶紧装置安装插销, 将模板移动装置固定牢固后紧固对拉螺栓。

5.7 混凝土浇筑

混凝土浇筑宜采用布料机均匀布料, 分层浇筑, 分层振捣;并应变换浇筑方向, 顺时针逆时针交错进行;混凝土振捣时严禁振捣棒碰撞承载螺栓套管和对拉螺栓等;混凝土浇筑位置的操作平台应采取铺铁皮、设置铁撮箕等措施, 防止下层混凝土表面受污染。

6 与常规施工相比较

外爬内挂模板施工技术与滑模技术相比, 避免了滑模外观质量不易保证及施工纠偏难度大的缺点, 外观可以达到清水混凝土效果, 施工偏差可逐层消除。外爬内挂模板施工技术与传统倒模施工方法相比, 施工更加安全、快速、劳动强度更低、更节约材料。

7 结束语

外爬内挂模板施工技术在中天合创能源有限公司葫芦素煤矿主井井塔工程中得到了成功应用, 其技术先进, 施工工艺简单、施工效率高, 质量好, 且对施工安全有较大的保障, 能大幅度提高施工速度, 劳动强度低, 减少了工程材料及周转材料消耗, 符合国家“四节一保”绿色施工理念。

摘要：近年来随着煤矿矿井建设规模的扩大, 承担提升功能的井塔工程设计高度和截面也在不断增加, 当前不少工程场地狭小, 工期要求紧, 混凝土表面质量要求高, 这就大大增加了施工难度。外爬内挂模板施工技术是针对现代建筑特点, 是通过对常规液压爬模和传统挂模的集成和创新而形成的新型模板施工工艺, 在高大钢筋混凝土井塔施工中, 外爬内挂模板施工技术的优势已越来越显著。

关键词：井塔,外爬内挂,技术原理,操作工艺