大直徑球形混凝土薄殼高空施工方案比選

1、990418大直徑球形混凝土薄殼高空施工方案比選李致廣1王隨義2(1運(yùn)城地區(qū)水利局2運(yùn)城地區(qū)水利工程總隊(duì)文摘新絳縣治汾標(biāo)志塔的設(shè)計(jì)造型比較特殊,其位于地面以上27m 和37m 處的兩個(gè)直徑分別為7m 和5m 的球型薄殼混凝土觀景廳的施工是控制工程投資和工期的關(guān)鍵。文章對(duì)整體現(xiàn)澆和球殼現(xiàn)場預(yù)制吊裝兩種施工方案做了比較,并著重介紹了球殼現(xiàn)場預(yù)制吊裝方案的施工技術(shù)。關(guān)鍵詞:標(biāo)志塔;現(xiàn)澆;預(yù)制吊裝;施工方案引言新絳縣治汾標(biāo)志塔的設(shè)計(jì)造型為三根正三角形斜柱與一根變徑的中心園柱共擎兩個(gè)直徑不等的混凝土球形觀景廳,標(biāo)志塔總高度為50m 。距地面27m 高的云海觀景廳外徑7m ,壁厚8cm ,自重40余t ,

2、星空觀景廳距地面37m ,外徑5m ,自重30t 。兩個(gè)球形觀景廳均與三根正三角形斜柱和變徑園柱(旋轉(zhuǎn)樓梯中心柱在結(jié)構(gòu)上相互貫穿,并用水平交叉梁互相連結(jié)。工程結(jié)構(gòu)復(fù)雜,施工難度大,模板制作和腳手架工程的工作量所占比重很大。其中兩個(gè)大直徑球形薄殼混凝土的施工是整個(gè)工程的關(guān)鍵,也是控制工期和節(jié)省投資的重點(diǎn),因此,我們圍繞著球形薄殼混凝土的模板制作與施工進(jìn)行了較為深入細(xì)致的方案比選。工程已于1998年9月全部完工并交付使用,現(xiàn)將施工方案選擇情況做以簡單介紹?？傮w來講,分為現(xiàn)澆預(yù)制兩大施工方案。1整體現(xiàn)澆施工方案由于兩個(gè)球形觀晃廳不僅直徑不等,而且每個(gè)球被其中部所設(shè)的鋁合金窗戶分割而成的上下兩個(gè)球缺的

3、高度和底面園周長各不相同,下半球的外?？梢允枪潭ㄊ揭淮纬尚?內(nèi)模則需做成活動(dòng)式分次組裝的形式,而上半球的模板恰恰與下半球的模板相反,其內(nèi)?？梢允枪潭ㄊ揭淮纬尚?外模則需做成活動(dòng)式分次組裝的形式。所以制作模板時(shí)就必須分別對(duì)待,制作出各不相同的外模和四個(gè)各不相同的內(nèi)模。為使球殼外表面呈光滑的弧面,將上半球的外模和下半球的內(nèi)模做成分次組裝的形式,上半球的外模和下半球的內(nèi)模擬用鋼板制作,并采取沿球體徑向分割成若干弧形條塊的辦法拼接組裝。由于模具與腳手架、斜柱、水平梁、板相互交錯(cuò),相互貫穿,造成空間狹窄,交通受阻,加上高空作業(yè)施工場地有限,所以混凝土入倉十分艱難。同時(shí),因球殼混凝土厚度小,鋼筋間隙小,又

4、縱橫交錯(cuò),必須使用微型震搗棒,很容易出現(xiàn)過震或漏震現(xiàn)象,造成混凝土離析。若采取分次組裝模板,分次澆筑的辦法施工,因腳手架、支撐穿過模板,模板拆除后球殼上將會(huì)呈現(xiàn)出千瘡百孔,修補(bǔ)工作量很大。1.2腳手架和支護(hù)工程根據(jù)球殼的設(shè)計(jì)直徑計(jì)算,施工時(shí)必須從建筑物底部開始,搭設(shè)內(nèi)切圓直徑為9m 的正六邊形滿堂紅腳手架,按塔體高度50m 計(jì)算(不含塔座,需要鋼管2400根左右,約60t ,需各類管卡7200余個(gè),施工荷載及兩個(gè)球的自重總計(jì)接近200t 。這些重量都要通過60根立桿傳遞到塔座上,而塔座是一座16m ×16m 的舞廳的屋面,屋面的梁板系統(tǒng)根本不可能承受如此巨大的荷載,需加強(qiáng)屋面板下部的

5、支撐系統(tǒng),即在舞廳250m 2的面積上再增設(shè)高度85第4期(總第128期山西水利科技No.4(Total No.1281999年11月SHANXI H YDRO TECHN ICS Nov.1999418m的木支撐500余根,和所有支撐的上下墊板及60根立柱的墊板,按厚度6cm計(jì)算,約需板材1215m3。2混凝土球殼的預(yù)制吊裝施工方案該方案是主體工程施工到球體高程時(shí),先將球體內(nèi)的交叉梁、環(huán)形圈梁隨同主體工程現(xiàn)澆,球殼混凝土則采取現(xiàn)場就地預(yù)制吊裝的辦法施工。2.1內(nèi)模制作內(nèi)模采用現(xiàn)場堆土的辦法制作,具體步驟如下:第一步,先平整出一塊略大于四個(gè)半球面積的場地,確定出四個(gè)園心的位置,并在各園心處分別

6、固定一根立桿,使桿頂高于半球頂面,然后以立桿為中心,將事先準(zhǔn)備好的含水量適當(dāng)?shù)狞S土堆積成半球形土胎,邊堆積邊壓實(shí),以不發(fā)生沉陷為原則。第二步,首先削去土胎表面的松散土,然后粗修成型,最后再用模具套修。套修前需先掏挖好窗子開孔的形狀,套修后的土模半徑應(yīng)比設(shè)計(jì)半徑小2cm,以便表面加固和找平處理。第三步,用黃泥抹面1cm找平,黃泥固結(jié)后,按照窗孔的設(shè)計(jì)造型,先挖去土模上相應(yīng)位置的土方,再用磚砌成設(shè)計(jì)形狀。為防止土模因周圍懸空而導(dǎo)致坍塌,此項(xiàng)工作需邊挖土邊砌磚,最后,用水泥砂漿對(duì)整個(gè)球缺抹面1cm,以便劃線分塊,布置鋼筋和澆筑混凝土。2.2外模制作外模包括主件和附件兩部分。外模的主件是指預(yù)制球殼混凝

7、土板所用的弧形模板。它是根據(jù)球殼的外徑和設(shè)計(jì)弧長制作的,每半球制作一付。模板用厚度10mm的鋼板裁成寬度8cm的弧形片,在其外弧上與球內(nèi)環(huán)形圈梁相應(yīng)的位置設(shè)置隔板口,用隔板把弧形混凝土條分為上下兩塊,此舉一則為減輕每個(gè)條形塊的重量,便于搬運(yùn)起吊,二則便于條形塊組裝時(shí)與環(huán)形圈梁焊接成一體。模板外弧的下部加設(shè)幾個(gè)蓋板掛鉤,以便分層拼裝蓋板,構(gòu)成混凝土倉,便于搗固。內(nèi)弧的上端開設(shè)掛接槽以便模板組裝時(shí)與旋轉(zhuǎn)樓梯穿孔處模具相配合。附件是指旋轉(zhuǎn)樓梯穿過球殼處的孔口模具。根據(jù)旋轉(zhuǎn)樓梯穿孔口徑用10mm厚鋼板焊制一個(gè)與孔口直徑相等的鋼環(huán),環(huán)高8cm,中間設(shè)鋼套筒,用以套在土模的中心立桿上。套筒用4根鋼筋十字相

8、交固定在鋼環(huán)上。鋼環(huán)上端按照球殼混凝土弧形條的數(shù)量和寬度,開設(shè)等距離槽口,深4cm,以便與球殼弧型外模扣接固定。2.3分塊預(yù)制按分定的條形塊數(shù)量計(jì)算(或?qū)嵉販y量出上下寬度和長度以及鋼筋排列間距。為保證鋼筋間距均勻,預(yù)埋件位置準(zhǔn)確,可按鋼筋型號(hào)制做相應(yīng)的鋼模架以固定鋼筋和預(yù)埋鐵件位置。在制好的土模表面上,按所分條形塊數(shù)量畫出分塊線并找出三根三角形斜柱穿過球殼表面的準(zhǔn)確位置。在穿孔預(yù)制塊的邊緣增設(shè)預(yù)埋鐵件,以便球殼混凝土條塊組裝時(shí)與三角形斜柱焊接固定。在土模上放置第一塊外模板時(shí),應(yīng)從三角形斜柱穿孔的頂角開始,將穿孔三角形頂點(diǎn)置于相鄰的兩塊板接縫處,其目的在于方便球殼組裝,而且不破壞板內(nèi)鋼筋,保證球

9、殼結(jié)構(gòu)完好。考慮到外模是分片組裝,由卡具固定,所以安裝外模時(shí),要對(duì)準(zhǔn)土模上的放線位置,并用木楔卡緊,以便脫模。為防止球體表面進(jìn)行澆筑時(shí),混凝土易下滑,在條形塊的下半部加設(shè)弧型活動(dòng)模板,以保證混凝土成型規(guī)則準(zhǔn)確?；炷翝仓陌肭虻南虏块_始,逐漸向上,并按弧型活動(dòng)模板的寬度分節(jié)進(jìn)行。下部澆筑時(shí),要采用插入式微型震搗棒震搗,上部澆筑時(shí),可取消弧型活動(dòng)模板,用自制弧型振動(dòng)抹振動(dòng),并在混凝土初凝前用木抹拉毛?；炷翖l形塊的預(yù)制作業(yè)分為兩序進(jìn)行:第一序?yàn)殚g隔作業(yè),第二序?yàn)檠a(bǔ)空作業(yè)。第二序作業(yè)時(shí)可不用模板,只在已成條形塊的邊沿加貼2層油氈隔離即可。做好的條形塊暫用草袋覆蓋養(yǎng)護(hù),預(yù)制工作全部完成后,用塑料布將

10、整個(gè)半球體覆蓋進(jìn)行混凝土養(yǎng)護(hù)。移位時(shí),應(yīng)先挖去預(yù)制條形塊底部的砌磚和少量土方,再進(jìn)行起吊前的松動(dòng)。松動(dòng)工具可按圓球的直徑大小制作一個(gè)簡易門式吊架,配用0.5t導(dǎo)鏈將預(yù)制條形塊緩緩向上提起即可。2.4預(yù)制混凝土條形塊的高空吊裝為保證起吊過程的安全與穩(wěn)定,需制作一個(gè)類似預(yù)制條形塊形狀的模架,先把混凝土條形塊放在模架上運(yùn)至龍門架,送到高空工作平臺(tái)后再用二個(gè)95第4期(總第128期 1999年11月李致廣:大直徑球形混凝土薄殼高空施工方案比選No.4(Total No.128Nov.19990.5t 導(dǎo)鏈吊裝,二個(gè)導(dǎo)鏈輪流作業(yè),一個(gè)用于起吊,另一個(gè)用于穩(wěn)定拼焊。起吊順序按條形塊在地模上的位置編號(hào)順序進(jìn)

11、行。在球殼的設(shè)計(jì)位置上空焊制一個(gè)環(huán)形鋼筋吊架,用以懸掛導(dǎo)鏈,吊架固定焊接在腳手架上。當(dāng)混凝土條形塊起吊到位后,先將其下端預(yù)埋鐵件與環(huán)形圈梁上的埋件對(duì)正焊接牢固,然后再進(jìn)行塊與塊之間的拼裝焊接。當(dāng)一個(gè)半球的殼體全部拼裝完成后,便可以進(jìn)行加固處理。首先沿球殼的徑向和緯向板面縫隙各加一道8圓鋼,鋼筋交叉處點(diǎn)焊連結(jié),使其形成網(wǎng)狀,然后進(jìn)行混凝土填縫,最后再用水泥砂漿內(nèi)外抹面找平,即可按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行內(nèi)外裝修。3施工方案優(yōu)缺點(diǎn)比較3.1整體現(xiàn)澆施工方案的缺點(diǎn)(1工程投資大?，F(xiàn)澆施工方案腳手架工程需用鋼管2400根,重約60t ,各種管卡7200余個(gè),立柱500余根,板材12.5m 3,鋼模制作一次使用費(fèi)4

12、萬余元。(2施工期長。因腳手架搬遷、搭設(shè)工作量大,費(fèi)時(shí)間,模板安裝繁瑣,加上工程單一,混凝土工作量又小,而且高度大,一次澆筑成型達(dá)不到一定強(qiáng)度不能加高,迫使施工間斷作業(yè),工期拖長。(3施工質(zhì)量與安全保證難度大。高空作業(yè)場地窄小,危險(xiǎn)性大;工序復(fù)雜,混凝土重量大,且造型特殊,厚度很小,質(zhì)量控制比較困難。3.2預(yù)制吊裝施工方案的優(yōu)點(diǎn)(1模具投資費(fèi)用省。內(nèi)模從購?fù)?、堆積、碾壓到成形投資不足3000元,鋼外模及附件制作費(fèi)用500元左右。(2腳手架工程材料用量少,費(fèi)用省。腳手架搭設(shè)為正三角形,使用鋼管1000根,重約25t ,用各種管卡3000個(gè)。比現(xiàn)澆少用腳手架租賃費(fèi)215萬元。(3需要工期短。由于混

13、凝土球殼為現(xiàn)場預(yù)制,三角形斜柱與中心圓柱以及水平交叉梁混凝土均可連續(xù)施工。球與主體各自獨(dú)立作業(yè),互不影響,可以同時(shí)并舉,故大大縮短了工期。由于預(yù)制吊裝施工方案既經(jīng)濟(jì)、省時(shí),又易保證施工質(zhì)量,故施工中予以采用。標(biāo)志塔工程從1998年2月初開始基礎(chǔ)施工到1998年9月勝利竣工,歷時(shí)8個(gè)月,施工速度快,質(zhì)量高,受到建設(shè)單位和當(dāng)?shù)厝罕姷馁潛P(yáng)。作者簡介:李致廣,男,運(yùn)城地區(qū)水利局工作。收稿日期:1998212223Selection on Scheme of Constructing High above G round For Large 2diameter and B all 2typed Conc

14、rete Thin ShellLi Zhiguang Wang SuiyiAbstract :Two ball 2typed concrete landscape halls are main part of the mark tower of Fenhe River regulation in Xinjiang County ,in which one is 7m in diameter ,8cm in wall thickness ,40t in dead weight ,27m high above the ground surface ,and the diameter ,dead w

15、eight ,and height distant above the ground surface of another are 5m ,30t ,37m respectively.In this paper ,two landscape halls ,namely ,cast -in -situ of integrity and precast -in -situ and hoisting of two ball shells ,are compared.The scheme that the concrete ball shell is first precast in -situ ,then is hoisted is illustrated in detail.The conclusion is that the precast and hoistin