生料庫預制減壓錐施工工藝的研究與應用

張思才，榮亞坤，周杏軍，仵亞飛，向春林，陳平，易新克

1　工程概況

國內外傳統混凝土庫減壓錐體一般為整體設計，庫壁滑模施工完成后，再為減壓錐搭設腳手架模板，然后整體現澆進行施工，然而該施工方法中的高大模支承體系因變截面使得施工過程復雜、工作量大且工期較長。為了節省成本、縮短工期、減少工作量等，基于兩種設計圖紙，我們對水泥廠兩個規格相同的生料庫的減壓錐施工部分，分別采用了整體現澆施工和分塊預制施工兩種不同的施工方法，全程記錄了兩種施工工序的整個施工過程的各項關鍵數據，最終進行對比，以研究兩種不同施工方法的優劣。該減壓錐整體現澆施工工序與傳統方法相同，不再贅述，下面主要介紹預制施工工藝的相關研究。

該工程位于阿爾及利亞地區，水泥廠生產水泥規模為2×6 000t/d，兩個規格相同的生料庫內部直徑22m，高63.58m，倉壁厚400mm，筒壁厚750mm，布置簡圖見圖1。

減壓錐底標高9.6m，頂標高29.45m，厚度700mm。預制錐體與水平線呈60°，單塊單重23.4t（不包含二次現澆及環梁重量），整個底板殼均分為27塊，體積9.36m3，半徑10.65m，高19.85m，底板預制局部澆筑。預制錐體平、立面圖見圖2。吊鉤0.8t/索具1.1t，總重24.3t。混凝土等級為歐標C30/37。根據現有機械和運輸設備，采用250t履帶吊車吊裝生料庫錐體預制件。生料庫滑模工作完成后（即63.58m），根據吊車性能表吊裝預制錐體，以減少滑模作業難度。

圖2　預制錐體平立面圖

圖1　水泥庫立面圖

2　施工吊裝可行性分析

2.1　設計時錐體強度計算

預制錐體強度計算與傳統整體現澆錐體強度計算相同，計算簡圖見圖3，計算結果如下：

配筋需滿足徑向和環向受力要求，其中：

錐體環向受力：－3 252.84kN/m

徑向受力：－4 123.27kN/m

最大徑向應力：

N=－4 123.27kN/m

M=57.18 kN·m/m

=57.18/4123.27=0.0139＜0.700/6=0.117

混凝土應力：

σ=N/（bt）±6M/（bt2）

=－4 123.27×103/（700×1 000）

±6×57.18×106/（1 000×7002）

=－5.891±0.490＜19.1N/mm2

最大環向應力也為壓應力：

σ=N/（bt）±6M/（bt2）

=－3 252.84×103/（700×1 000）

±6×57.18×106/（1 000×7002）

=－4.647±0.490＜19.1N/mm2

由上述計算可知，徑向及環向均為受壓狀態，原則上構造配筋即可滿足要求。

2.2　吊裝過程中拉索內力計算

2.3　吊裝位置固定后單片預制錐體最不利位置強度驗算

單片預制錐體平面圖及相關數據見圖5。

分別按每次沿預制板二次現澆3m長度的情況計算。經過計算得出，標準組合“1恒+1活”下，拉索最大拉力Fmaxk=84.2+4.2=88.4kN，標準組合“1恒+1活”下的最大彎矩見圖6。

預制板各不利位置鋼筋面積核算見表1。

通過分析得知，最不利位置一般在變截面處，如頂部250mm與700mm厚交接處、底部300mm與700mm厚交接處，同時中心位置及拉索位置也處在不利位置。通過計算結果可知，預制錐體板配筋滿足強度及裂縫要求。

圖3　錐體薄膜內力簡圖

圖4　吊裝計算簡圖及軸力圖

表1　錐體預制板裂縫及配筋計算結果

圖5　錐體平面圖及自重荷載圖

3　施工方案

3.1　吊裝前準備

3.1.1錐體預制施工及養護

在空曠場地上澆筑30m×60m混凝土地面（厚度＞100mm），按照圖紙綁扎鋼筋，并在不利位置增加鋼筋加固；預埋吊裝、吊環及其他定位埋件；支設模板，模板尺寸偏差控制在（-5，0）范圍內，通過隱蔽驗收后澆筑混凝土并振搗均勻、密實；完成后連續灑水養護7d，并根據同條件14d、28d強度報告制定吊裝計劃。

3.1.2吊裝前準備

錐體預制塊養護期間，同時進行庫外預制錐體片編號、彈中心線、檢查外觀尺寸、庫內環梁清理找平，完成放線、焊接拉桿（庫壁上的27塊預埋鐵是滑模期間按要求埋設的）、吊裝操作平臺等吊裝準備工作（圖7、表2）。

3.2　預制錐體吊裝

圖6　各位置最大彎矩圖（考慮3m長度現澆荷載）

預制錐體強度全部滿足理論值后，采用250t履帶吊車完成三塊對稱吊裝，如圖8。采用三點式吊裝單片錐體，單片錐體吊裝就位后，用卡環將錐體片前端吊環與庫體提前制作好的拉索連接，拉索可以通過張緊絲杠進行微調整，保證錐體片與水平線的角度為60°。吊裝就位后，通過微型液壓千斤頂調整位置，保證底部中心線與環梁上的中心線重合，頂部中心線與固定在錐體塊頂端的找正圈上面的分度線對齊。第一片錐體位置選定在庫270°軸線上吊裝，第二片選定在150°軸線上，第三片選定在30°軸線上，之后依次對稱吊裝，直至吊裝完成，如圖9所示。

圖7　預制板鋼筋綁扎

表2　主要施工機械、施工機具、檢驗儀器、儀表配置表

圖8　預制板吊裝

3.3　二次澆筑

所有預制錐體全部吊裝就位后，根據圖紙綁扎錐體環梁鋼筋，分三次澆筑完成環梁混凝土的施工，之后綁扎預制錐體片之間的連接鋼筋，沿長度方向每段2.4m（≤3.0m）支設模板澆筑混凝土，直至完成全部混凝土二次澆筑，每段混凝土澆筑完成后按要求灑水養護7d。

4　結語

圖9　吊裝及二次澆筑完成

（1）通過對兩個規格相同的生料庫的減壓錐分別采用整體現澆施工、預制吊裝施工兩種不同施工方法，記錄了整個施工過程中的人工、腳手架、模板、混凝土、鋼筋的用量及工期，得出以下結果：預制吊裝方案相對于傳統整體現澆方案，人工、混凝土和鋼筋用量大致相同；節省腳手架120t，節省模板1 400m2，節省工期60d。

（2）傳統伊堡庫減壓錐現澆施工工期長、施工難度大、模板管架投入多、安全風險高，且錐體下超高不規則腳手架及模板施工難度大，故當工期較緊、腳手架及模板數量不足時，可采用預制減壓錐施工工藝。

（3）預制錐體施工精度要求較高，運輸及吊裝設備需求量較大。在項目場地可滿足預制要求，能夠保證預制精度，并具備運輸和吊裝能力的情況下，減壓錐施工采用預制方案不僅能夠節約大量腳手架模板用量，簡化人工操作，還能顯著節省施工工期，為水泥工程施工提供了一條綠色、高效、節能的新途徑，具備良好的發展前景。

參考文獻：

[1]王鐵夢.鋼筋混凝土結構的裂縫控制[J].混凝土，2000，（5）：3-6.

[2]劉偉軍，孫玉文.逆向工程原理方法及應用[M].北京：機械工業出版社，2008：5-16.

[3]羅芝春，肖漾，曾彬，等.非整體連接式減壓錐殼內力分析的探討[J].新世紀水泥導報，2012，（4）：26-28.■