水泥項目錐體模板自拆裝裝置及施工方法的開發(fā)

孫小永，樊良

中心錐體結構是水泥工業(yè)項目特有的結構類型，主要存在于生料均化庫、水泥庫庫體內(nèi)部，其施工難點主要是底部模板支撐結構的設置。

當前水泥工程項目中的錐體結構底部模板支撐施工技術主要分為兩大類：第一類為現(xiàn)澆模式，采用在錐體底部搭設支撐腳手架（或者類似支撐結構）作為底模支撐；第二類采用預制整體式結構替代底部模板支撐。前者在施工中應用較為廣泛，但其存在支撐腳手架需求量大（150～300t，約占整個水泥項目腳手架采購量的15%～30%）、腳手架搭設技術難度相對較高、模板一次耗用量大（周轉(zhuǎn)性不強）、施工周期長、對施工人員技能水平要求高且人工耗費量大等諸多問題。后者作為近些年國內(nèi)外開始推廣應用的技術，存在設計實體工程量較現(xiàn)澆模式略高，受庫體內(nèi)作業(yè)工況條件限制，吊裝作業(yè)難度較大，對吊裝設備依賴性較強（一般單塊預制混凝土塊為20～24t/塊，且在正常施工工藝流程下起吊高度達50～70m），作業(yè)環(huán)境可視性不強，預制構件加固固定等操作施工難度過高且需投入較多輔助設施；預制構件較長，質(zhì)量保障難度高，且在整個項目未規(guī)劃預制場地的前提下，僅就此部分進行預制，資源投入相對較高等不足。

為解決以上兩種施工技術存在的問題，我公司對水泥項目中心錐體結構施工裝備進行了開發(fā)，并創(chuàng)新了施工方法，既發(fā)揮了現(xiàn)澆模式的優(yōu)勢，減少了工程量，又降低了項目腳手架周轉(zhuǎn)量及模板投入量，降低了施工操作技術難度，減少勞動力投入（尤其是技術工種投入），提升了施工效率；同時，提高了施工設備及相關配套裝備在各型錐體結構及項目其他車間施工的通用性。

1 水泥項目錐體模板自拆裝裝置的開發(fā)

水泥項目錐體結構模板自拆裝裝置由兩部分構成，其一為模板自拆裝設備，除能滿足錐體結構各層高截面規(guī)律性的變化外，還具備施工操作平臺功能，可實現(xiàn)錐體底部模板自拆裝功能；其二為自掛式弧度可調(diào)模板裝備，具備獨自承擔澆筑面上鋼筋混凝土及施工荷載的能力，同時可適應錐體結構各層高截面弧度的變化。

1.1 模板自拆裝設備的開發(fā)

1.1.1 模板自拆裝設備部件組成

自拆裝設備由中心頂撐、頂升套架、回轉(zhuǎn)總成、頂部固定平臺、平衡臂、模板自拆裝小車、通道及操作平臺等構成。模板自拆裝設備總裝圖見圖1。

圖1 模板自拆裝設備總裝圖

1.1.2 模板自拆裝設備各部件功能及構成

（1）中心頂撐：用于承載整個設備重量及作用于設備上的施工荷載。水泥工程項目中均配置有塔吊設施，且標準節(jié)配置較為充裕，故本設備采用塔吊標準節(jié)作為中心頂撐，一定程度上減少了設備投入。

（2）頂升套架：需具備整體提升/降低設備大臂高度的功能，且需滿足在不同頂升停止位置均能使設備運行的要求（此點與塔吊作業(yè)原理完全不同）。根據(jù)中心頂撐標準節(jié)高度3m的現(xiàn)狀，設定套件提升高度為0.5m/次，最大提升高度3m；在頂升0.5m、1.0m、1.5m、2.0m、2.5m時，設備均能正常運行，提升高度達到3m時，通過套件引入機構引入標準節(jié)后設備可正常運行。

該頂升套架由架體、鎖止裝置、液壓千斤頂、油站、頂升鎖止裝置換向軌道、中心頂撐引入機構、外掛操作平臺及通道等構成。

（3）回轉(zhuǎn)總成：具備驅(qū)動平衡臂及其上部件沿水平方向慢速轉(zhuǎn)動的功能，同時為消除平衡臂旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的慣性矩，采取慢速旋轉(zhuǎn)電動驅(qū)動裝置（初步設定大臂旋轉(zhuǎn)為2°/min）。該部件由底座、回轉(zhuǎn)機構、上支撐座組成，通過底座與套件相連，通過上支撐座與大臂及頂部固定平臺相連。

（4）頂部固定平臺：設置目的是為了解決自拆裝設備無法進行錐體頂部施工的問題。其由頂部固定平臺支撐及懸掛式平臺模塊組成。

（5）平衡臂：采用雙臂結構，可依據(jù)不同錐體位置及不同半徑要求進行大臂長度調(diào)整。該平衡臂分為固定臂及可拆卸標準臂兩部分，各部分均由結構件、齒條、走道平臺構成，可通過構件頂部的齒條與模板自拆裝小車內(nèi)套件上的行走機構、拆裝吊裝機構配合調(diào)整平衡臂。

（6）模板自拆裝小車：模板自拆裝設備的核心部件，其主要實現(xiàn)模板的拆裝功能，同時兼具實現(xiàn)大臂標準節(jié)拆裝、中心頂撐標準節(jié)引入、500mm以內(nèi)安裝高度調(diào)整等功能。模板自拆裝小車主要由內(nèi)套件、外套件、拆卸吊裝機構及模板拆裝升降平臺4大組件構成。其中，內(nèi)套件由壓輪/卡輪、傳動齒輪、傳動電機及底部電動葫蘆構成，用于調(diào)整內(nèi)外套件連接位置，可在500mm范圍內(nèi)調(diào)整操作平面。外套件包括維護欄桿及底部平臺，用于連接、拆卸吊裝機構及模板拆裝升降平臺。拆卸吊裝機構由可伸縮式吊桿、電動液壓桿及油站構成。模板拆裝升降平臺由提升導桿、可折疊小車車架、壓輪、卡輪、導向輪及卷揚機構成。

（7）通道及操作平臺：主要滿足操作人員至各操作面的行走與操作，由中心頂撐內(nèi)部直爬梯、頂升/降套件外側(cè)爬梯、平衡臂頂部通道、外套架爬梯及底部走道、模板拆裝升降平臺以及頂部固定支撐內(nèi)直爬梯等構成。行人通道部件較多，其核心部件構成見圖2。

圖2 核心部件主要構成

1.2 自掛式弧度可調(diào)模板裝備的開發(fā)

1.2.1 可變角度自掛式三角架支撐結構構成

按照模板功能要求，澆筑面以上鋼筋混凝土及施工載荷由三角架承載，采用掛裝式操作，同時，為兼顧水泥項目施工的通用性，如大直徑筒倉倉壁結構、高窯墩及其他類似結構的施工，故將此裝備開發(fā)為可變角度自掛式三角架支撐。可變角度自掛式三角架由支撐桿件、連接掛件、扶墻掛座、扶墻調(diào)整件及模板緊固調(diào)整頂絲等部件構成，具體構件見圖3。

圖3 可變角度自掛式三腳架

1.2.2 弧度可調(diào)模板裝備構成

中心錐體結構在不同標高處的結構弧度不同，這就要求模板的上下邊弧度每層均隨之變化。而當前模板尚無適用的相關技術，若依據(jù)之前的技術施工，則模板周轉(zhuǎn)率極低，且消耗大量人工。現(xiàn)對于此種弧度可調(diào)模板的部分配件進行開發(fā)，并對模板支設方式進行設計，使之與可變角度自掛式三角架支撐、模板自拆裝設備相配套，以滿足中心錐體結構的施工。

弧度可調(diào)模板裝備主要構成見圖4，其中，弧度調(diào)整件及傳力背楞均具有一定的弧度調(diào)整功能，能使模板實現(xiàn)多次周轉(zhuǎn)。

圖4 弧度可調(diào)模板裝備主要構成

1.2.3 自掛式弧度可調(diào)模板裝備支設

將可變角度自掛式三角架支撐與弧度可調(diào)模板相組合，形成自掛式弧度可調(diào)模板裝備，具體安裝支設方式見圖5。

圖5 自掛式弧度可調(diào)模板安裝支設方式

2 模板自拆裝施工工法創(chuàng)新

錐體模板自拆裝裝置及自掛式弧度可調(diào)模板裝置施工工藝流程如下：

（1）組裝錐體模板自拆裝裝備。工序如下：安裝中心支撐→安裝頂升套件→安裝平衡臂固定節(jié)→安裝固定平臺→安裝模板自拆裝小車→延長平衡臂→頂升中心支撐至設定高度。

（2）安裝首層自掛式弧度可調(diào)模板，進行鋼筋綁扎、封閉上側(cè)模板、混凝土澆筑工作。工序如下：操作模板自拆裝小車，將模板拆裝升降平臺置于三角架下側(cè)→與塔吊配合，掛裝首層自掛式弧度可調(diào)模板→綁扎鋼筋，封閉上部模板澆筑混凝土。

（3）利用錐體模板自拆裝裝備將自掛式弧度可調(diào)模板裝置提升至第二層進行安裝，完成鋼筋綁扎封閉上側(cè)模板澆筑混凝土。工序如下：打開平臺上的推模裝置，固定三角架→平臺略向上移動，整體摘除自掛式弧度可調(diào)模板→將升降小車向下移動至底端，同時模板自拆小車整體向后移動，離開墻體一定距離→打開拆卸吊裝機構，將多余模板放置地面→掛裝剩余自掛式弧度可調(diào)模板，通過大臂旋轉(zhuǎn)、模板升降平臺將下層模板移動至上一層進行掛裝→對模板弧度進行調(diào)整，予以加固。該施工工序流程示意見圖6。

圖6 施工工序流程示意圖

（4）調(diào)整套件至合適位置，縮減平衡臂。工序如下：調(diào)整套件至適當位置→打開拆卸吊裝機構，拆裝大臂標準節(jié)并放置到地面。

（5）整體頂升模板自拆裝裝備1.5m高（當頂升/降套件內(nèi)空余高度達到3m時，引入標準節(jié)），鎖定后開始工作。

（6）循環(huán)以上工作，直至施工至頂部固定平臺下端位置。

（7）利用頂部固定平臺，對上部剩余部分錐體進行施工。

3 結語

以φ22m錐體結構為例，新型模板自拆裝施工工法與傳統(tǒng)施工工法支設方式的實施效果對比分析見表1。

表1 新型模板自拆裝施工工法與傳統(tǒng)施工工法支設方式效果對比

自模板自拆裝設備可適用于各型直徑錐體結構施工，同時，模板自拆裝設備中心支撐等均可與塔吊等部件相兼容。自掛式弧度可調(diào)模板除滿足各型錐體結構施工外，還可通過調(diào)整三角架角度及模板背楞形成自掛式大模板體系，滿足大直徑筒倉倉壁結構、高窯墩及其他類似結構的施工要求。通過對錐體模板自拆裝裝置的開發(fā)及施工工法的創(chuàng)新，克服了傳統(tǒng)作用方式的不足，大幅降低了施工難度，減少了周轉(zhuǎn)性材料及勞動力消耗，整體提升了經(jīng)濟效益。■