生料库预制减压锥施工工艺的研究与应用

1　工程概况

国内外传统混凝土库减压锥体一般为整体设计，库壁滑模施工完成后，再为减压锥搭设脚手架模板，然后整体现浇进行施工，然而该施工方法中的高大模支承体系因变截面使得施工过程复杂、工作量大且工期较长。为了节省成本、缩短工期、减少工作量等，基于两种设计图纸，我们对水泥厂两个规格相同的生料库的减压锥施工部分，分别采用了整体现浇施工和分块预制施工两种不同的施工方法，全程记录了两种施工工序的整个施工过程的各项关键数据，最终进行对比，以研究两种不同施工方法的优劣。该减压锥整体现浇施工工序与传统方法相同，不再赘述，下面主要介绍预制施工工艺的相关研究。

该工程位于阿尔及利亚地区，水泥厂生产水泥规模为2×6 000t/d，两个规格相同的生料库内部直径22m，高63.58m，仓壁厚400mm，筒壁厚750mm，布置简图见图1。

减压锥底标高9.6m，顶标高29.45m，厚度700mm。预制锥体与水平线呈60°，单块单重23.4t（不包含二次现浇及环梁重量），整个底板壳均分为27块，体积9.36m3，半径10.65m，高19.85m，底板预制局部浇筑。预制锥体平、立面图见图2。吊钩0.8t/索具1.1t，总重24.3t。混凝土等级为欧标C30/37。根据现有机械和运输设备，采用250t履带吊车吊装生料库锥体预制件。生料库滑模工作完成后（即63.58m），根据吊车性能表吊装预制锥体，以减少滑模作业难度。

图2　预制锥体平立面图

图1　水泥库立面图

2　施工吊装可行性分析

2.1　设计时锥体强度计算

预制锥体强度计算与传统整体现浇锥体强度计算相同，计算简图见图3，计算结果如下：

配筋需满足径向和环向受力要求，其中：

锥体环向受力：－3 252.84kN/m

径向受力：－4 123.27kN/m

最大径向应力：

N=－4 123.27kN/m

M=57.18 kN·m/m

=57.18/4123.27=0.0139＜0.700/6=0.117

混凝土应力：

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

最大环向应力也为压应力：

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

由上述计算可知，径向及环向均为受压状态，原则上构造配筋即可满足要求。

2.2　吊装过程中拉索内力计算

吊装过程中拉索及预制板简图见图4。拉索承受拉力

2.3　吊装位置固定后单片预制锥体最不利位置强度验算

单片预制锥体平面图及相关数据见图5。

分别按每次沿预制板二次现浇3m长度的情况计算。经过计算得出，标准组合“1恒+1活”下，拉索最大拉力Fmaxk=84.2+4.2=88.4kN，标准组合“1恒+1活”下的最大弯矩见图6。

预制板各不利位置钢筋面积核算见表1。

通过分析得知，最不利位置一般在变截面处，如顶部250mm与700mm厚交接处、底部300mm与700mm厚交接处，同时中心位置及拉索位置也处在不利位置。通过计算结果可知，预制锥体板配筋满足强度及裂缝要求。

图3　锥体薄膜内力简图

图4　吊装计算简图及轴力图

表1　锥体预制板裂缝及配筋计算结果

图5　锥体平面图及自重荷载图

3　施工方案

3.1　吊装前准备

3.1.1　锥体预制施工及养护

在空旷场地上浇筑30m×60m混凝土地面（厚度＞100mm），按照图纸绑扎钢筋，并在不利位置增加钢筋加固；预埋吊装、吊环及其他定位埋件；支设模板，模板尺寸偏差控制在（-5，0）范围内，通过隐蔽验收后浇筑混凝土并振捣均匀、密实；完成后连续洒水养护7d，并根据同条件14d、28d强度报告制定吊装计划。

3.1.2　吊装前准备

锥体预制块养护期间，同时进行库外预制锥体片编号、弹中心线、检查外观尺寸、库内环梁清理找平，完成放线、焊接拉杆（库壁上的27块预埋铁是滑模期间按要求埋设的）、吊装操作平台等吊装准备工作（图7、表2）。

3.2　预制锥体吊装

图6　各位置最大弯矩图（考虑3m长度现浇荷载）

预制锥体强度全部满足理论值后，采用250t履带吊车完成三块对称吊装，如图8。采用三点式吊装单片锥体，单片锥体吊装就位后，用卡环将锥体片前端吊环与库体提前制作好的拉索连接，拉索可以通过张紧丝杠进行微调整，保证锥体片与水平线的角度为60°。吊装就位后，通过微型液压千斤顶调整位置，保证底部中心线与环梁上的中心线重合，顶部中心线与固定在锥体块顶端的找正圈上面的分度线对齐。第一片锥体位置选定在库270°轴线上吊装，第二片选定在150°轴线上，第三片选定在30°轴线上，之后依次对称吊装，直至吊装完成，如图9所示。

图7　预制板钢筋绑扎

表2　主要施工机械、施工机具、检验仪器、仪表配置表

图8　预制板吊装

3.3　二次浇筑

所有预制锥体全部吊装就位后，根据图纸绑扎锥体环梁钢筋，分三次浇筑完成环梁混凝土的施工，之后绑扎预制锥体片之间的连接钢筋，沿长度方向每段2.4m（≤3.0m）支设模板浇筑混凝土，直至完成全部混凝土二次浇筑，每段混凝土浇筑完成后按要求洒水养护7d。

4　结语

图9　吊装及二次浇筑完成

（1）通过对两个规格相同的生料库的减压锥分别采用整体现浇施工、预制吊装施工两种不同施工方法，记录了整个施工过程中的人工、脚手架、模板、混凝土、钢筋的用量及工期，得出以下结果：预制吊装方案相对于传统整体现浇方案，人工、混凝土和钢筋用量大致相同；节省脚手架120t，节省模板1 400m2，节省工期60d。

（2）传统伊堡库减压锥现浇施工工期长、施工难度大、模板管架投入多、安全风险高，且锥体下超高不规则脚手架及模板施工难度大，故当工期较紧、脚手架及模板数量不足时，可采用预制减压锥施工工艺。

（3）预制锥体施工精度要求较高，运输及吊装设备需求量较大。在项目场地可满足预制要求，能够保证预制精度，并具备运输和吊装能力的情况下，减压锥施工采用预制方案不仅能够节约大量脚手架模板用量，简化人工操作，还能显著节省施工工期，为水泥工程施工提供了一条绿色、高效、节能的新途径，具备良好的发展前景。