128.8 m四管式煙囪自爬平臺(tái)翻模施工技術(shù)

趙金龍，范枝波，于春躍，羅浩洋，賈九洲

（1、中鐵建工集團(tuán)廣東有限公司 廣州 511400；2、廣東建科創(chuàng)新技術(shù)研究院有限公司 廣東中山 528400）

1 工程概況

某資源熱力電廠位于廣州市增城區(qū)仙村鎮(zhèn)碧潭村西南部，項(xiàng)目總占地面積14.76萬(wàn)m2，建筑物基底擬占地面積46 815 m2，總建筑面積91 709 m2。本熱力電廠設(shè)計(jì)日均焚燒處理垃圾量為3 000 t，配置4 臺(tái)800 t/d垃圾焚燒爐和2臺(tái)50 MW凝汽式汽輪發(fā)電機(jī)組。

新建鋼筋混凝土煙囪一座，同時(shí)配置煙氣凈化系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用雙脫硫雙脫硝工藝，可保證煙氣排放達(dá)到歐盟2010/75/EC 排放要求，并優(yōu)于《生活垃圾焚燒污染控制標(biāo)準(zhǔn)：GB 18485—2014》排放標(biāo)準(zhǔn)。

鋼筋混凝土煙囪設(shè)計(jì)高度為128.8 m，形式為四管式煙囪，基礎(chǔ)樁為鋼筋混凝土管樁，結(jié)構(gòu)類型為剪力墻鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，排煙內(nèi)筒為豎向自承重鋼內(nèi)筒結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為二級(jí)，設(shè)計(jì)使用年限50 年，抗震設(shè)防烈度6 度（0.05g）。如圖1 所示，外筒平面尺寸為13 m×13 m，混凝土等級(jí)均為C40。筒壁厚度為：標(biāo)高0.000～4.470 m 的筒壁為600 mm；標(biāo)高4.470～30.000 m 的筒壁為500 mm；標(biāo)高30.000～65.500 m 的筒 壁 為400 mm，標(biāo) 高65.500～127.000 m 的 筒 壁 為300 mm；標(biāo)高127～128.8 m的筒壁為200 mm。

2 煙囪施工難點(diǎn)及施工方案

鋼筋混凝土煙囪一般由四部分構(gòu)成：基礎(chǔ)、筒身、內(nèi)襯及附屬設(shè)施［1］。煙囪施工的難點(diǎn)主要在于筒身和內(nèi)襯，主要原因主要有3點(diǎn)：①資源熱力電廠的煙囪設(shè)計(jì)高度大，在進(jìn)行高空作業(yè)時(shí)，施工作業(yè)面受到了極大的限制，施工的風(fēng)險(xiǎn)也因此增加；②煙囪是資源熱力電廠的標(biāo)志性建筑，資源熱力電廠脫硫后產(chǎn)生濕煙氣需經(jīng)煙囪排放到大氣，垂直度等施工質(zhì)量和外觀效果要求較高［2］；③煙囪筒壁的施工流程較復(fù)雜，除了進(jìn)行常規(guī)的支設(shè)模板、鋼筋綁扎和混凝土澆筑外，還需埋設(shè)大量的預(yù)埋件。

鋼筋混凝土煙囪筒身常見(jiàn)的施工方法有滑模法、爬模法和翻模法［3-9］。這3種施工方法的優(yōu)缺點(diǎn)如表1所示。

表1 3種施工方法對(duì)比Tab.1 Comparison of Three Construction Methods

通過(guò)以下3 種施工方法的對(duì)比，可見(jiàn)這3 種方法有著各自的優(yōu)缺點(diǎn)，翻模工藝相比其他兩種工藝有著成本低、輕量化和施工質(zhì)量可控的優(yōu)點(diǎn)，但是該常規(guī)的方法由于采用3 層翻模進(jìn)行循環(huán)提升，高空拆卸模板十分困難，不可直接用于本項(xiàng)目的高聳煙囪施工，因此應(yīng)對(duì)該施工方法進(jìn)行進(jìn)一步改進(jìn)。

本項(xiàng)目將滑模法和翻模法的特點(diǎn)相結(jié)合，提出一種用于高聳筒狀建筑物的滑移施工裝置和一種與之適配的施工方法——自爬平臺(tái)翻模施工技術(shù)。

3 煙囪滑移施工裝置

本項(xiàng)目研發(fā)了一種用于高聳筒狀建筑物的滑移施工裝置［10］，該裝置尤其適用于截面形狀為圓形或者矩形的煙囪施工。如圖2所示，該裝置主要包括：滑移爬升機(jī)構(gòu)、模板機(jī)構(gòu)、平臺(tái)體系和提升機(jī)構(gòu)。

滑移爬升機(jī)構(gòu)主要包括支撐桿和液壓爬升組件。支撐桿設(shè)置在筒體豎直方向，液壓爬行機(jī)構(gòu)則是安裝在支撐桿上，以實(shí)現(xiàn)豎直方向上的滑移爬升。

模板機(jī)構(gòu)與液壓爬升組件相連接，其組成分為內(nèi)模板和外模板，內(nèi)外模板之間形成了筒壁的定型空腔。

平臺(tái)體系與液壓爬升組件相連接和固定，主要包括操作平臺(tái)和內(nèi)外掛架。操作平臺(tái)可分為主平臺(tái)和外圍平臺(tái)，均由支承梁和平臺(tái)板組成；內(nèi)外掛架需分別安裝于筒壁內(nèi)外側(cè)，內(nèi)外掛架靠筒壁側(cè)設(shè)置可伸縮式滾輪，以便于內(nèi)外掛架進(jìn)行滑移爬升。平臺(tái)體系能夠施工人員提供較大的操作空間，減小了人員墜亡的風(fēng)險(xiǎn)。

提升機(jī)構(gòu)主要包括提升繩、吊籃和提升機(jī)，其作用是用于提升施工人員。提升繩一端固定在主平臺(tái)上，另一端則連接固定在吊籃上的提升機(jī)。

該裝置中的液壓爬升組件通過(guò)可靠的連接固定在筒壁上，平臺(tái)體系中主平臺(tái)與外圍平臺(tái)都與液壓爬升組件建立起穩(wěn)定的連接，從而保證整個(gè)裝置的穩(wěn)定性。吊籃的設(shè)置使得施工人員能夠安全方便地上下懸吊架或地面，提高了施工作業(yè)的安全性和便捷性。

4 煙囪施工技術(shù)措施

本項(xiàng)目結(jié)合該裝置和翻模法的特點(diǎn)，提出了一種自爬平臺(tái)翻模施工技術(shù)，其原理為：以埋設(shè)于鋼筋混凝土筒壁內(nèi)的支撐桿為承力主體，通過(guò)液壓爬升機(jī)構(gòu)爬升帶動(dòng)平臺(tái)體系和模板結(jié)構(gòu)。

該技術(shù)主要的施工流程如下：①施工塔吊安裝調(diào)試→②平臺(tái)體系的搭建→③綁扎鋼筋→④內(nèi)外模板安裝及加固→⑤混凝土澆筑、養(yǎng)護(hù)→⑥平臺(tái)體系向上爬升→進(jìn)入下一③～⑥循環(huán)。下文將詳細(xì)闡述該技術(shù)的主要施工措施。

4.1 整體工序安排

筒身±0.000～4.470 m采用扣件式鋼管滿堂腳手架作為翻模施工操作架及滑升平臺(tái)臨時(shí)支撐架，腳手架隨翻模施工進(jìn)度跟隨搭設(shè)；4.470～128.800 m采用自爬平臺(tái)翻模施工技術(shù)。40 m 以下采用汽車泵澆筑，40 m以上采用塔吊將混凝土輸送到平臺(tái)上進(jìn)行對(duì)稱澆筑。煙囪施工立面如圖3所示。

4.2 操作平臺(tái)和掛架安裝

自爬平臺(tái)翻模施工裝置的安裝順序依次為：6 榀主輻射梁就位及安裝→6榀副輻射梁→連接梁安裝→外環(huán)梁安裝→爬升架及千斤頂安裝→平臺(tái)板及掛架板的鋪設(shè)→安全網(wǎng)的掛設(shè)→電氣設(shè)備安裝。如圖4所示，平臺(tái)輻射梁采用雙拼16#槽鋼和24 根GYD-60 千斤頂，數(shù)量均為24根。

在搭建好操作平臺(tái)后，鋪設(shè)好腳手板及平臺(tái)防護(hù)欄桿，當(dāng)筒壁爬升施工至5.40 m 高度時(shí)，再安裝好操作平臺(tái)的內(nèi)外下掛架，然后鋪設(shè)好50 mm 厚度腳手板（或者鋼跳板），平臺(tái)四周及下掛架處均張?jiān)O(shè)好安全網(wǎng)，這樣就形成了一個(gè)整體內(nèi)外操作平臺(tái)及內(nèi)外下掛施工平臺(tái)，施工人員即在內(nèi)外下掛架上可以進(jìn)行鋼筋、模板安裝施工，在操作平臺(tái)上可進(jìn)行混凝土澆筑。

4.3 施工平臺(tái)荷載試驗(yàn)

整個(gè)平臺(tái)體系搭設(shè)工作完成后，檢查各個(gè)連接部位螺絲是否緊固，液壓系統(tǒng)及電路是否正常，確定無(wú)任何情況即可進(jìn)行平臺(tái)提升試驗(yàn)：①開(kāi)啟控制臺(tái)電源，啟動(dòng)液壓設(shè)備，將平臺(tái)空載提升15～18 個(gè)行程（每個(gè)行程3 cm，總提升高度0.54 m），觀察平臺(tái)情況無(wú)異常；②將施工用電焊機(jī)、振動(dòng)棒及砂袋利用塔吊運(yùn)至施工平臺(tái)上（砂袋配置：外平臺(tái)四面各放置1 t，平臺(tái)中間放2 t，按要求均勻放置），這時(shí)有了一定荷載，再將平臺(tái)提升15～18 行程（提升高度0.54 m），觀察平臺(tái)情況無(wú)異常；③將施工平臺(tái)中間7 m×9 m 位置再均勻放置至7 t 重量的砂袋，再將平臺(tái)提升15～20 行程（提升高度0.60 m），觀察爬升平臺(tái)情況無(wú)異常，至此荷載試驗(yàn)結(jié)束，卸除平臺(tái)上的加重砂袋，即可進(jìn)入平臺(tái)爬升正常施工。

4.4 筒壁模板安裝、提升和拆卸

所有筒壁模板采用定型大塊鋼模板，規(guī)格為：1.88 m×13.00 m（4 塊）、1.88 m×11.80 m（4 塊）、1.88 m×0.50 m×0.50 m（4 塊），采用N16×900 mm 對(duì)拉螺桿進(jìn)行內(nèi)外模板加固。如圖5 所示，施工人員可利用吊籃上下操作平臺(tái)，安裝和拆卸筒壁內(nèi)外模板，吊籃采用8.3 mm鋼絲繩，掛接在操作平臺(tái)的輻射梁上。

筒壁模板依靠設(shè)置在操作平臺(tái)上的龍門架進(jìn)行提升，龍門架構(gòu)造如圖6 所示。模板提升方法與翻模法一致，在模板松開(kāi)后，采用3 t 手拉葫蘆向上進(jìn)行每一模提升。

4.5 窗洞口加固措施

在爬升過(guò)程中，模板的爬空或由于支承桿穿過(guò)門窗孔洞等原因使支承桿脫空長(zhǎng)度過(guò)大，在這種情況下，支承桿容易失穩(wěn)而彎曲，因此必須采取加固措施，常用的加固措施為：將支承桿兩側(cè)各增加一根25 mm 鋼筋，在水平向用14 mm 鋼筋進(jìn)行焊接固定。在滑升過(guò)程中，遇到支承桿在混凝土內(nèi)部發(fā)生彎曲時(shí)，應(yīng)立即停止使用該處的千斤頂，然后將支承桿彎曲處的混凝土清除，若彎曲程度不大時(shí)，可采用鉤頭螺栓加固，若發(fā)現(xiàn)支承桿有嚴(yán)重彎曲時(shí)，可割除彎曲部分，再用鋼筋綁條焊接（見(jiàn)圖7）。

4.6 操作平臺(tái)拆除

在煙囪主體混凝土筒壁工程施工、煙囪外墻涂料、鋼梯安裝、鋼內(nèi)筒安裝及避雷設(shè)施等施工結(jié)束后，即進(jìn)行爬升設(shè)備的拆除。拆除順序?yàn)椋翰挥玫氖┕C(jī)具、內(nèi)外模板→液壓控制臺(tái)、千斤頂及油管、割去爬升鋼管→外防護(hù)安全網(wǎng)、欄桿→外腳手板、外下掛架→內(nèi)腳手板、內(nèi)下掛架（拆除這些物件是采用塔吊吊運(yùn)）→外環(huán)梁、主次輻射梁→內(nèi)連接鋼梁等（在128.80 m平臺(tái)施工結(jié)束后，拆除更為安全和方便）。

4.7 質(zhì)量控制措施

4.7.1 操作平臺(tái)中心偏移、扭轉(zhuǎn)

由于模板坡度不對(duì)稱、混凝土未對(duì)稱澆筑和中心監(jiān)測(cè)少等原因，操作平臺(tái)由于出現(xiàn)中心偏移的問(wèn)題，若要防止操作平臺(tái)中心偏移應(yīng)采用預(yù)控制措施，即監(jiān)視中心偏移應(yīng)每爬升600 mm 觀測(cè)一次，若中心偏差在20 mm 內(nèi)不予扭正，20～40 mm 可用平臺(tái)傾斜面校正，40 mm 以上用千斤頂支頂法校正。此外，當(dāng)千斤頂升差不一致時(shí)，容易產(chǎn)生操作平臺(tái)扭轉(zhuǎn)的問(wèn)題，為避免該問(wèn)題，每爬升一次大行程均應(yīng)收緊法蘭螺栓，每天至少觀測(cè)一次平臺(tái)扭轉(zhuǎn)度。

4.7.2 模板垂直度控制

在煙囪筒身的中心部位吊一線錘，隨時(shí)觀察?；A(chǔ)上四邊用紅漆標(biāo)出標(biāo)準(zhǔn)縱橫向軸線位置，并設(shè)置標(biāo)識(shí)點(diǎn)，為控制四角的垂直度，每15 m 高度時(shí)采用經(jīng)緯儀進(jìn)行觀測(cè)一次，嚴(yán)格控制好筒身中心位置及四角的軸線位置。

當(dāng)混凝土筒壁向外（或向內(nèi)）偏差時(shí)，應(yīng)根據(jù)偏差值大小，逐步將上層模板進(jìn)行向外（或向內(nèi)）逐步進(jìn)行調(diào)節(jié)，不可一次性調(diào)整到位。

5 結(jié)語(yǔ)

本煙囪工程提出了一種用于高聳筒狀建筑物的滑移施工裝置，該裝置安全可靠且施工方便。結(jié)合該裝置和翻模法的特點(diǎn)，本文提出了一種自爬平臺(tái)翻模施工技術(shù)，操作平臺(tái)在澆筑完混凝土即可進(jìn)行液壓爬升，施工人員利用吊籃上下操作平臺(tái)，吊籃采用鋼絲繩掛接在操作平臺(tái)的輻射梁上，待混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后，通過(guò)手拉葫蘆將鋼模翻轉(zhuǎn)安裝，能夠大大縮短施工工期。相比現(xiàn)有的模板系統(tǒng)，更加輕量化和低成本，既保證了施工速度，也保證了施工質(zhì)量，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。本文從該施工技術(shù)的原理出發(fā)，詳細(xì)地介紹了該施工方法的技術(shù)措施，以供以后類似的工程提供一定的經(jīng)驗(yàn)借鑒。