电动升模工艺在钢筋混凝土烟囱施工中的应用

一、概述
混凝土烟囱施工技术有一个发展过程，七十年代前以有井架施工方法为主。该方法具有施工设备简单、施工安全、施工速度较快、工程质量容易控制等优点。不足之处是操作和劳动强度大、高烟囱采用此方法施工时，对井架的井孔选择、构件强度及整体稳定性均应进行施工设计和计算，因此，逐步被滑模施工工艺取代。
二、XDS- - - Ⅲ型电动升模工艺的由来
80 年代初，专业施工企业在双曲线水塔电动升模工艺的基础上，开始研究钢筋混凝土烟囱电动升模工艺，并定名为DZMS- - - Ⅱ型（电力自升式模板系统Ⅱ型）工艺体系，其操作平台随升井架跟滑模施工法相似，提升系统采用新型带电机的行星摆线针轮减速机构、配合T50×6 的丝杠进行提升，电动机为22KW、减速比1:43、电机同步转速为1500r／min、出轴转速为35r/min，经实验提升能力为6.02T。提升时模板与筒壁面脱开，提升后模板就位后量径校正，操作平台及工作架的荷重由挂靴上的锚固螺栓传递给平台下已有三天龄期的筒壁混凝土上。
由于DZMS- - - Ⅱ型电动升模工艺在施工中平台中心漂移、扭转，锚固预留洞不准确等一系列问题难以克服。为此，对DZMS- - - Ⅱ型电动升模系统锚固件进行了改进，改进原预留孔洞锚固挂靴，将挂钩挂设的方式改进为专用轨道模板。提升时提升架沿已铺好的轨道上移动，有效地控制了提升架及随升平台的中心漂移和扭转现象。同时，确保了提升架提升到位的准确。经过多年的实践经验总结，将系统进行改进，并定名为XDS- - - Ⅲ型电动升模工艺。
三、XDS- - - Ⅲ型电动升模工艺体系
XDS- - Ⅲ型升模体系是在原有DZMS- - Ⅱ型电动升模工艺体系不断改进的基础上设计的新型体系。它具有施工安全、外观质量好、施工速度快、过程中不易产生烟囱扭转和中心漂移等特点。可以广泛应用于大小钢筋混凝土烟囱施工。该体系由电动提升系统、随升平台系统、垂直运输系统、电气控制系统和模板系统等组成。
1、电动提升系统
XDS- - Ⅲ型电动升模系统由沿烟囱筒壁外侧均匀布置的若干个单元提升系统组成，每个单元提升系统由提升门架和轨道组成。
（1）提升门架是支承整个体系的主要结构，由操作架和提升架组成，随升平台辐射梁搁置于操作架顶上。操作架是一个立体框架，竖向布置分为三层，各操作架间用脚手板连接构成外围操作平台，以完成提升，钢筋绑扎、筒壁外侧模板拆装，养护等作。提升架是一个通过滚轮套合于操作架内侧槽钢上的平面框架，其上装有行星摆线针式减速电动机提升传动装置。提升架与操作架在提升过程中互为轨道，交替上升，组成一个独立系统，能单独提升，也可同时提升。
提升门架数量的确定，应根据烟囱的大小，在最不利荷载组合下，早龄期的混凝土抗压（局部）抗冲切计算。荷载取值包括系统平台、施工荷载、风荷载等。提升门架榀数选择不当导致系统故障概率增大或系统提升机构磨损过快以致影响结构安全。根据该系统设计计算及施工实践，以2.2KW行星摆针式减速机作为动力的提升架, 每榀门架提升荷载(包括自重) 宜控制在3.5T左右，同时应考虑整个系统一次施工到顶；不进行中途拆除，其门架榀数计算方法如下：
N=ΣP/3.5N- - - - 门架榀数
ΣP- - - - 组装标高提升时最大静荷载乘以
不均匀系数提升门架尺寸选型宽900、高7050、配1.5～2.2KW行星摆针式减速电动机，T50×6 丝杠进行提升。
(2)轨道由钢板和槽钢制成，长1.5 米。钢板上设有螺栓孔，用于安装剪力环和轨道锚固螺栓。槽钢上设有方型插孔，用于插置承担操作架与提升架的连接销，上、下轨道的插孔间距离等于一个提升高度1.5 米。每节轨道相当于一块特殊模板，在施工每节筒壁时与筒壁外侧模板一同安装成整体。在门架提升时，作为提升架滚轮的滑行轨道和门架承载体，通过剪力环和锚固栓将门架的荷载传给具有一定强度的混凝土筒壁。
2、随升平台系统
随升平台系统主要由随升平台和内吊操作架，随升井架，砌砖平台等组成。
①随升平台采用柔性拉索空间桁架式结构形式，即由中心鼓圈、平台辐射梁、平台钢圈、平台斜拉索、平台井架、大斜撑共同组成一个辐射状空间桁架结构平台。中心鼓圈的大小应根据烟囱出口半径的不同而设计，其半径计算方法如下：
R 中心鼓圈=R 烟囱顶内半径- 0.8 米中心鼓圈半径选择过大施工不便，过小辐
射梁截面加大，增大系统自重。
中心鼓圈高度确定以组装标高最外侧拉索与辐射梁夹角大于23 度为好。
中心鼓圈及腹杆计算其最不利工况下应力值，其应力值应控制在1100Kg/ CM2 为宜。平台辐射梁是整个平台系统主要受力部件，合理选用辐射梁结构对减轻平台系统自重，提高平台的整体刚度具有着重要意义。辐射梁结构型式为槽钢或箱型结构。平面桁架结构以强度计算选槽钢，并进行挠度核算，其挠度核算是辐射梁的主要问题。辐射梁挠度f≤1/250 辐射梁跨度平台钢圈选用槽钢，数量应根据烟囱直径的大小，辐射梁的设计长度进行确定，间距1.2—1.5 米为宜。
平台斜拉索应根据平台受力计算确定，一般钢丝绳的直径不小于Ф20平台井架采用标准井架立杆Ф60×4.5，每节长为2.5 米。井架平撑、斜撑为Φ38×4 钢管制作，井架高度根据电梯斗的高度来确定，一般为7.5～10 米为宜。过高对平台的稳定不利，太底距吊笼天滑轮的距离很小对安全不利。井架和操作平台的连接用刚性支撑（即大斜撑），刚性支撑能使平台与井架有一个较好的整体性。平台上的部分中心荷载通过支撑可传递到外平台上，减少了集中荷载，使平台斜拉索、鼓圈、腹杆受力减小。井架大斜撑设计为可调节长度的支撑杆，调节范围根据烟囱大小来确定，大斜撑选用Φ89～120 钢管。
3、垂直运输系统
采用四孔或五孔井架设置在中心鼓圈上，其上组装有2 部人货两用吊笼电梯，用作施工人员上下和混凝土、内衬砌筑材料等垂直运输工具。另外在随升平台辐射梁上设一起重摇头拔杆作为钢筋的垂直运输及安装爬梯、检修信号平台等材料的吊运工具，耐火砖和耐酸胶泥由电梯吊笼运输到砌砖平台。电梯吊笼采用5T双筒双绳卷扬机起吊，采用两根3/4″钢丝绳。吊笼钢丝绳经地滑轮导向后通过烟囱筒壁上的预留孔洞至卷扬机的卷筒上，卷扬机布置在烟囱外距烟囱筒壁外不小于40 米处。电梯吊笼轨道用两根3/4″钢丝绳导索，用3T单滚筒卷扬机布置在烟囱零米层，电梯吊笼分两层，上层乘人，净空高度≥1.85 米。下层为混凝土料斗、供吊运砼用。料斗的进料口设在上层的底板处，用钢板制作的翻板门，即为上层笼格乘人吊笼的地板。出料口设在料斗的底部，侧向翻板门开口。为使砼料装运方便，在烟囱基础内设有料斗坑。电梯吊笼顶部安装断绳抱刹安全装置，井架上部和电梯坑底各设两道吊笼上下限位开关。井架顶部安装避雷针。摇头起重把杆配1T卷扬机，平时限定起重重量300～500 公斤。
4、电气控制系统
电气控制系统包括提升动力机械、电梯卷扬机及施工照明三部分。电气控制控制共设上、下两个操作控制台。上操作台置于随升平台控制室，下操作台设在烟囱底部烟囱内。操作盘上配有上、下停控制按钮和信号灯、电铃、电话等装置，用于系统提升、电梯吊笼的升降运行等，上下操作盘可同时控制总电源。提升动力机械电气控制的设计，既能满足整体同步提升，又能独立进行上、下调整。除在总控制台设有联动开关外，在每榀提升架处设立分机单动开关。
施工照明采用36V安全电压，沿提升架在烟囱内外周围布置。
5、模板系统：
模板系统由定型钢模板、钢筋、围柃、专用轨道模板及收分木模等组成。烟囱内外筒壁采用两节P30～2015 定型钢模板交替翻模施工方法。每节模板高为1.5 米即一个提升行程，模板长度根据烟囱筒壁半径采用20～30CM模板，模板采用定型钢模板组合与收分木模板组成。
对拉螺杆设在收分木模上，和钢筋围檩共同固定，对拉螺杆使用时可套上塑料套管，使其拆除模板时可以扒出周转使用，且消除了混凝土表面的螺栓头。模板系统用脚手管支撑在操作架上的方法固定外半径。
四、体系工艺原理
以成型的具有一定强度的钢筋混凝土筒壁作为支承着力点，利用电动提升机械作动力，在操作架和提升架的相互提升过程中完成随升平台的提升。提升过程如下：
（1） 松电梯吊笼导索（略大于一个提升行程）；
（2）操作电动机反转，利用操作架上的固定螺母做与支撑点，在提升丝杠转动的过程中将提升架顶起一个混凝土浇筑层高度，然后在轨道上插入连接销，使提升架钢牛腿担在连接销上（此过程可以独立操作）；
（3）同步操作各电动机正转，利用提升丝杠在操作架上固定的螺母内的转动，整体将操作架及随长平台顶起一个混凝土浇筑层高度，在轨道上插入连接销，单个调整操作高度，使操作架钢牛腿担在轨道连接销上。
（4）收紧电梯吊笼导索，至此完成一层
五、质量通病的控制
1)、烟囱施工平台的中心漂移，是每个烟囱施工过程中都会出现的问题，其危害性是中心漂移后，半径不准、外观质量差、电梯上下碰中心鼓圈，有安全隐患。分析造成的原因是：
1、组装时标高不一样；
2、辐射梁与门架支撑滚轮过于滑动；
3、风力的影响；
4、施工过程中上下两层模板接缝处理不干净，如果每层间有1mm的空间，那么10 节就有1cm的高差。由此可见，模板接缝的处理是解决平台中心漂移的关键所在。
2)、平台扭转。采用轨道模板，施工中仍然出现平台扭转问题滑模就更严重。其主要原因是施工过程中不认真校正轨道模板的垂直度和水平度，所以只有在安装轨道模板，认真处理好接缝及时调整垫平，就能控制其平台扭转。
3)、外观质量。烟囱外观质量是施工的主要问题，其表面的光洁度、平整度是模板系统的主要矛盾。为了保证其外观质量。首先要解决其使用模板的质量问题，必须选用新模板，旧模板表面凹凸不平，扭曲变形浇筑砼成品的外表面就不平，接缝不严造成漏浆，表面不光，甚至出现蜂窝麻面。所以，为了保证其砼的外观质量，必须做到以下几点：
1、必须选用新模板；
2、其上口用M12 的螺栓连接，下口打U型卡和插销；
3、模板与模板之间的竖缝、水平缝均要夹上吹塑纸；
4、支模前必须把模板清理干净，并涂刷好脱模剂；
5、支模前把砼面清理干净，以防烂根；
6、拉半径时，严格控制外半径；
7、补缝用木条必须三面刨光，并用钉子钉牢；
8、其壁厚用￢钢筋和口撑控制，保证其圆弧度；
9、支模牢固；
10、拆模后进行消缺。
4）、砼强度的控制。
提升前砼的强度是该系统提升时必须控制的。该系统主要受力层是第三层砼，其强度要求为9Ma，如果强度不够，可能会造成平台下沉、倒塌，后果不堪设想。为了控制砼强度，必须按以下几条去做：
1、选用合格的原材料；
2、严格按配合比配制砼；
3、严格按规范和施工措施进行搅拌；
4、搅拌时多留两组同条件试块；
5）提升前必须试压同条件试块，在其强度满足设计值时方可提升。
结束语
XDS- Ⅲ型电动提模工艺无论从施工质量、施工速度、劳动强度、安全方面均远远好于有井架翻模及滑模工艺。本工艺属国内首创，对施工质量和施工安全提供了有力的保证，施工机械化程度高，大大降低了施工人员的劳动强度，这已为工程实践所证实。该工艺在1995 年申请国家专利，并转让技术给全国十多家施工企业。但任何事物都存在再实践、再认识的过程，虽然XDS- Ⅲ电动升模工艺目前认为已经是比较完善的工艺，但仍然有待于我们在实践中不断完善和发展，还可以推广，应用于高层建筑和其它构筑物的施工中，均有待于今后进一步实践和探索。