喻寧招 陳楊化 張鳳舉 張鋒凌 鄒麗文 王貴榮

中建三局第二建設(shè)工程有限責(zé)任公司 湖北 武漢 430074

在進(jìn)行鋼筋混凝土筒體結(jié)構(gòu)施工時，滑模技術(shù)在節(jié)約施工工期、降低施工成本方面具有巨大優(yōu)勢，但如何使用滑模技術(shù)實現(xiàn)“方變圓”變徑筒倉結(jié)構(gòu)施工，仍是一大難題[1-5]。

本文以海外某光熱光伏混合電站項目為實例進(jìn)行介紹。項目吸熱塔設(shè)計為高222 m的“天圓地方”結(jié)構(gòu)形式，即0～51 m結(jié)構(gòu)截面為方形，壁厚800 mm，51～82 m間為由方變圓的過渡變形段，82～222 m塔頂為圓形，壁厚由600 mm漸變至500 mm，如圖1所示。

圖1 吸熱塔三維示意

1 施工總體思路

在混凝土結(jié)構(gòu)上組裝一套剛度較大的可變形變徑的滑模平臺，根據(jù)施工圖三維建模計算獲取變形段各標(biāo)高處筒體結(jié)構(gòu)截面尺寸，從而控制滑模平臺承重千斤頂每個行程的向上頂升偏角，精確調(diào)節(jié)各門架橫向千斤頂位移、墻厚調(diào)節(jié)絲杠、模板微調(diào)絲杠和門架間橫拉絲杠的位移，以控制模板偏角、伸縮間距等，達(dá)到計算機(jī)模型預(yù)設(shè)的截面尺寸，周而復(fù)始，最終高精度完成“方變圓”變徑混凝土結(jié)構(gòu)施工。

2 施工前準(zhǔn)備

2.1 變形段設(shè)計優(yōu)化

原設(shè)計“方變圓”交界處在標(biāo)高82.028 m處為折角，由于滑模是不間斷澆筑混凝土并向上滑升的施工工藝，“方變圓”的交界點必須設(shè)計為圓弧過渡，故將突變的設(shè)計優(yōu)化為大直徑倒角是必要的步驟，如圖2所示。

圖2 變形段交界處深化設(shè)計

2.2 三維建模分析

該塔分為三段，方形段、過渡變化段及圓形段。方形段及圓形段均屬于常規(guī)滑模施工技術(shù)，重難點為過渡段“方變圓”的施工。由于“過渡段”的變化形式并非線性變化，相應(yīng)的滑模平臺所需進(jìn)行的調(diào)整也非線性調(diào)整。故采取的總體施工思路為每次滑模頂升后，按照該標(biāo)高處的設(shè)計截面進(jìn)行一次調(diào)整，為獲取變形段每300 mm各截面的尺寸信息，便于后期根據(jù)信息控制滑模截面形狀，對該段混凝土筒體結(jié)構(gòu)進(jìn)行切割截面建模，如圖3所示。

圖3 截面形狀變化三維模型及2個截面示意

2.3 塔身傾角分析

根據(jù)結(jié)構(gòu)對稱性取45°范圍為一個分析單元，塔身傾斜度變化如圖4所示，在方形四個角部傾角最大，為10.86°，周邊中心點處傾角最小，為2.03°。在滑模起始階段，門架及模板的起滑角度也按此進(jìn)行布置。

圖4 塔身變形段傾角示意

3 滑模體系安裝

該可變形滑模體系由平臺系統(tǒng)、門架系統(tǒng)、變形模板系統(tǒng)三大系統(tǒng)組成，結(jié)合垂直運(yùn)輸系統(tǒng)、調(diào)節(jié)系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)等組成吸熱塔滑模施工體系。體系中包含各種調(diào)節(jié)裝置，如門架徑向調(diào)節(jié)千斤頂、多種調(diào)節(jié)絲杠及可調(diào)千斤頂?shù)鬃取?/p>

體系安裝過程依次為鋼桁架平臺地面組裝、門架地面拼裝、門架吊裝安裝、模板體系安裝、鋼桁架吊裝安裝、吊架及操作平臺安裝（圖5）。

圖5 滑模結(jié)構(gòu)體系剖面示意

3.1 鋼桁架平臺組裝

該滑模鋼平臺呈方形鋼構(gòu)架結(jié)構(gòu)，長寬約30 m，分別由8榀主輻射梁、8榀次輻射梁、1個中心鼓圈構(gòu)成。鋼平臺整體質(zhì)量約150 t。桁架梁從中央鼓圈處呈輻射狀分布，同時在環(huán)向上采用工字鋼將其連接成整體，具有剛度大、穩(wěn)定性強(qiáng)、堆載能力大等特點，且可以輕易抵抗變形變徑過程中的各向應(yīng)力。每榀輻射梁均由2片桁架梁并列組成，間距80 mm，目的是保證門架在輻射梁間水平千斤頂作用下向內(nèi)外滑動。

3.2 門架安裝

在地面組裝好門架上、下橫梁，內(nèi)、外門架腿以及墻厚調(diào)節(jié)絲杠，組成平行四邊形結(jié)構(gòu)。后將千斤頂?shù)鬃惭b至門架橫梁上，該底座為可轉(zhuǎn)向鉸支座，可以滿足各種變形需求。主梁受力處采用3個千斤頂并列，次梁采用單個千斤頂。將組裝好的門架按照設(shè)計位置吊裝就位，通過鋼筋臨時連接固定。

3.3 模板體系安裝

模板體系主要分為模板、圍檁、調(diào)節(jié)裝置三部分。模板采用薄鋼板制成寬150 mm的“U”形鋼模板，相鄰模板間采用螺栓連成整體，在增大剛度的同時便于模板收分時靈活拆除。模板加固圍檁分為鋼管內(nèi)圍檁和方鋼外圍檁，鋼管圍檁緊貼模板體系，具有較大韌性，可彎曲成弧，隨著滑模變化而變形。方鋼圍檁剛度大，在模板體系上升過程中不可變形，為模板體系的變形控制提供剛度，同時防止脹模的情況出現(xiàn)。調(diào)節(jié)裝置設(shè)置在方鋼圍檁上，調(diào)節(jié)并控制模板的形狀（圖6）。

圖6 模板體系設(shè)計

模板體系安裝時，先將鋼管圍檁在門架間穿束，然后按照2個門架間距在地面將模板拼裝成一個整體，隨后使用塔吊將拼裝完成的模板組吊入鋼筋和鋼管圍檁間，最后安裝方鋼圍檁、模板調(diào)節(jié)絲杠裝置及門架環(huán)向可調(diào)節(jié)連桿等構(gòu)件，形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)體系，定位準(zhǔn)確之后，進(jìn)行完全固定，最后拆除門架臨時固定。

3.4 鋼桁架平臺吊裝

待模板體系安裝完成后，使用履帶吊將鋼桁架平臺整體吊裝在門架上，所有門架需同時穿過鋼桁架梁的間隙，即將門架腿伸入鋼桁架并排兩輻射梁之間，鋼桁架平臺通過門架腿上的支托將荷載傳遞至門架，門架通過下橫梁將荷載傳遞至千斤頂和支撐桿上，最終荷載傳遞到吸熱塔筒壁上（圖7）。

圖7 平臺吊裝至門架

4 “方變圓”段滑模施工技術(shù)

4.1 編制滑模變形調(diào)節(jié)表

在正式滑模變形前，為了保證變形的可控和準(zhǔn)確，需要提前分析并編制墻厚調(diào)節(jié)表、模板調(diào)節(jié)表、門架徑向位置調(diào)節(jié)表及門架環(huán)向距離調(diào)節(jié)表。

4.1.1 墻厚調(diào)節(jié)表

將墻體三維模型根據(jù)門架位置進(jìn)行切割，得到墻體剖面，結(jié)合門架模型，得出每次調(diào)節(jié)時的門架上下口間距。隨后根據(jù)模型上門架墻厚調(diào)節(jié)絲杠的長度變化，編制墻厚調(diào)節(jié)表（圖8），在每個門架上進(jìn)行編號和噴色，以45°范圍內(nèi)為一個周期，共有6種門架。將墻厚換算成絲杠轉(zhuǎn)動圈數(shù)（圖9）。施工時，可按照表格中的顏色對應(yīng)調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)旋轉(zhuǎn)絲杠（1表示絲杠逆時針旋轉(zhuǎn)一圈）。

圖9 墻厚絲杠調(diào)節(jié)指示表

4.1.2 模板調(diào)節(jié)表

若墻厚為不均勻特殊變化，則需要對模板微調(diào)絲杠進(jìn)行同樣分析，計算每個模板絲杠與模板的間距，并列出模板調(diào)節(jié)表。后續(xù)施工時，可根據(jù)該表對現(xiàn)場模板體系進(jìn)行調(diào)節(jié)。

4.1.3 門架徑向位置調(diào)節(jié)表

同樣按照門架位置，將墻體模型剖切得到墻體外形剖面，按照每50 mm分層，得出該處墻體到中心的距離，即施工時控制模板上口到中心的距離，記為（R1）。

根據(jù)模板與混凝土面相切的原則，模擬出門架在各個高度時的傾斜角度，并以此計算門架到中心的距離，記為（R2）。水平調(diào)節(jié)千斤頂通過控制門架距離R2來達(dá)到外形控制的效果。據(jù)此編制門架徑向位置調(diào)節(jié)表。

4.1.4 門架環(huán)向間距調(diào)節(jié)表

門架徑向位置變化時，其環(huán)向相對間距也會變化，分析內(nèi)外連桿長度變化情況，并編制調(diào)節(jié)表，以指導(dǎo)后續(xù)門架間距調(diào)節(jié)施工。

4.2 豎向千斤頂頂升

滑?；炷翝仓竺扛?0 min觀察混凝土凝固情況，若下方混凝土開始初凝，則操作液壓控制臺，給豎向支撐千斤頂提供壓力，同步頂升，千斤頂頂升每個行程25 mm。

千斤頂頂升的同步性對于滑模系統(tǒng)至關(guān)重要，支撐桿上設(shè)置有限位器，用于控制提升標(biāo)高，千斤頂具有泄壓功能，與限位器完全解除后會觸發(fā)，并停止提升。

4.3 模板體系粗調(diào)

根據(jù)對應(yīng)標(biāo)高處的墻厚絲杠調(diào)節(jié)指示表，使用扳手?jǐn)Q動門架上的墻厚調(diào)節(jié)絲杠，不同門架上絲杠擰動圈數(shù)應(yīng)對應(yīng)指示表，使外側(cè)門架腿相應(yīng)靠近或遠(yuǎn)離，以達(dá)到墻厚控制效果。

墻厚調(diào)節(jié)的最終目標(biāo)是使模板貼合預(yù)定的墻體剖面線，故在每次調(diào)節(jié)后均需要測量模板間距進(jìn)行復(fù)核，如圖10所示。

圖10 調(diào)節(jié)絲杠控制墻體厚度變化

4.4 模板體系微調(diào)

根據(jù)模板調(diào)節(jié)表，旋轉(zhuǎn)模板調(diào)節(jié)絲杠，以達(dá)到控制對應(yīng)標(biāo)高處模板定位，而模板微調(diào)絲杠通過方管圍檁定位，通過端部的連接裝置，對鋼管圍檁及相連的模板進(jìn)行調(diào)節(jié)，可以控制模板內(nèi)凹或者外凸。模板調(diào)節(jié)絲杠調(diào)節(jié)模板貼合墻體設(shè)計截面線，調(diào)節(jié)后及時復(fù)核校驗（圖11）。

圖11 模板調(diào)節(jié)絲杠裝置及絲杠調(diào)節(jié)示意

4.5 門架徑向位置調(diào)節(jié)

由于門架設(shè)計為可在輻射鋼桁架梁上滑動，故可以通過水平千斤頂控制門架滑動的距離達(dá)到控制墻體形狀的效果，如圖12所示。

圖12 門架滑動以達(dá)到墻體變形效果

具體操作為按照對應(yīng)標(biāo)高處的門架徑向調(diào)節(jié)表，在水平千斤頂鋼管上相應(yīng)位置安裝限位器，水平千斤頂拉動鋼管帶動門架徑向位置發(fā)生變化，最終達(dá)到調(diào)節(jié)表尺寸要求，即門架到筒體中心距離R2，模板上口到中心距離R1，實現(xiàn)墻體按照設(shè)計情況變形。每次調(diào)節(jié)后，根據(jù)在鋼桁架下弦的刻度復(fù)核門架位置是否符合理論分析。

4.6 門架環(huán)向位置調(diào)節(jié)

在門架徑向收縮時，門架間距也隨之縮短，故需要相應(yīng)調(diào)節(jié)門架間的連桿長度，如圖13所示。

圖13 門架環(huán)向間距變化分析

該連桿為兩端正反絲的螺紋套筒。按照調(diào)節(jié)表旋轉(zhuǎn)套筒，以達(dá)到伸長或縮短連桿長度的效果。門架間距絲杠與設(shè)置在門架下端及上端的徑向位置調(diào)節(jié)千斤頂組成了穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)體系，保證門架由于平行四邊形原則可以變形的前提下，仍能保持可控的變化，共同控制墻體的外形，如圖14所示。

圖14 門架調(diào)節(jié)系統(tǒng)整體

考慮門架的豎向傾斜角度，該連桿與門架之間采用球形關(guān)節(jié)節(jié)點連接。

5 結(jié)語

本文以海外某光熱光伏發(fā)電項目222 m吸熱塔滑模施工為例，介紹了一種針對變形變截面筒體結(jié)構(gòu)的滑模施工技術(shù)。與翻模和爬模相比，該工藝工期效益顯著，施工過程簡便，結(jié)構(gòu)外形尺寸控制準(zhǔn)確，對今后類似工程施工具有借鑒意義。