冻结法施工下竖井多层吊盘倒模法混凝土衬砌施工技术.pdf

水利建设与管理 2 0 1 0年第 5期 1 7 冻结基施 童 謦井参囊 冀盏铷横基 穗 凝 t 锄 瘫 t 技 米 刘 国章 胡殿军 ( 河南黄河工程有 限公 司 郑州4 5 0 0 0 4 ) ( 郑州顺鑫工程监理有 限公 司4 5 0 0 0 4 ) 王海正 ( 河南黄河工程有限公司 郑州4 5 0 0 0 4 ) 【 摘要】 本文详细介绍了神木县供水工程利用冻结法施工下竖井多层吊盘倒模法混凝土衬砌施工技术的工艺过 程。 这种综合性创新解决 了竖井和筒体结构施工的难题。 通过技术创新大大降低了施工难度， 加快了工程进度， 保证 了人员财产安全， 降低 了工程施工成本。 【 关键词 】 竖井混凝土衬砌 多层吊盘倒模法施工冻结法施工 1 项 目概况 神木县供水工程是榆林市重点建设项 目， 工程 主要解 决该县城区 1 5 万人生活用水 、城 区各企业工业用水和县 城周边农业用水问题 ， 为神木县经济社会的发展及小康社 会的建设提供水资源保障。该工程 由 2 1 k in隧洞和 2 2 k m 压力管道组成 ， 其中， 隧洞部分位 于毛乌素沙漠一漏斗形 区域内， 洞体水平埋深为 8 0 1 9 0 m， 该 区域内地质条件复 杂 ， 且富含地下水 ， 因此 ， 竖井在开挖时采用了冻结法施工 工艺。 由河南黄河工程有限公司施工的该工程第五标段 ， 位 于该输水隧洞 中部 ， 标段全长 3 1 1 5 m， 隧洞水平埋深 1 5 0 1 8 0 m， 沿途布设三 口竖井( 1 3 1 5 号 ) 作为施工通道 ， 井距 l O 0 0 m。竖井开挖井径为 ： 土层部分( 厚约 6 1 9 O re) 开挖井 径 4 5 m， 初衬井径 4 1 m； 岩石部分 ( 厚 7 0 l O O m) 开挖井径 4 1 m。 开挖后采用 3 0 0 mm厚 C 3 0钢筋混凝土二次衬砌 ， 衬 砌成型井径 3 5 m。 该竖井于 2 0 0 7年 l 0月开工 ，竖井部分于 2 0 0 8年 5 月完成 ， 历时 8 个月。 2 竖井衬砌施工中存在的问题 由于该标段为整个输水隧洞的中间段 ， 隧洞埋深相对 较深， 三个竖井深度分别为 1 7 0 m、 1 8 0 m、 1 5 0 m 。同时 ， 由于 三 口竖井均采用了冻结法施工 ，开挖后井壁表面温度为 一6 8 C ， 受井壁温度影响， 新浇筑混凝土初期强度较低且 强度增长较慢 ， 而混凝土脱模强度又有严格的限制 ( 不小 于 0 3 M P a ) ， 因此 ， 从浇筑到脱模需用时间较长 ， 而每天冻 结维持费用高达 2 1 0 0 0元 ， 如何在低温情况下保证混凝土 脱模强度 ， 提高施工进度 ， 减少冷冻时间 ， 降低冷冻成本 ， 从而降低工程综合成本 ， 成了本工程成败的关键 。 竖井混凝土衬砌一般常用 的施工方法有满堂架施工 、 滑模法施工 ， 拉模法施工 ， 但 由于该工程采用了冷冻法施 工 ， 再加上该标段三 口竖井深度较大 ， 以上几种方法的使 用均受到局限。 2 1 满堂架法 由于该标段三 口竖井最小井深为 1 5 0 m，而根据脚手 架搭设规范要求， 采用双肢立管满堂脚手架时最大施工高 度为 6 0 m， 远远小于该工程竖井衬砌深度 。如采用井壁加 环梁法对脚手架进行阶段性支撑，则井 口断面需扩大， 造 成开挖和衬砌工程量加大 ， 增加成本。且此方法需用钢管 及耗材量极大 ， 同时， 模板循环安拆及竖 向提升受脚手架 影响， 只能依靠人力拉升， 造成大量用工 ， 进度不宜保证。 另外 ， 此方法在施工安全上不易保障 ， 故该方法不能满足 要求。 2 2 滑模法施工 滑模法施工是筒体结构施工 中较常见的施 工方法 ， 其优点为施工工艺简单 ， 劳动强度较小 ， 浇筑质量容易保 证 ， 缺点是前期投入较大 ， 受混凝土脱模强度限制 ， 进度 受到限制( 常温下每天 1 8 2 m) 。特别在该工程中， 受冷冻 法施工 的影 响， 井壁温度过低( 一 8 - 1 0 ) ， 导致新浇混凝 土前期强度增长较为缓慢 ， 按强度增长曲线计算 ， 在脱模 强度为 0 3 MP a 时 ， 每天仅能浇筑拉升 1 2 m左右 ， 远不能 满足施工进度要求。 且 由于井壁冷冻维持费用过高( 每天 约 7 0 0 0元 ) ， 施工进度对成本造成的影响巨大 ， 故该方法 1 8 刘国章等 冻结法施工下竖井多层吊盘倒模法混凝土衬砌施工技术 无法满足该工程进度及成本控制需要。 2 - 3 拉模法施工 拉模法施工也是竖井施工中的一种常见的施工方法， 其特点是施工工艺简单 ，由于模板与吊架连为一个整体， 支撑、 拆模及拉升较为便利 ， 特别是采用液压顶撑技术后， 劳动强度较小。 但同滑模法一样 ， 受混凝土拆模强度影响， 每天最多只能拉升一仓( 1 5 m ) ， 进度较为缓慢 ， 不能满足 施工进度要求 ， 受冷冻费用影响 ， 施工总体费用过高。 3 多层吊盘倒模法施工工艺 3 1 新工艺选择 由于以上三种方法不能满足该工程要求， 根据工程的 特点 ， 结合我们多年从事混凝土结构施工 的经验 ， 将倒模 法和多层吊盘有机地结合起来， 形成多层吊盘倒模法旎工 新工艺。 倒模法施工常用于圆筒仓 、 烟 囱等工业建筑混凝土 工程 的施工 ， 其施工原理是 ： 根据混凝 土初期强度 和拆 模要求强度之间的关系， 在混凝土浇筑时采用多仓模板 循环使用 ， 以保证混凝土浇筑 的连续性 ， 满足工程进度 要求 ， 降低综合成本 。而且在施工时可视进度要求增加 模板仓数 ， 以达到赶工的 目的。由于该工程进度的特殊 要求 ， 在实际工程施 工中 ， 采用 1 2仓模板循环使用 ， 解 决 了混凝土拆模强度的制 约 ，大大增加 了衬砌循环高 度 ， 提高了施工进度。 吊盘法多用于竖井和筒体结构施工， 利用起重机或倒 链可方便升降， 通过竖向移动满足施工需要。传统吊盘施 工时， 一般采用单层吊盘， 在同一 吊盘上需进行钢筋绑扎 、 模板支设及混凝土浇筑等工序 ， 由于工序交叉 ， 施工效率 不高。 为此， 该工程在吊盘设置上采用 了三层吊盘， 保证了 钢筋梆扎 、 模板安拆 、 混凝土浇筑等工序分别在不同的工 作盘上进行 ， 减少了工序间干扰 ， 同时， 对底层 吊盘采用倒 链和绞车双重提升， 增加了底层工作盘 的灵活度 ， 大大提 高了施工进度。 3 2 多层吊盘倒模法施工工艺构造 3 2 1 在 吊盘设置上采用三层 吊盘( 见图 1 图4 ) a 上层 吊盘用作衬砌基面修整和钢筋绑扎的工作 平台。 采用槽钢及角钢焊接成外径为 3 4 m、 内径为 1 8 m 的钢架环 ， 上铺 3 ra m厚钢板而成环状工作平 台， 并通过 钢爬梯与中层工作盘连接。吊盘 中间直径 1 8 m的圆孔 作为混凝土运输通道 。同时， 本盘兼作主工作平 台安全 防护盘。 图 1 吊盘提升 系统示意图 井 _j 6 锅 丝蝇中 0 l 6 舅量 I l 绱 1 o 0 一 l 1 O 0 1 1 l l 一 栩嚣平1 槽 钢 7 5 l _ l ； l 1 壁 复鳢 曼璧 篮 三 、 ， t 酗 l 2 x1 l I 一 I 一 6 o I 壁 ： 世 噔 - 丑 萎 墼1 2 模 扳平台 ， 暮 茸 扳1 1 墨 基 N r 、 j l | 扳3 ) r一 _ ， g A r 犊板1 J 图 2 多层吊盘倒模法施工示意图( 单位 ： 锄 ) b 中层吊盘为主工作平 台， 主要用于混凝土浇筑。将 槽钢弯 曲成直径为 3 4 m的圆环状 ，再用四根槽钢以井字 形焊接 ， 上铺钢板形成一个工作平台， 中间留设 1 0 m O 8 m 刘国章等 冻结法施工下竖井多层吊 盘倒模法混凝土衬砌施工技术 1 9 图 3 钢筋工作 平台图 图 4 浇筑、 模板 工作平台图( 单位 ： c n 1 ) 的方孔作为与下层吊盘问的通道( 浇筑混凝土时铺设钢板 封闭) ， 与上层钢筋绑扎工作平台的间距为 2 m， 与下层问 采用钢链软梯连接。 c 下层工作平 台主要用于拆模 、 升模、 支模等工序， 在 中层工作平台的槽钢四角焊上 吊环并安装四根导链( 倒链 长度视倒模层数确定) ，用导链或绞车来完成工作平台的 升降， 进行模板的拆除和支撑。 d 在构造上 ， 上层工作平台与中层工作主平台形成 吊 盘主体 ， 采用钢丝绳与井架连接 ， 随着井壁混凝土衬砌成 型采用井架倒链向上提升 ， 每次提升高度为 2 O re ( 两层模 板高度) 。 下层工作平台与吊盘主体无固定连接 ， 在需要模 板拆除时 ， 采用倒链或绞车将该盘降至拆模位置 ， 模板拆 除后 ， 用绞车或倒链将该盘提升至模板支高度 ， 采用 四根 钢丝绳 固定于中层盘上 ， 松下吊钩或倒链即可进行下道工 序施工。 由于下层工作平台可采用绞车或倒链升降，升降方 便 ， 可同时完成对成品混凝土缺陷修补、 保温养护等工作。 3 2 2 衬砌模板 采用定型组合钢模板 ， 模板支设可采用用丝杠顶撑来 实现安装 、 拆卸 ， 模板提升采用导链进行拆模工作 台的升 降。 根据浇筑进度要求及混凝土拆模强度， 采用 9 1 2 组成 型钢模板循环作业( 见图 5 ) 。 图 5 模板支撑系统 图 3 2 _ 3 工艺流程 工艺流程见图 6 。 吊盘 就 位 j 依次-O t l 1 2 仓钢筋 J 依次支设l 1 2 仓模 I 依次浇筑 1 1 2 仓混凝土 J 依次拆除l l 2 仓模板，并依次提升至 I 下一循环支设位置支设成型 l l 依 次 浇 筑 下 一 循 环 混 凝 上 l l 完工拆除 图 6 工艺流程 3 2 4 实际施工情况 各竖井开挖完成后 ， 进行 吊盘安装， 首先对 1 1 2 仓混 凝 土进行浇筑 ， 每次浇筑两仓 ， 待第 1 2 仓浇筑完成后( 第 1 、 2仓 已浇筑 4 8 h ) ，经试验第 1 、 2 仓 混凝 土强度达 到 0 4 5 M P a ， 满足规定拆模要求强度 ， 利用绞车将下层吊盘降 至第 1 、 2 仓位置进行拆模 ，模板拆除后 ，提升至第 1 3 、 1 4 仓浇筑 高度进行支设 ， 并依次循环。 ( 下转第 l 4页) 1 4 杨江英， 水利工程明渠混凝土预制板砌 筑的计价厚度和砂浆耗量的分析 表6 水利建筑工程预算定额 规定的混凝土预制板及砌筑定额 单位： 1 0 0 m 3 砌体 0 2 预算定额第四章 2 5 节 项 目 厚度 ： c m) 单位 4 - 8 8 -1 2 1 2 -1 6 1 6- 2 0 工长 工时 4 5 4 3 2 9 2 7 5 2 4 4 高级工 工时 1 4 7 6 1 0 7 8 9 -3 7 9 3 人工 中级工 工时 5 6 7 5 4 1 1 5 3 4 3 5 3 0 5 初级工 工时 3 7 4 5 2 7 1 6 2 2 6 7 2 0 1 3 合计 工时 1 1 3 5 8 2 3 6 8 7 6 1 0 混凝土构件 m 3 ( 9 O ) ( 9 0 ) ( 9 0 ) ( 9 0 ) 材料 水泥砂浆 m3 2 3 7 2 0 4 1 9 1 8 - 2 其他材料费 O 5 0 5 0 5 O 5 混凝土构件的运输 其他费用 编 号 4 0 1 1 5 4 0 1 1 6 4 0 1 1 7 4 0 1 l 8 度为混凝土预制板板厚加砂浆垫层厚度时 ， 就要调整混凝 土预制板构件的体积和水泥砂浆耗量。因此 ， 在使用本节 定额时很不方便 ，计算混凝土板预制砌筑工程单价时， 不 对混凝土预制板构件的体积和水泥砂浆耗量进行调整 ， 工 程单价的计算很难准确。 实际操作中，在使用第 四章 2 5节混凝土板预制及砌 筑定额时 ， 砌体体积计算不考虑砂浆垫层 ， 以设计混凝土 预制板板厚为计价厚度 ， 调整水泥砂浆耗量 ， 计算混凝土 板预制砌筑工程单价较为准确， 砂浆垫层工程单价另取定 额计算较为合理。 4 结语 长距离、 大流量引水工程防渗明渠设计采用混凝土板 预制及砌筑型式比较广泛 ， 为了合理分析混凝土预制板砌 筑 的单价 ， 概 预算人员应针对工程 自身的设计情况， 对混 凝土预制板砌筑定额的材料用量进行分析调整应用 ， 使工 程投资计算较为合理准确， 做到合理控制工程投资。 ( 上接第 1 9页) 由于工序交叉干扰得到解决 ， 钢筋绑扎不 占用工作时 间， 这样 ， 每次模板拆除、 支设及混凝土浇筑两仓( 2 O m ) ， 用时 6 O h ， 扣除设备维修 、 停电等影响， 每天实际完成进度 可达到 5 O m， 远超过业主要求每天 3 m的进度要求。 4 成果分析及结论 4 1 成果分析 采用多层吊盘倒模法方案后 ， 使施工进度得到了较 大的提高 ， 取得了明显 的经济效益 。三 口井二衬工期 累 计提前 8 0天 ， 共节省冷冻费用约 5 6万元 ， 扣 除增加模 板投入 的 8万元 ， 综合节省费用 4 8万元 ， 达到了技术创 新 目标。 a 进度方面。由于多层吊盘倒模法施工解决了混凝土 初期强度对脱模时间的制约， 同时解决了钢筋绑扎 、 模板 安拆 、 混凝土浇筑之间的工序矛盾， 加快了工程进度， 为工 程能够按期完工打下 了基础。 b 安全方面。 由于采用三层吊盘， 吊盘整体上升平稳 ， 在混凝土浇筑或模板安拆时 ，上层吊盘起到防护作用， 保 障了施工人员的安全。 c 经济效益方面。 采用多层吊盘倒模法施工 ， 虽然前 期投入较大 ， 但施工进度明显加快 ， 同时不需要专门的安 全设施投入 ， 吊盘及倒模使用及维修费用较低 ， 大大的提 高了设备的投入产出比； 降低了工程造价 ， 提高了工程经 济效益。 4 2 结论 通过实际施工证明：该施工工艺通过增加模板仓数、 增加工作盘层数 ， 并把两者有机结合起来 ， 有效地解决 了 混凝土前期强度对脱模时间的影响， 并排除了工序间的干 扰 ， 大大地提高了施工进度 ， 在隧洞工程施工中有广泛的 推广价值。