10000m3覆土油罐球面穹頂組合式盤扣滿堂支撐架施工技術

楊亞明 宋大帥 王一林 劉 明

中建三局第二建設工程有限責任公司 湖北 武漢 430074

隨著國際時事的變化，能源儲備成為各國爭相發展的對象，我國石油戰略儲備嚴重不足，近幾年國家加大了戰略儲備力度，國家成品油儲備項目的建設日漸增多，覆土油罐因其良好的戰略隱蔽性成了近年來發展的重點。

覆土油罐分為內罐和外罐，內罐為鋼結構，外罐為混凝土結構。目前，大部分項目外罐的弧形穹頂模板支撐架由扣件式滿堂支撐架搭設而成，但是扣件式滿堂支撐架自身承載能力較弱，立桿間距較密且罐體自身為封閉結構，在很大程度上加大了扣件式滿堂支撐架的裝拆困難。

1 工程概況

處于貴州省的某成品油儲備工程，覆土油罐外罐為鋼筋混凝土結構，罐壁為內徑30.5 m圓形墻壁。基礎為筏板基礎，基礎上部澆筑最薄處厚320 mm的混凝土墊層，墊層從中間向四周找2.5%的坡，墊層在罐體邊緣處的相對標高為±0 m。屋面采用球形穹頂，穹頂最低點相對標高為19.663 m，最高點相對標高為22.460 m，穹頂混凝土殼厚200～575 mm（圖1）。

圖1 鋼筋混凝土罐剖面

2 施工特點及難點

本工程施工難點在于穹頂模板支撐架的搭設，在其施工時應考慮以下幾個方面：

1）覆土罐采用球形穹頂，模板支撐架頂部成弧難度高。

2）穹頂板厚在200～575 mm范圍內變化。其中邊緣3 500 mm以內殼厚在200～575 mm范圍內漸變，中間3 300 mm范圍以內殼厚在200～300 mm范圍內漸變，頂板較厚，對腳手架的承載能力要求較高。

3）穹頂最低點距基礎混凝土面19.663 m，最高點距基礎混凝土面22.460 m，根據建辦質[2018]31號文，屬于超過一定規模的危險性較大的分部分項工程。

4）在覆土罐內施工，空間密閉，采用扣件式滿堂支撐架所需材料較大，且在密閉空間中安裝拆卸速度較慢，危險性較大。

5）工程地處偏僻，交通運輸不便。

綜合考慮以上因素，并經過周密的結構計算，首次引入組合式盤扣滿堂支撐架，并通過對其進行改進，解決了盤扣支撐架立桿間距大、成弧難的問題。

3 滿堂式腳手架設計

為了解決常規扣件式滿堂支撐架耗費材料大、效率低的問題，并通過對其進行改進，提出了組合式盤扣滿堂支撐架施工技術。

組合式盤扣滿堂支撐架分為下部基礎支撐架和上部轉換支撐架兩大部分。基礎支撐架是整個體系的承重部分，由新型盤扣腳手架組成，承擔上部轉換支撐架傳遞的荷載。轉換支撐架是整個組合式支撐架體系轉換的核心部分，為了解決盤扣支撐架立桿間距大、成弧難的問題，在每排立桿中間增加豎向傳力的短鋼管，即轉換立桿，且通過增加斜撐來改善受力，從而使轉換支撐架整體自成一個桁架體系，傳力明確[1-2]。

整個腳手架體系既發揮了盤扣式支撐架裝拆快捷、承載力高的優點，又利用了鋼管支撐架搭拆靈活的特點，通過增加轉換立桿的方式，增加支撐節點，不但提高了架體的整體受力性能，而且提高了整個弧形穹頂的成弧精度和成弧質量（圖2）。

圖2 組合式滿堂盤扣支撐架

3.1 基礎支撐架設計

基礎支撐架承受著上層銜接支撐架傳遞的各方向荷載，受力較復雜，是整個支撐架體系的核心承重部分。

基礎支撐架采用承插型盤扣式腳手架搭設，按照最大板厚處進行承載力驗算，立柱規格為φ60 mm×3.2 mm，材質為Q345B；橫桿規格為φ48 mm×2.5 mm，材質為Q235；設計立桿間距為150 cm，步距為150 cm（圖3）。

根據GB 51210—2016《建筑施工腳手架安全技術統一標準》，采用豎向斜撐桿、豎向交叉拉桿代替支撐腳手架豎向剪刀撐，并根據盤扣腳手架的受力原理，按照格構式對斜桿進行布置（圖4），增強架體的整體穩定性。

圖3 基礎支撐架平面

圖4 基礎豎向斜桿布置平面

3.2 轉換支撐架設計

轉換支撐架主要由懸空立桿、斜桿、盤扣腳手架三部分組成，取1 500 mm×1 500 mm一個格構單元進行分析（圖5）。

圖5 立桿及斜拉桿布置

1）轉換立桿。鑒于覆土罐弧形穹頂結構，且頂板厚度在200～575 mm范圍變化，精確成弧和提供穹頂足夠承載力都要求支撐架頂部立桿間距小于900 mm。因此，在盤扣腳手架相鄰立桿之間和每個盤扣格構單元中心位置均增加一轉換立桿，頂部腳手架立桿間距從1 500 mm×1 500 mm轉化為750 mm×750 mm，滿足穹頂成弧和主龍骨承載力需要。靠近外罐罐壁的區域是整個支撐架的支撐“盲區”，需要增加落地式轉換立桿直接支撐主龍骨。

2）斜撐。由于轉換立桿的軸向力直接傳遞至盤扣架橫桿，容易導致橫桿的變形，且對架體局部穩定性不利。為了改善調節立桿的不利受載條件，每根轉換立桿底部與盤扣腳手架主節點之間設置2道斜撐，通過斜撐把轉換立桿的軸向力傳遞到盤扣架主節點上。

3）盤扣式腳手架。轉換支撐架處的盤扣腳手架搭設參數及斜桿構造同底部基礎支撐架。

3.3 模板體系設計

模板體系主要由主龍骨、次龍骨、模板這3個部分組成（圖6）。

圖6 模板體系示意

4 驗算校核

4.1 基礎支撐架設計驗算校核

用腳手架安全計算軟件對基礎支撐架進行驗算，驗算結果表明，承載力滿足規范要求。

4.2 轉換支撐架設計驗算校核

采用邁達斯軟件對頂部轉換支撐架進行強度及穩定性驗算校核。

1）強度驗算校核。按照三連跨建立模型，取500 mm板厚作為恒荷載，活荷載取3 kN/m2，按照鋼結構設計規范進行驗算。根據計算結果，按照最不利荷載進行組合，滿堂式支撐架桿件體系最大應力值為87.67 MPa，小于桿件屈服強度215 MPa，桿件受力滿足要求。

2）穩定性驗算校核。對滿堂式支撐架架體進行位移驗算。根據計算結果，其最大位移為2.452 mm，小于桿件10 mm位移量，滿足要求。根據上述計算結果，增加懸空支座下部的斜桿，對其軸力進行單獨的分析。根據計算結果，斜桿所受最大軸力為7.458 kN，小于12 kN（雙扣件），扣件的抗滑移滿足規范要求。

5 施工要點及注意事項

5.1 基礎支撐架搭設

基礎支撐架嚴格按照設計縱橫間距和步距搭設。

5.2 轉換支撐架搭設

1）盤扣式腳手架的搭設。盤扣式腳手架的搭設同基礎支撐架。

2）轉換立桿的搭設。搭設中，應通過吊錘線等方式盡量保證轉換立桿垂直度，且保證扣件數量不得小于設計值。

3）搭設斜撐。斜桿對于荷載的傳遞減少了立桿扣接橫桿的變形，因此，每根轉換立桿均應搭設2根斜桿。斜桿的一端應扣接在轉換立桿底部，另一端扣接在盤扣架主節點處[3-5]。

5.3 模板搭設

完成支撐架體系的搭設工作后，即可進行模板體系的搭設工作，模板搭設順序應遵循由下至上、依次搭設的原則。

1）主龍骨的搭設。穹頂模板支撐架的主龍骨為雙鋼管，主龍骨的搭設應在所有立桿頂部標高調整到設計標高后進行，雙鋼管經過微彎后，通過鋼絲固定在立桿頂托上。

2）次龍骨的搭設。穹頂模板支撐架的次龍骨為35 mm×85 mm木方，為保證弧度的精準，木方鋪設時應橫著放，雖然橫放使木方的承載能力減弱，但是有利于模板成弧。

3）模板的鋪設。模板直接釘在木方上，完成模板鋪設。

5.4 混凝土澆筑

混凝土澆筑應采用2臺汽車泵從四周向中間進行澆筑，使架體上的荷載呈對稱分布，避免由于荷載集中使架體傾斜（圖7）。

圖7 混凝土澆筑線路

6 結語

本文介紹了10 000 m3覆土罐球面穹頂施工的一種新型支撐體系，該支撐體系有效地解決了常規扣件式滿堂式支撐架搭拆周期長、安全隱患多、耗費鋼材多等問題，并節省了26 d工期和140 t鋼管的費用，可為今后類似工程提供參考方案。