關于熟料庫新型三腳架倒模工法的應用

孫小永，顧進軍

1 庫壁施工常用工法

1.1 腳手架搭設倒模工法

該工法主要考慮在庫壁內外兩側設置雙排腳手架，模板系統采用普通木模板方木及鋼管加固形式。

此種工法施工周期較長，耗費人力多，所需周轉材料量大，對質量保證相對不利，尤其高空作業安全風險較為突出。

1.2 滑模工法

相對而言，此種工法施工周期短，耗費工時少，但在滑模期間需要較多人力，否則無法保證質量。60m直徑庫需一次性投入滑模爬桿15t。

該工法施工較為安全，但因阿爾及利亞Bis項目及中材建設有限公司滑模配備的操作平臺均為柔性平臺，不太適應直徑60m的庫體滑模，存在質量隱患，故在后續項目中可考慮分體滑升方案。

1.3 傳統三腳架倒模工法

傳統三腳架倒模工法通常應用在電廠雙曲線冷卻塔中。此工法模板系統為鋼模板系統，需要利用人力進行拆除、倒運、組裝，勞動力投入較為密集。該工法最大缺陷在于下部掛架的施工存在安全隱患，而且因阿爾及利亞Bis項目屬拉法基投資項目，安全管理非常嚴格，即便對下部掛架進行改良，也不易達到業主的要求。

綜合上述考慮，結合項目資源配備情況，本項目按照高效、安全、經濟以及保證質量的原則制定了新的三腳架倒模工法。

2 新型三腳架倒模工法實施要點

該工法主要在操作平臺系統、模板支護系統、質量控制系統以及模板拆除過程中應用新型設備等四個方面進行了創新和優化，尤其在安全方面，主要考慮為操作者提供安全的作業環境及空間，并以其優于安全監督的管控標準為目標。

2.1 操作平臺系統

操作平臺采用三腳架模式，上部滿鋪腳手板，側面設置踢腳板以及防護欄桿。各型配件均為標準配置，層層向上翻鋪，實現了材料機具的重復利用，并為操作人員提供了安全的作業平臺。

2.1.1 三腳架設計

三腳架的設計從以下三個方面考慮：

（1）三腳架尺寸確定

三腳架豎桿及橫桿采用L63×6角鋼制作，斜向桿采用L56×5角鋼，連接部位采用焊接方式或者螺栓連接，本項目中采用焊接方式，具體布置見圖1。

其中，豎向桿件長度設置主要考慮兩方面要素：

a建筑物高度、倒模次數。如Bis項目熟料庫高度為25.15m，倒模次數考慮為整數。

b倒模高度要綜合考慮施工人員身高，倒運鋪設腳手板、模板加固的高度等。

為此，Bis項目綜合考慮施工人員人均身高1.7m以及庫壁高度，最終將三腳架高度定為1.67m，倒模次數為15次。

三腳架寬度的選擇需綜合考慮上部材料情況及上部操作空間需要。因本項目采用了大模板體系，上部材料堆放量較少，故將三腳架寬度確定為1.3m。通過控制操作平臺寬度，減少了腳手板的使用量和操作工人的工作量，提高了工效。

（2）三腳架設置的荷載選取及對拉螺桿的設計

a三腳架設置的荷載選取

圖1 三腳架設計圖

因三腳架主要承擔操作平臺的作用，同時作為上料平臺，故荷載設計值選取操作平臺承載5kN/m2的面荷載，平臺最邊緣處施加3kN的集中荷載。

b三腳架加固螺栓受力計算

操作平臺承載5kN/m2的面荷載，平臺最邊緣處施加3kN的集中荷載，每跨工作平臺長度為1.5m（考慮三腳架扇形布置，取1.65m），寬度為1.3m，承壓面為L63×6角鋼的板上，承壓面厚度為6mm。

螺栓同時承受拉力和剪力，假設螺栓群繞，最下一排螺栓旋轉。

彎矩作用下螺栓所受的最大拉力為：=8.6kN＜Nbt=80kN剪力作用下每個螺栓所受的平均剪力為：=5.8kN＜Nbv=48.6kN

剪力和拉力共同作用下：滿足螺桿型號為Q235，螺栓等級10.9級高強螺栓，Ntb=80kN，Nvb=48.6kN。

式中：

Nt——單個螺栓拉力設計值

Nv——單個螺栓剪力設計值

Ntb——單個螺栓受拉承載力設計值

Nvb——單個螺栓受剪承載力設計值

M——彎矩設計值

V——剪力設計值

n——螺栓個數

yi——第i個螺栓距中心軸的距離

（3）三腳架細部構造考慮

三腳架細部構造主要考慮以下幾點：

a下部設置底板，增加下層三腳架的接觸面積，從而增加施工過程中的安全系數。

b上部設置護欄插件，采用此插件于上部欄桿進行插接，加快欄桿組裝進度，同時在上部環梁施工時，直接作為底模的支撐架的支撐點。

c增設三腳架加固墊片，通過設置該墊片即可保證三腳架緊固螺栓的位置，同時可以加強三腳架抵抗局部受力變形的能力，獲得更好的安全保障。

以上三點均為安全因素的細部考慮，同時也有利于加快施工進度。

2.1.2 腳手板、踢腳板以及欄桿的設置

腳手板、踢腳板均采用普通40mm厚腳手板，層層翻鋪，這部分材料均單層配置，以達到節約周轉材料的目的。在施工前，需籌劃分段問題，并規定施工流向，避免跳板在向上層倒鋪過程中相互影響，增加施工難度。

圖2 鋼框木模板配置圖

欄桿采用?48mm腳手架管，高度1.2m，設置兩層水平桿。

2.2 模板系統

模板采用定型大模板體系（鋼框木模板），模板尺寸根據庫壁類型配置（見圖2）。

鋼框木模板在設計配置時主要考慮以下幾方面：

（1）模板配置

a綜合考慮建筑物體形特征、尺寸。如本項目模板根據不同位置及外形尺寸，按三種尺寸進行配置。

b模板尺寸定型過程中，應同時考慮模板的安裝及拆除。如在內模板設計時，增設小尺寸模板以利于拆除。

c模板高度與三腳架的尺寸應一致。如三腳架高度設置為1.67m，模板的高度設置為1.70m，用以保證在每次倒模時，有3cm混凝土處于模板內部，保證結合嚴密。

d大模板加固用的孔距留置位置與三腳架加固用的孔距保持一致性。

e模板后背棱與模板相互錯位，該尺寸為150mm，同時根據拆除分段布置，錯位方向有所不同。

（2）提高工效

a在鋼框木模板配置過程中，將背部加固背棱與鋼框木模板制成整體，可減少施工工程量，提高工效，增強鋼木模板本身強度，避免在施工中平臺材料過多、過散，降低安全風險。

b模板加固采用高強螺桿，既可提高工效，亦有利于保障質量，降低脹模、爆模風險。

（3）細部構造配置

a設置固定吊點，方便吊裝作業。

b水平模板連接采用U型卡，此項在后續工作中可持續改進及優化。

通過以上配置后，可直接采用起重機械進行大片模板吊裝，安裝就位后直接加固，采用斜向頂撐校驗三腳架模板的垂直度。

2.3 混凝土澆筑平臺設置

考慮到此工法的施工工藝特點，混凝土澆筑作業面設置在三腳架操作平臺以上1.7m的位置，因利用下平臺操作無法實現，故單獨設計一組三腳架用于澆筑混凝土，該三腳架仍采用標配模式。

三腳架標配固定欄桿、腳手板、踢腳板，采用側面掛鉤與模板背棱連接（見圖3）。

該三腳架共配置7塊，采用塔吊隨用隨倒，周轉使用。

2.4 質量控制體系

圖3 混凝土掛架平臺

對于倒模施工工法而言，質量控制體系控制的難點主要在庫壁平整度、垂直度及圓度等方面，其他均為常規控制。

因該工法按定型大模板系統配置，庫壁平整度有保障，外徑和內徑周長基本固定。在內外周長基本固定的情況下，直徑及圓心位置的控制即為施工重點。

基層庫壁線采用全站儀進行設置，同時設置16個過圓心點的基準控制點，每模的施工均通過基準控制點從根部校驗庫壁垂直度，檢查驗收。16個基準控制點通過圓心控制垂直度，因此可控制圓的直徑。

在每模施工過程中，校驗其他部位模板頂與模板底的垂直度。控制點布置見圖4。

圖4 垂直度控制點平面布置圖

2.5 施工工序更新

該施工工法對原有三腳架倒模施工工法及施工工序進行了根本性的改變。

施工流程如下：第一層鋼筋綁扎→支設第一節模板→校正模板→澆筑混凝土→拆除模板→安裝第一層三腳架→鋪設平臺板及防護欄桿→第二層鋼筋綁扎→支設第二層模板→校正模板→澆筑混凝土→拆除模板→澆筑第二層混凝土→拆除模板→安裝第二層三腳架→翻鋪跳板及防護欄桿→第三層綁扎鋼筋→支設第三層模板→校正模板→澆筑第三層混凝土→拆除第三層模板→安裝第三層三腳架→翻鋪腳手板及防護欄桿→綁扎第四層鋼筋→支設第四層模板→校正模板→澆筑第四層混凝土→拆除第四層模板→拆除第一層三腳架翻至第四層（依次循環，共計15板模板）。

2.6 新設備的應用

根據庫體高度，本方案中的三腳架拆除采用升降車進行，改變以往傳統三腳架倒模方案中的吊架模式。該升降車機動性強，操控方便安全（見圖5）。

圖5 升降車

3 新型三腳架倒模工法分析

3.1 加強了施工安全

（1）三腳架采用標準配置，平臺通道以及安全維護等均有保障。

（2）新型設備升降車的應用，改變了傳統工法中相對不安全的施工方式，從根本上降低了施工安全風險。

（3）采用大模板體系，減少了高空拼裝，降低了高空墜物機率。

3.2 保障了質量

（1）通過采用定型鋼框木模板，混凝土截面得以良好控制，外形更美觀。

（2）通過三腳架與鋼木模板的結合，每層模板的水平高度更為精準，庫壁垂直度、平整度以及圓度的控制更簡便。

3.3 提升了工效

（1）采用三腳架替代腳手架，簡化了施工，減少了人力投入，提高了工效。

（2）采用定型鋼模板，大量減少了模板拼裝所耗費的人力。

（3）該工法直接提升了機械設備工作效率，在施工過程中集中完成零散配件的吊裝作業，提高了機械工效。

3.4 提高了經濟性

（1）周轉材料投入量減少，如模板使用次數增加，整體采購量減少；腳手架板、腳手架使用量減少等。

（2）人工投入量減少，增加工效，節約成本。

（3）縮短工期，從根本上減少費用消耗。

3.5 加快了施工進度

通過提升機械化程度、提高人力工效等方法，有利于加快施工進度。

4 各種數據對比

該工法與目前存在的、可應用于庫壁施工的常用工法相比，在主材投入、人力投入、機械設備投入方面的差異以及對進度、安全、質量的影響見表1。通過表1數據分析：新型三腳架倒模工法機械化程度有所加強，質量、安全、進度、成本控制均有所提升。尤其是在安全方面，該工法較以往倒模工法優勢更為突出。

從經濟成本而言，該工法比除滑模外的其他工法更具有競爭力。但對于大直徑庫體而言，如何消除滑模存在的安全隱患需我們在后續施工中予以探討，如采用分片滑升等模式。

5 后續改進措施

該新型三腳架倒模工法在Bis項目實施后，取得了成功，但也存在需持續改進的方面。

5.1 三腳架體系持續完善

5.1.1 三腳架支撐體系中，加固對拉螺桿選取問題

在本項目實施中，對拉螺桿采用?12高強螺桿，而用于固定三腳架的螺桿采用材質Q235的? 16普通螺桿。此項相對影響施工進度，后續要求更正為?16高強螺桿，以提高工效。

5.1.2 三腳架支撐體系中所涉及到的上部護欄

項目實施過程中，上部欄桿及護欄采用腳手架管進行搭設，后續可優化為承插組裝式，既可提高工效，也可避免發生扣件安裝不牢固的問題。

5.1.3 腳手板及踢腳板的標準化問題

在Bis項目施工中，應業主要求采用了腳手板作踢腳板，鋪設過程中存在較大縫隙，這對施工的安全有一定的影響。后續施工可將踢腳板標準化，并于三腳架側面予以插接，既可增加安全性也可提高工效。

5.2 模板體系持續完善

5.2.1 鋼框的選取問題

該項目實施時，鋼框是根據項目部原有鋼材備料情況進行選取的，選取受限。后續方案可選用40方鋼，以達到增強鋼框強度的目的，同時該部分材料也便于重復利用。

5.2.2 板面的選取問題

在Bis項目中采用了18mm厚木模板，周轉次數超過8次，拆除后仍在其他車間的施工中使用，損壞程度不嚴重。后續為增加周轉次數，可根據施工氣溫環境情況，考慮采用PVC模板，以達到更好的質量效果和經濟效果。

5.2.3 板面與鋼框的結合問題

該項目實施過程中，由于受當地材料影響，板面與鋼框的結合采用了平頭螺栓連接，如條件允許應采用沉頭螺栓連接。

5.3 持續完善吊裝作業使其適應大模板體系

在確保安全的前提下，應更加有效地加快吊裝進度，提高車輛以及人員的工效。就本項目而言，吊裝作業開始時就嚴格采用卡環進行吊裝，但對于60m直徑的庫體而言，模板片數相對較多，效率仍然有所降低。針對單片模板的重量，后續可改為采用安全帶掛鉤進行吊裝，模板從起吊到就位2min內即可完成，可大大縮短起吊時間，提升工效。

5.4 安全通道持續完善

根據目前中材建設有限公司項目實施情況，所有項目在庫體施工過程中均采用了鋼管腳手架搭設回籠爬梯。此項工作較為耗費人力和占用材料，而且在搭設過程中總會存在或多或少的問題。

根據目前國內腳手架市場情況以及國外公司一些項目的應用情況，后續應采用組配式工具腳手架。這種腳手架桿件分?48和?60兩種，選型可根據具體高度選擇。

以上優化有利于提升工效，降低安全風險，增加材料的周轉使用率，發揮材料的使用價值。■