DOKA液压爬模系统悬挂点常见问题探讨

2018-09-07李剑飞吴章熙

建筑施工 2018年3期

李剑飞吴章熙方虎王俊

1. 中建三局第三建设工程有限责任公司湖北武汉 430074；2. 中国建筑股份有限公司阿尔及利亚公司北京 100025

1 工程概况

阿尔及利亚大清真寺项目位于阿尔及利亚首都阿尔及尔，项目建筑面积400 000 m2，包括宣礼塔、祈祷厅、伊斯兰学院及文化中心等12座建筑。宣礼塔结构总高264.30 m，建成后将成为世界最高宣礼塔，非洲第一高楼。与常见超高层框架核心筒结构或者筒中筒结构体系不同，宣礼塔结构平面为正方形，4个核心筒分布在塔楼的4个角，4个核心筒之间通过钢结构斜撑与水平楼板连接成一个整体（图1）。标准层层高5.85 m，单层面积682 m2。施工作业面小，工程量较大，施工组织难度较大。

图1 宣礼塔结构平面（单位：m）

2 模板体系的选择

因宣礼塔质量要求高，合同要求宣礼塔结构施工采用工具式模板，因此项目模架体系的选择一开始就准备进行国际招标，重点从欧洲供应商中进行选择。通过多轮询标，最终从Doka和Peri两家模板厂家中选择了Doka，由其负责宣礼塔整体模板体系的设计、供货和现场安装指导。

宣礼塔核心筒施工采用Doka SKE 100 Plus液压爬模系统，每个核心筒均采用独立的液压爬模系统，单独组织施工（图2、图3）。主体结构采用核心筒与水平楼板交替进行施工[1-2]。

图2 爬模平面布置

图3 爬模实施现场

3 Doka SKE 100 Plus 液压爬模系统组成

Doka SKE 100 Plus液压爬模系统由悬挂点系统、爬架系统、液压爬升系统、工作平台系统、大模板系统组成。

3.1 悬挂点系统

悬挂点系统由止动埋件、防水套筒、通用爬锥、定位锥、悬挂梁、嵌入式挂靴和红头螺栓等部分组成（图4）。

止动埋件属锚固消耗件，用于在混凝土内锚固通用爬锥，其长度有11.5、17.5、32.0、44.0 cm等4种规格。其中使用长度11.5 cm的止动埋件爬升时，混凝土强度需达到35 MPa，使用长度17.5 cm及以上的止动埋件爬升时，混凝土需强度达到25 MPa。防水套筒用于分离通用爬锥与混凝土，防止混凝土与通用爬锥接触，便于通用爬锥的周转，属消耗件；通用爬锥、定位锥、悬挂靴、红头螺栓均可周转使用。

悬挂点预埋时（图5），将止动埋件、防水套筒、通用爬锥、红头螺栓和定位锥固定在剪力墙的模板上进行预埋。悬挂点距离施工缝及洞口边缘的最小尺寸为750 mm。

图4 悬挂系统

图5 悬挂点预埋

3.2 爬架系统

爬架系统由悬挂插销、防坠落安全插销、爬架头、竖向杆件、支重底座、水平杆件和调节支撑组成（图6、图7）。

图6 爬架系统3D示意

图7 爬架系统侧视

悬挂插销插入悬挂靴，作为爬架头的悬挂支撑点。爬架头、竖向杆件、支重底座、水平杆和调节支撑共同组成SKE 100爬架。爬架头悬挂在悬挂插销上。爬架的所有竖向、水平向荷载通过爬架头传递到悬挂系统的悬挂梁上；爬架头挂入悬挂插销后，在爬架头上方插入防坠落安全插销。

3.3 液压爬升系统

液压系统主要包括爬升导轨、提升装置、液压千斤顶、液压柜、十字分配器、遥控装置（图8）。

爬升导轨在爬架爬升过程中，支撑整个爬架的质量，其顶部通过悬挂楔铁固定在上层的悬挂靴上。爬架爬升时爬升导轨底部支撑靴支撑在墙面上。

提升装置分为上提升装置和下提升装置，分别位于液压千斤顶的上部和下部。爬升时爬架依靠提升装置支撑在爬升导轨上。提升装置单向锁定机构可锁定在爬升导轨上，每提升一个行程自动锁定。液压千斤顶通过上、下提升装置的交替运动使爬架能连续爬升；爬架提升时先提升爬升导轨，导轨固定后，再转换提升装置锁定方向，提升爬架。

宣礼塔结构施工中采用了2台Doka公司最先进的RL型液压柜，每台液压柜最多可以同时为20个液压千斤顶提供均匀而同步的动力，每个千斤顶最大许用顶升力为100 kN。

爬升作业时，液压系统通过十字分配器将油压均匀地分配到千斤顶上，保证了每个千斤顶能同步顶升和同步回油。

3.4 工作平台系统

工作平台固定在爬架系统上，也为大模板的悬挂提供支撑。宣礼塔爬模架体上设置6个操作平台，每个操作平台均有特定的功能（图9）。

图8 爬升系统

图9 工作平台系统

1）－2层悬挂平台，用于拆除爬锥和悬挂梁，以及混凝土面修复收尾作业。

2）－1层悬挂平台，也是液压千斤顶所在平台，用于操作爬升装置。

3）0层工作平台，即爬架系统所在平台，作为钢筋和模板施工操作平台。

4）中间平台位于0层平台和＋1层平台之间，用于模板施工。

5）＋1层工作平台作为悬挂模板的平台，所有Top50模板单元全部悬挂在＋1层平台上。同时也作为钢筋绑扎平台和浇筑平台。

6）＋2层平台为最上一层平台，用于超长竖向钢筋施工和钢结构螺栓紧固作业。

3.5 大模板系统

宣礼塔采用的Top50大模板系统，由木胶合板、H20木梁、钢围檩、对拉螺杆等组成。

4 SKE 100 Plus爬模系统应用问题及解决方法

4.1 爬锥预埋偏差

4.1.1 爬锥整体定位偏差

SKE 100 Plus系统爬锥竖向允许偏差1 cm，水平向允许偏差1.5 cm。如果水平偏差超出了允许范围，则爬升导轨提升后无法伸入上层的挂靴内，爬升导轨无法固定，爬模无法爬升。

宣礼塔在施工至92.25 m高度时，91.86 m高度有4个爬锥水平偏差5 cm。由于出现偏差的爬锥在内墙上，并无钢结构。处理方案为在正确的爬锥位置利用水钻在墙上钻φ80 mm的穿墙圆孔，放入φ42 mm的钢管，钢管周围用高强度灌浆料灌注密实。用长1 m的8.8级M30高强螺栓代替红头螺栓和爬锥，将悬挂梁固定在剪力墙上，作为爬架系统的悬挂点（图10）。

图10 爬锥偏差钻孔处理方案

4.1.2 拆模后爬锥倾斜角度大于2°

Doka SKE 100 Plus爬模系统说明书规定，爬锥轴线必须与混凝土面成直角，最大角度偏差2°。爬锥倾斜角度过大，在安装悬挂梁时，红头螺栓无法完全拧入爬锥，易造成螺栓脱出爬锥。红头螺栓的螺帽不能与悬挂梁紧密接触，在悬挂梁受力后，红头螺栓螺帽局部受力，造成螺栓承受弯矩，易造成螺栓断裂。以上因素将导致爬架坠落风险增大。

在剪力墙合模时，爬锥及止动埋件固定在模板上，如果爬锥位置有钢筋阻挡，则会将爬锥碰歪。模板反复周转使用，也导致模板固定爬锥位置变得薄弱。在浇筑混凝土时，模板变形也是导致爬锥倾斜的原因。

为避免出现爬锥倾斜的问题，在剪力墙模板封闭前，应注意调整爬锥附近的钢筋，防止钢筋碰撞爬锥。在模板上安装爬锥时，模板两侧增加厚2～4 mm的薄钢板垫片，对模板开孔进行加固。

如果出现爬锥倾斜角度大于2°的情况，则需另外设置悬挂点。新的悬挂点设置可采用4.1.1节中提到的钻孔处理方案。在宣礼塔结构施工至22.25 m高度时，21.25 m高度处的外墙上有2个爬锥出现倾斜角度超过2°的情况。由于外墙内部有钢结构，故无法采用钻孔处理的方案。此时悬挂模板的＋1层平台还未安装。采用在倾斜的爬锥上部1.5 m高度处重新预埋爬锥，待下一段剪力墙浇筑后，再爬升爬架（图11）。

图11 增加爬锥处理方案

4.1.3 爬锥冒出混凝土表面

爬锥受力形式为锥体抗剪力，如果爬锥冒出混凝土表面，则抗剪锥体将减小。且由于悬挂梁无法靠紧墙面，在悬挂梁受力后，悬挂梁易向下扭曲，造成红头螺栓受弯断裂，导致爬架坠落的风险增大。

在宣礼塔主体结构施工至109 m高度时，有4个爬锥凸出剪力墙面6 mm。经过Doka公司的力学分析，凸出6 mm在可接受的范围内。唯一需要采取的措施为防止红头螺栓受弯，故需将悬挂梁与墙面之间加垫厚6 mm钢板，确保悬挂梁与墙之间无缝隙，使得悬挂梁在受力后，不向下扭曲，红头螺栓不会承受弯矩。

4.2 爬锥与剪力墙上预留洞冲突处理

宣礼塔施工过程中，存在爬锥位于剪力墙上预留洞内的情况。因这种情况于每层楼均存在，且每层楼的情况均一致，故设计了一种特殊钢构件，用于在预留洞内固定悬挂系统的悬挂靴。该特殊钢构件可以周转使用（图12）。

图12 特殊钢构件安装在洞口内（正视）

此方案解决了爬锥位于洞口内时，悬挂靴固定的问题。但是此方案对于洞口上缘和下缘的剪力较大，存在安全隐患。故实施时，采用长1 m的8.8级M30螺栓代替红头螺杆固定悬挂靴。在墙的另一面设置IPB140双槽钢，拉结M30螺杆（图13）。

图13 M30高强螺杆代替红头螺栓

4.3 剪力墙变薄后爬锥无法安装处理

宣礼塔23层以上外墙厚度变成600 mm，29层以上外墙厚度变成450 mm。由于外墙内有劲性钢结构柱，钢结构柱外混凝土的厚度仅165 mm，部分楼层厚度135 mm。而通过爬锥在使用最短的11.5 cm止动埋件时，最小长度为170 mm。还需考虑到钢结构安装允许偏差，钢结构柱外混凝土厚度不够，无法安装长170 mm的悬挂点。原设计为在钢结构柱上爬锥的位置开洞，使用长32 cm或44 cm的止动埋件穿过钢结构进行锚固。但是此方案对于钢结构和爬锥定位点预埋的精度要求太高，允许偏差仅5 mm。现场施工无法达到偏差仅5 mm的要求，故钢结构上开孔的方案无法实施。为了能够安装长170 mm的悬挂点（通用爬锥＋长11.5 cm的止动埋件），在爬锥周围400 mm范围内，将剪力墙局部加厚21 mm。

由于剪力墙局部加厚的厚度仅21 mm（模板厚度），在钢结构外部混凝土厚度仅135 mm的墙上，仅加厚混凝土墙仍然无法安装长170 mm的悬挂点。因此采用在钢结构上焊接悬挂点的方式代替爬锥＋止动埋件的悬挂点[3-5]。