水泥项目锥体模板自拆装装置及施工方法的开发

孙小永，樊良

中心锥体结构是水泥工业项目特有的结构类型，主要存在于生料均化库、水泥库库体内部，其施工难点主要是底部模板支撑结构的设置。

当前水泥工程项目中的锥体结构底部模板支撑施工技术主要分为两大类：第一类为现浇模式，采用在锥体底部搭设支撑脚手架（或者类似支撑结构）作为底模支撑；第二类采用预制整体式结构替代底部模板支撑。前者在施工中应用较为广泛，但其存在支撑脚手架需求量大（150～300t，约占整个水泥项目脚手架采购量的15%～30%）、脚手架搭设技术难度相对较高、模板一次耗用量大（周转性不强）、施工周期长、对施工人员技能水平要求高且人工耗费量大等诸多问题。后者作为近些年国内外开始推广应用的技术，存在设计实体工程量较现浇模式略高，受库体内作业工况条件限制，吊装作业难度较大，对吊装设备依赖性较强（一般单块预制混凝土块为20～24t/块，且在正常施工工艺流程下起吊高度达50～70m），作业环境可视性不强，预制构件加固固定等操作施工难度过高且需投入较多辅助设施；预制构件较长，质量保障难度高，且在整个项目未规划预制场地的前提下，仅就此部分进行预制，资源投入相对较高等不足。

为解决以上两种施工技术存在的问题，我公司对水泥项目中心锥体结构施工装备进行了开发，并创新了施工方法，既发挥了现浇模式的优势，减少了工程量，又降低了项目脚手架周转量及模板投入量，降低了施工操作技术难度，减少劳动力投入（尤其是技术工种投入），提升了施工效率；同时，提高了施工设备及相关配套装备在各型锥体结构及项目其他车间施工的通用性。

1 水泥项目锥体模板自拆装装置的开发

水泥项目锥体结构模板自拆装装置由两部分构成，其一为模板自拆装设备，除能满足锥体结构各层高截面规律性的变化外，还具备施工操作平台功能，可实现锥体底部模板自拆装功能；其二为自挂式弧度可调模板装备，具备独自承担浇筑面上钢筋混凝土及施工荷载的能力，同时可适应锥体结构各层高截面弧度的变化。

1.1 模板自拆装设备的开发

1.1.1 模板自拆装设备部件组成

自拆装设备由中心顶撑、顶升套架、回转总成、顶部固定平台、平衡臂、模板自拆装小车、通道及操作平台等构成。模板自拆装设备总装图见图1。

图1 模板自拆装设备总装图

1.1.2 模板自拆装设备各部件功能及构成

（1）中心顶撑：用于承载整个设备重量及作用于设备上的施工荷载。水泥工程项目中均配置有塔吊设施，且标准节配置较为充裕，故本设备采用塔吊标准节作为中心顶撑，一定程度上减少了设备投入。

（2）顶升套架：需具备整体提升/降低设备大臂高度的功能，且需满足在不同顶升停止位置均能使设备运行的要求（此点与塔吊作业原理完全不同）。根据中心顶撑标准节高度3m的现状，设定套件提升高度为0.5m/次，最大提升高度3m；在顶升0.5m、1.0m、1.5m、2.0m、2.5m时，设备均能正常运行，提升高度达到3m时，通过套件引入机构引入标准节后设备可正常运行。

该顶升套架由架体、锁止装置、液压千斤顶、油站、顶升锁止装置换向轨道、中心顶撑引入机构、外挂操作平台及通道等构成。

（3）回转总成：具备驱动平衡臂及其上部件沿水平方向慢速转动的功能，同时为消除平衡臂旋转产生的惯性矩，采取慢速旋转电动驱动装置（初步设定大臂旋转为2°/min）。该部件由底座、回转机构、上支撑座组成，通过底座与套件相连，通过上支撑座与大臂及顶部固定平台相连。

（4）顶部固定平台：设置目的是为了解决自拆装设备无法进行锥体顶部施工的问题。其由顶部固定平台支撑及悬挂式平台模块组成。

（5）平衡臂：采用双臂结构，可依据不同锥体位置及不同半径要求进行大臂长度调整。该平衡臂分为固定臂及可拆卸标准臂两部分，各部分均由结构件、齿条、走道平台构成，可通过构件顶部的齿条与模板自拆装小车内套件上的行走机构、拆装吊装机构配合调整平衡臂。

（6）模板自拆装小车：模板自拆装设备的核心部件，其主要实现模板的拆装功能，同时兼具实现大臂标准节拆装、中心顶撑标准节引入、500mm以内安装高度调整等功能。模板自拆装小车主要由内套件、外套件、拆卸吊装机构及模板拆装升降平台4大组件构成。其中，内套件由压轮/卡轮、传动齿轮、传动电机及底部电动葫芦构成，用于调整内外套件连接位置，可在500mm范围内调整操作平面。外套件包括维护栏杆及底部平台，用于连接、拆卸吊装机构及模板拆装升降平台。拆卸吊装机构由可伸缩式吊杆、电动液压杆及油站构成。模板拆装升降平台由提升导杆、可折叠小车车架、压轮、卡轮、导向轮及卷扬机构成。

（7）通道及操作平台：主要满足操作人员至各操作面的行走与操作，由中心顶撑内部直爬梯、顶升/降套件外侧爬梯、平衡臂顶部通道、外套架爬梯及底部走道、模板拆装升降平台以及顶部固定支撑内直爬梯等构成。行人通道部件较多，其核心部件构成见图2。

图2 核心部件主要构成

1.2 自挂式弧度可调模板装备的开发

1.2.1 可变角度自挂式三角架支撑结构构成

按照模板功能要求，浇筑面以上钢筋混凝土及施工载荷由三角架承载，采用挂装式操作，同时，为兼顾水泥项目施工的通用性，如大直径筒仓仓壁结构、高窑墩及其他类似结构的施工，故将此装备开发为可变角度自挂式三角架支撑。可变角度自挂式三角架由支撑杆件、连接挂件、扶墙挂座、扶墙调整件及模板紧固调整顶丝等部件构成，具体构件见图3。

图3 可变角度自挂式三脚架

1.2.2 弧度可调模板装备构成

中心锥体结构在不同标高处的结构弧度不同，这就要求模板的上下边弧度每层均随之变化。而当前模板尚无适用的相关技术，若依据之前的技术施工，则模板周转率极低，且消耗大量人工。现对于此种弧度可调模板的部分配件进行开发，并对模板支设方式进行设计，使之与可变角度自挂式三角架支撑、模板自拆装设备相配套，以满足中心锥体结构的施工。

弧度可调模板装备主要构成见图4，其中，弧度调整件及传力背楞均具有一定的弧度调整功能，能使模板实现多次周转。

图4 弧度可调模板装备主要构成

1.2.3 自挂式弧度可调模板装备支设

将可变角度自挂式三角架支撑与弧度可调模板相组合，形成自挂式弧度可调模板装备，具体安装支设方式见图5。

图5 自挂式弧度可调模板安装支设方式

2 模板自拆装施工工法创新

锥体模板自拆装装置及自挂式弧度可调模板装置施工工艺流程如下：

（1）组装锥体模板自拆装装备。工序如下：安装中心支撑→安装顶升套件→安装平衡臂固定节→安装固定平台→安装模板自拆装小车→延长平衡臂→顶升中心支撑至设定高度。

（2）安装首层自挂式弧度可调模板，进行钢筋绑扎、封闭上侧模板、混凝土浇筑工作。工序如下：操作模板自拆装小车，将模板拆装升降平台置于三角架下侧→与塔吊配合，挂装首层自挂式弧度可调模板→绑扎钢筋，封闭上部模板浇筑混凝土。

（3）利用锥体模板自拆装装备将自挂式弧度可调模板装置提升至第二层进行安装，完成钢筋绑扎封闭上侧模板浇筑混凝土。工序如下：打开平台上的推模装置，固定三角架→平台略向上移动，整体摘除自挂式弧度可调模板→将升降小车向下移动至底端，同时模板自拆小车整体向后移动，离开墙体一定距离→打开拆卸吊装机构，将多余模板放置地面→挂装剩余自挂式弧度可调模板，通过大臂旋转、模板升降平台将下层模板移动至上一层进行挂装→对模板弧度进行调整，予以加固。该施工工序流程示意见图6。

图6 施工工序流程示意图

（4）调整套件至合适位置，缩减平衡臂。工序如下：调整套件至适当位置→打开拆卸吊装机构，拆装大臂标准节并放置到地面。

（5）整体顶升模板自拆装装备1.5m高（当顶升/降套件内空余高度达到3m时，引入标准节），锁定后开始工作。

（6）循环以上工作，直至施工至顶部固定平台下端位置。

（7）利用顶部固定平台，对上部剩余部分锥体进行施工。

3 结语

以φ22m锥体结构为例，新型模板自拆装施工工法与传统施工工法支设方式的实施效果对比分析见表1。

表1 新型模板自拆装施工工法与传统施工工法支设方式效果对比

自模板自拆装设备可适用于各型直径锥体结构施工，同时，模板自拆装设备中心支撑等均可与塔吊等部件相兼容。自挂式弧度可调模板除满足各型锥体结构施工外，还可通过调整三角架角度及模板背楞形成自挂式大模板体系，满足大直径筒仓仓壁结构、高窑墩及其他类似结构的施工要求。通过对锥体模板自拆装装置的开发及施工工法的创新，克服了传统作用方式的不足，大幅降低了施工难度，减少了周转性材料及劳动力消耗，整体提升了经济效益。■