熄焦塔筒体单侧高支模施工技术研究与应用

摘要：本文主要利用工程实例论述了通过对熄焦塔内衬砌体采取保证整体性稳定的加强和加固措施，直接充当一侧模板，实现混凝土筒体单侧高支模，从而加快了施工进度、降低施工成本、提高工程质量。

关键词：混凝土筒体单侧高支模；内衬砌体的加固；对拉螺栓；等效压头；施工组织优化

中图分类号：TU74 文献标识码： A

1熄焦塔筒体施工技术现状

熄焦塔是煤焦化湿法熄焦系统中主要的单位工程，使用条件十分恶劣，既有焦炉气和煤焦粉尘的强腐蚀长期作用，又处于高温、高湿和冬期冰冻等反复循环环境，使用频率极高。

熄焦塔主体一般由钢筋混凝土筒身结构、防腐内衬和附属构件组成，目前防腐蚀内衬层施工有先砌法和后砌法两种方法但后砌方法施工措施复杂、施工工序多，工程成本较高且内衬层与筒壁粘结不牢靠造成防护功能可靠性降低，后期施工进度较为紧张；先砌方法虽然内衬质量可靠性较高，但施工分段多（2-3m左右），需要双侧支模，工序间歇和交接时间相对较长，材料消耗较多，施工速度较慢。

因此在先砌法施工基础上，通过优化改进和创新支模工艺和方法，取消内衬砌体一侧的模板，实现单侧模板支模，通过增强新近砌体的稳定性，提高结构层每次施工高度（3.5-4.5m），缩短施工工期，并且达到进一步节约施工材料，减少工程施工成本，提高工程建设效益的目的。

2工程概况

新疆某130万吨/年焦化一期工程中的熄焦塔，总高度68米，主体为钢筋混凝土框柱剪力墙结构，分别在8.23、14.5、19.47、27.97、35.97、42.97、49.97、57.97、66.47、68米设有梁及挑板，结构层高7.5～8.5米，底层最大层高10.23m。熄焦塔结构轴线尺寸12m×12m，墙体厚度300mm。

熄焦塔自底板至31米处混凝土墙体采用砌筑缸砖内衬防腐，缸砖厚度120mm，采用Mu10缸砖、M10水泥砂浆砌筑。

该类工程如果按以往施工方法施工通常施工工期为6个月左右，但由于该项目总建设计划调整，要压缩工期，主体结构需赶工1个月左右才能达到总工期目标要求。

3方案设计与实施

3.1 内衬砌体施工阶段的稳定性验算

3.1.1 根据《砌体结构设计规范》GB50003-2011，验算龄期强度的砌体稳定性，见公式3.1。

β=H0/h≤μ1μ2【β】 (3.1)

其中β：构件的高厚比；

【β】:墙、柱的允许高厚比，按《砌体结构设计规范》表6.1.1采用，【β】=22；

H0：墙、柱的计算高度；

h：墙体厚度；

μ1：自承重墙允许高厚比的修正系数；按插入法计算得μ1=1.45；

μ2：有门窗洞口墙允许高厚比的修正系数；本例μ2=1。

查《砌体结构设计规范》表5.1.3.对于上端为自由端的构件，其计算高度H0=2.0H（H≤4.5m）。因此由公式（3.1）计算的墙体最大允许自由高度为1.914m(2.47m)。

3.1.2根据GB50203-2011《砌体结构工程施工质量验收规范》砌体稳定允许自由高度计算。

查规范表3.0.12，当H﹥20m时，通过抗倾覆验算确定允许自由高度。取风载f=0.324KN/m2,缸砖密度γ=2000Kg/m3。

M=hAf/2

= h ×h ×1×0.3/2

=0.06×0.12×h×20000/1000

h=0.96m

因此取其中小值，砌体稳定允许自由高度h=0.96m。

3.1.3 结论：

由以上计算得出，墙体自身稳定的最大允许自由高度为0.96m，因内衬拟砌筑高度4.5米，不符合要求，因此需采取加固措施。

3.1.4砌体稳定性加固方案

为保证砌体有足够的失稳性，对砌体采用螺杆和木方进行加固，同时考虑兼作混凝土浇筑时模板加固需要，对原模板加固用螺杆进行改进，在混凝土一侧加装撑板，另一侧用螺母锁紧，达到砌体整体稳定的目的。如图1所示。

图1 砌体加固图

3.2 新浇混凝土侧压力标准值F及等效压头高度计算

3.2.1新浇混凝土侧压力标准值F计算，见公式3.2-1、3.2-2。

F1=0.22γCt0β1β2V1/2 (3.2-1)

F2=γCH (3.2-2)

其中：γC为混凝土重力密度，取24KN/m3；

t0新浇混凝土的初凝时间5小时；

β1为β2为修正系数，查表的β1为1.2，β2为1.1；

V为混凝土浇注速度，0.5m/h；

H:混凝土浇筑高度，4.5m。

由公式（3.2－1）计算得F1＝25.76KN/m2。

由公式（3.2－2）计算得F2＝108 KN/m2。

取其中较小者，即F=25.76 KN/m2。

3.2.2有效压头高度计算，见公式3.2-3

h=F/γC （3.2-3）

其中：h：有效压头高度；

F:混凝土对模板的侧压力，25.76 KN/m2；

γC为混凝土重力密度，取24KN/㎡；

计算得混凝土有效压头高度h=1.07m，混凝土侧压力计算分布图形如图2所示。

图2混凝土侧压力计算分布图

3.3 缸砖砌体承载力验算

3.3.1 模板及砌体加固方案

模板加固和墙体内衬加固螺杆统一采用水平间距750mm，竖向间距500mm。取1m墙宽进行验算。

3.3.2 荷载设计值计算

1 荷载分项系数确定：

根据JGJ162-2008《建筑施工模板安全技术规范》查表6.2.3，荷载分项系数见表1。

表1 分项系数取用表

荷载类别 分项系数γi

新浇混凝土对模板的侧压力标准值 1.3

倾倒混凝土时产生的荷载标准值 1.4

2计算荷载设计值。

1）新浇混凝土对模板侧面的压力设计值：

25.76×1.3=34.776 KN/㎡。

2）倾倒混凝土和振捣混凝土时产生的荷载

查规范表4.1.2倾倒混凝土时产生的荷载标准值4 KN/㎡。

荷载设计值为4×1.4×0.85=4.76 KN/㎡。

3）按规范表4.3.2进行荷载组合

Fˊ=34.776+4.76=39.52 KN/㎡

3.3.4 砌体强度验算

1 内力值计算

砖砌体作为一侧模板，按简化成多跨连续梁（取1m宽度）进行计算（加固肋间距取300mm）：

线荷载：q=39.52×1.0m=39.52KN/m

按多跨连续梁验算：M=0.1ql2

=0.1×39.52×0.32

=0.356 KN-m。

2 砌体强度验算

W=(1/6)×1000×1202=24×105mm3。

f=M/W=0.356×106 N-m/24×105mm3=0.148N/ mm2

3 确定砌体承载龄期

在有效压头范围内，混凝土对模板（砖砌体）的侧压力较小，考虑模板支设和加固的工序时间，在工期优化中将有效压头高度以下砌体砌筑至混凝土浇筑时的时间间隔，作为砌体龄期强度增长所需时间（工序间隔最短时间即工期优化不变时间）。

依据砌体结构设计规范GB0003-2011第3.2.2条，普通烧结砖沿齿缝弯曲抗拉强度设计值取值标准，M2.时ftm=0.17MPa,满足强度要求。

因施工期主要集中在4～5月份，天气日平均气温3月下旬不低于10℃，4月份日平均参考温度1℃。参照砂浆强度增长关系表（见表2），砂浆3天龄期强度可达到设计强度30%，大于M2.5。有效压头高度以下砌体砌筑至混凝土浇筑时的时间间隔（工序间隔最短时间）可取3天，月份施工期可取为2天。

表2 砂浆强度增长关系表

3.3. 确定龄期方案

结合加固方案和砌体强度验算，对预定方案进行优化。施工中砌体加强肋间距由300mm调整为20mm,一可使砌体计算应力值降低至70%，即0.148N/ mm2×0.7=0.104 N/ mm2；二是满足加固对拉螺栓间距模数和缸砖模数，使砌体的每一块砖均有加强肋梁支撑，显著降低浇注混凝土对砂浆强度的要求。按此分析，本工程将有效压头高度以下砌体砌筑至混凝土浇筑时的时间间隔（工序间隔最短时间）统一调整为2天。

3.4施工工艺

3.4.1总体施工工序见图

优化后的施工工序如图3：

图3 施工工序图

3.4.2架体施工

该工程外侧采用双排脚手架，内侧采用满堂脚手架，搭设方法按常规施工方法进行，内脚手架搭设可与钢筋绑扎同时进行，以合理节约施工工期。

3.4.3钢筋工程

钢筋绑扎工程，利用外侧双排脚手架进行，绑扎前钢筋按规格型号运至操作面。

钢筋绑扎时要确保保护层厚度要满足要求，墙体钢筋保护层为3mm。

钢筋绑扎先进行内侧钢筋绑扎，先将竖向钢筋与下部立筋进行连接，然后摆放水平钢筋，并与立筋绑扎成整体。

外侧钢筋绑扎顺序同内侧钢筋。

钢筋绑扎完成后及时安装绑扎拉钩筋，将内外两侧钢筋连成整体，并与架体临时固定，以保证钢筋网的稳定。

钢筋保护层的控制：墙体钢筋保护层内侧利用加固砌体的对拉螺栓与内侧钢筋网绑扎固定。外侧采用砂浆垫块进行控制。

3.4.4 防腐蚀砌筑施工

内衬砌筑采用“三一”砌筑方法反面挂线，以便更好的控制钢筋一侧的平整度和垂直度，随砌随勾缝。每砌一皮用靠尺进行检测。

应随时注意正在砌筑的皮数，保证按皮数杆标明的位置正确埋入对拉螺栓和砌筑丁砖。

对拉螺栓的预埋：对拉螺栓应放在丁字缝位置，并把撑板与砖顶紧，不留间隙。

每天砌筑高度控制在1.0～1.2m左右，实践证明稳定可靠。每步砌筑完成后，及时将砌体与内架体可靠拉结，做为班后临时稳定措施。第二天砌筑前将前一天砌筑砖墙螺杆与内侧钢筋绑扎固定，通过钢筋与外侧架体连成整体。

待砌体达到一定高度后，采用100*50木方作竖肋，横肋采用脚手管进行加固。具体见图4所示。

图4砌体外侧加固示意

缸砖砌筑质量要求：灰缝厚度控制在8-10mm，不超过10mm，表面平整度不大于mm（混凝土一侧不大于3mm），垂直度不大于mm(混凝土一侧不大于3mm)。

3.4.5 模板工程

模板采用1mm厚木质胶合板，模板支设在砌体施工完成后进行。

调节模板定位装置，使模板定位装置外侧距砖墙内侧间距略小于混凝土墙体厚度。

进行模板预拼装，确定模板螺杆位置，并采用手电钻按螺杆位置进行打孔。

模板拼缝处镶贴密封条后，将模板按预埋螺栓位置就位，采用横竖肋、蝶形扣件、螺母，将模板固定拉紧，与砖墙加固形成整体，竖肋采用100*50木方，横肋采用脚手管。

3.4.6混凝土浇注

混凝土浇注前，在底部接茬处先浇筑50mm厚与混凝土成分相同的砂浆或减石子混凝土。

混凝土采用泵送浇注，浇筑应分层浇筑、振捣，分层厚度不大于500mm。墙体浇注连续进行，间隔时间不得大于2h。

混凝土浇注应控制浇注速度，浇注速度以控制在0.5米/小时，以减少混凝土对模板及砖砌体的侧压力。

混凝土落灰位置应避开螺杆和丁砖位置，以免丁砖断裂失去拉结作用。

3.5 施工组织优化

综合焦化工程施工安排特点和工程技术特点，本工程熄焦塔采取主体结构综合施工队配合砌筑专业作业队的施工组织方式。

“主体结构综合施工队＋砌筑专业作业队”组织方式，在综合把握焦化项目中各单项工程之间的进度节奏前提下，合理调整作业力量，发挥了专业工种作业优势，保证各单位工程工期控制目标，减少技术工浪费，降低综合用工成本。

4 结语

熄焦塔筒体单侧高支模施工技术采用改进的加装撑板的模板对拉螺栓，与重复使用的工具式肋梁结合对内衬砌体进行稳定性加固，从而提高砌体的一次可砌筑高度，达到3.5～4.5m；通过稳定性加固的内衬砌体可作为一侧模板，只需在结构混凝土的另一侧支设模板，实现单侧模板支模方案，从而提高每次混凝土浇筑高度，减少了竖向结构的施工分段数量；节约了施工工期，降低施工成本、提高工程质量并较较好的实现了焦化项目总体进度控制。