中煤平朔露天煤矿大直径筒仓上部锥壳施工

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摘要：中煤平朔露天煤矿煤仓工程为筒仓结构。本文介绍了上部锥壳降平台施工工艺和大截面梁桁架悬吊支撑方案，及模板支设、混凝土浇筑等内容。

关键词：滑模平台、辐射梁、降模、锥壳、内环梁、锥壳环梁

一．工程概况：

中煤平朔露天煤矿煤仓工程，为内径25m的筒仓。仓顶为锥壳结构，上口半径为7.45m，锥壳厚500mm。

二．方案选择：

仓顶锥壳和锥壳上部平台施工有两种方案可以选择：第一种为常规施工方法，即仓内漏斗施工完毕后，内部搭设满堂脚手架支设锥壳模板。第二种为利用滑模机具降平台施工，既筒壁滑升完毕后，滑模平台降落在预先安装在筒壁的钢牛腿上，滑模平台作为支撑平台。若采用第一种方案组织施工，必须等仓内一层平台和漏斗全部施工完毕后，方能进行上部锥壳施工，工作面不能充分展开。采取第二种方案仓内漏斗与仓上锥壳可以同时组织施工，有利于缩短工期、节约大量周转材料。故选用第二种方案比较合理。

三．技术方案

筒仓仓壁滑模装置为单层辐射平台，平台主要由辐射梁和中央鼓圈组成，往常，筒仓直径最大为22m，25m直径筒仓是我单位承建的最大直径的筒仓，如果采用普通的降平台组织施工（即直接采用滑模平台作为上部荷载的支撑平台），辐射梁的抗弯强度及中央鼓圈的稳定性均不能满足要求。根据本工程的结构特点并经过综合验算，锥壳斜壁及上部环梁采用钢拉杆斜拉辐射梁、满堂脚手架支撑施工方案，仓上一层梁板采用桁架悬吊大截面矩形梁和脚手架支撑梁板相结合的施工工艺。

3.1 支撑平台铺设

滑模机具降落完毕后，开始铺设平台：

1.第一层铺设50×100木方子，间距300～500，用12#铁丝与辐射梁绑扎牢固。一根木方至少要与两个辐射梁绑扎牢固，不得探头，木方搭接接头要留置在辐射梁处。另外木方不得有木节、裂缝及腐朽等缺陷。

2.第二层满铺木跳板（50×200×4000），木跳板与木方子应绑扎牢固，绑扎点应密，间距一般不小于1000。铺设方向垂直于木方。

3.第三层铺设竹胶板（1220×2440），满铺竹胶板，竹胶板应全部覆盖住木跳板，不得有一点空隙或孔洞，以防止在支撑平台上操作时，高空坠物伤人，并用圆钉把竹胶板固定于木跳板上。

3.2 锥壳施工支撑体系

1.滑模平台由48根辐射梁和鼓圈组成。辐射梁外侧支承点在筒壁的钢牛腿上，另一端距外侧5m处采用48根Φ20钢筋斜拉杆与筒壁上部预埋铁件相焊结。施工时所有荷载对于48根Φ20钢筋斜拉杆和仓壁每个固定钢牛腿的5根M25的穿墙高强螺栓来说，钢筋的抗拉强度和螺栓的抗剪强度远远能够满足要求，故可以不进行验算，只对辐射梁进行验算。按照施工荷载的分部，辐射梁受力可按简支梁（L=5m）考虑。为防止锥壳混凝土浇筑时，一次加载过大，造成平台失稳，所以考虑锥壳斜壁分三次进行浇筑，在施工中间一段混凝土时，辐射梁受力弯矩最大，只验算中间部分混凝土浇筑时辐射梁的受力情况，锥壳斜壁支撑情况见图（2），受力简图如图（3）：

锥壳斜壁示意图（1）

2.锥壳施工时荷载计算

（1）恒荷载

模板及支架自重为1.1KN/m2

N1=3.14×4.93×(11.45+7.95)×1.1=330.33KN

新浇筑混凝土荷载

锥壳斜壁混凝土分三次浇筑，每次浇筑的斜段长度为1.5m左右，浇筑锥壳斜壁中部混凝土时，辐射梁跨中弯矩最大。

斜壁中部混凝土重量：

V=3.14×1.931×（11.092+9.722+11.09×9.72-10.382-9.012-10.38×9.01）÷3=86.5m3

新浇混凝土自重取24KN/m3：

F=24KN/m3×86. 5=2076KN

钢筋荷载（混凝土钢筋含量为1.5KN/m3）

斜板混凝土体积：

V=3.14×4.931×（12.152+8.662+12.15×8.66-11.442-7.952-11.44×7.95）÷3=86.5m3

N2=1.5KN/m3×221=331.5KN

（2）活荷载

施工人员及施工设备的自重取1.0KN/m2(活动面积按6m2考虑)

N3=1KN/m2×6=6KN

混凝土振捣时产生的冲击荷载（按1m2考虑）

对水平模板：N4=2KN/m2×1=2KN

倾倒混凝土时产生的冲击荷载（按1m2考虑）

N5=2KN/m2×1=2KN

（3）一根辐射梁由两根16#槽钢组成，查表可知：16#槽钢19.752kg/m

N=N1＋N2＋N3＋N4＋N5=671.83KN

q=671.83÷96÷5=1.40KN/m

M1=1/8×ql2=1/8×1.40×52=4.38KN.m

M2=1/8×mgl2=1/8×19.752×10×10-3×52=0.62KN.m

辐射梁中部荷载，按混凝土自重考虑

q=2076÷96÷1.37=15.78 KN/m

M3=1/8×15.78×1.372=3.7KN.m

（4）强度计算：查表可知：16#槽钢截面弹性抵抗矩Wx=116.8cm3

M= M1＋M2＋M3=4.38+0.62+3.7=8.7KN.m

f=M/Wx=8.7×103×103/116.8×103=74.5N/mm2

强度能满足要求。

（5）挠度验算

查表可知16#槽钢截面惯性矩I=935cm4，E=206×109Pa在荷载作用下辐射梁挠度为：

fmax＝5/384×qkl4/EI+qba2/24EI=5/384×(1.6×54×103)÷(206×109×935×10-8)+17.38×1.37×2.5×103(24×206×109×935×10-8) =6.7×10-3+1.2×10-3=7.9mm

挠度验算符合要求。

3.3大截面梁钢桁架悬吊支撑方案

梁板采用满堂脚手架支撑，大截面梁采用桁架悬吊和脚手架共同支撑。支撑情况见图（4）

1．桁架两端支撑：采用ф200钢管和角钢组成的四肢格构柱，截面惯性矩大、刚度大、稳定性好、构件长细比小、两端支承采用焊接，长度系数小，可以不进行稳定性验算。

2．桁架设计：

煤仓仓上一层平面梁，选取最大截面梁（500×1800）进行设计，为避免混凝土浇筑时，一次性加载太大对支撑体系产生不利影响，考虑分两次进行浇筑，待下层混凝土强度达到一定强度后，再浇筑上层混凝土。此时下层混凝土已经具有一定强度，可以作为上层混凝土的支撑。荷载计算时，新浇筑混凝土按900mm高计算。桁架设计时，不考虑下部脚手架的支撑作用，以保证施工时有足够的安全保证系数，梁跨度L=14.900m，按简支梁计算。

（1）计算作用在桁架上面的荷载

1）恒载

模板及支架自重

定型组合钢模板

500N/m2×0.5=0.25KN/m

新浇筑混凝土自重

24KN/m2×0.5×0.9=10.8KN/m

钢筋自重

1.5KN/m2×0.5×1.8=1.35KN/m

荷载分项系数γi=1.2

恒荷载设计值G=1.2×(0.25+10.8+1.35)=14.88KN/m

2）活荷载

施工人员及施工设备的自重

25KN/m2×0.5=1.25KN/m

混凝土振捣时产生的冲击荷载

对水平模板：2KN/m2×0.5=1KN/m

倾倒混凝土时产生的冲击荷载

2KN/m2×0.5=1KN/m

荷载分项系数γi=1.4

活荷载设计值Q=1.4×（1.25+1+1）=4.55KN/m

总荷载=G+Q=14.88＋4.55=19.43 KN/m

支模时采用双排桁架，作用在一个桁架上的荷载为19.43/2=9.72 KN/m

（2）根据公式计算桁架截面惯性矩

跨中最大挠度fmax＝5/384×qkl4/EI

桁架模板容许挠度为L/1000＝14900/1000＝14.9mm

已知q=9.72KN/mE=206000N/mm2L=14900mm

则截面惯性矩I=5/384×9.72KN/m×149004/206000N/mm2×14.9mm=1.902×109mm4

（3）根据截面惯性矩选择桁架上下弦杆件截面尺寸

先选用100×14，上、下弦杆选用同一型号，查表知A=2625.6mm2

Ix=2.3653×106mm4，桁架截面高度取h=1200mm。

单排桁架横截面见图（6）：

考虑到桁架腹杆变形的影响，组合

截面整体惯性矩乘以0.9的折减系数。

I=0.9×(I1+A1x12+I2+ A1x12)=0.9

×2(2.3653×106+2.6256×6002)

=1.7028×109mm4

不符合要求，加大上下弦杆截面，

选用125×14，查表知A=3336.7mm2

Ix=4.8165×106mm4，桁架截面高度取

h=1200mm。

可以计算I=0.9×(I1+A1x12+I2+ A1x12)=0.9×2(4.8165×106+3.3367×6002)=2.16×109mm4>1.902×109mm4

符合要求。

（4）强度验算

钢材为Q235, f=215N/mm2 查表125×14，质量为26.193kg/m

最大弯矩设计值M=ql2/8=9.72×14.92×103+26.193×9.8×14.92×2=280976N.m

W=I/(h/2)=2×2.16×109/1200=3.6×106 mm3

f=M/W=280976×103/3.6×106=78.2N/mm2

故选用125×14作为桁架上、下弦杆符合要求。

3.4 沉降观测

在脚手架支撑体系中，选择四根钢管用于沉降观测，在钢管上做上标记，把标记处的标高引至筒仓仓壁上，并做好标记。在混凝土浇筑过程中，利用水平管测量两标记处的高差，如发现沉降偏差较大，及时进行加固处理。

四．结束语

1.在锥壳和仓上一层平面大截面梁混凝土浇筑过程中，对辐射梁和钢桁架的变形进行了监测，变形均在要求范围之内，取得了良好的施工效果。

2.大直径筒仓仓顶锥壳采用滑模模具降平台和钢桁架悬吊锥壳平台大截面梁在神华集团哈尔乌素露天矿的成功运用，为其它同类工程的施工提供了丰富的借鉴经验。

参考文献：

1、《建筑施工手册》第四版中国建筑工业出版社2003.9

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。