关于熟料库新型三脚架倒模工法的应用

孙小永，顾进军

1 库壁施工常用工法

1.1 脚手架搭设倒模工法

该工法主要考虑在库壁内外两侧设置双排脚手架，模板系统采用普通木模板方木及钢管加固形式。

此种工法施工周期较长，耗费人力多，所需周转材料量大，对质量保证相对不利，尤其高空作业安全风险较为突出。

1.2 滑模工法

相对而言，此种工法施工周期短，耗费工时少，但在滑模期间需要较多人力，否则无法保证质量。60m直径库需一次性投入滑模爬杆15t。

该工法施工较为安全，但因阿尔及利亚Bis项目及中材建设有限公司滑模配备的操作平台均为柔性平台，不太适应直径60m的库体滑模，存在质量隐患，故在后续项目中可考虑分体滑升方案。

1.3 传统三脚架倒模工法

传统三脚架倒模工法通常应用在电厂双曲线冷却塔中。此工法模板系统为钢模板系统，需要利用人力进行拆除、倒运、组装，劳动力投入较为密集。该工法最大缺陷在于下部挂架的施工存在安全隐患，而且因阿尔及利亚Bis项目属拉法基投资项目，安全管理非常严格，即便对下部挂架进行改良，也不易达到业主的要求。

综合上述考虑，结合项目资源配备情况，本项目按照高效、安全、经济以及保证质量的原则制定了新的三脚架倒模工法。

2 新型三脚架倒模工法实施要点

该工法主要在操作平台系统、模板支护系统、质量控制系统以及模板拆除过程中应用新型设备等四个方面进行了创新和优化，尤其在安全方面，主要考虑为操作者提供安全的作业环境及空间，并以其优于安全监督的管控标准为目标。

2.1 操作平台系统

操作平台采用三脚架模式，上部满铺脚手板，侧面设置踢脚板以及防护栏杆。各型配件均为标准配置，层层向上翻铺，实现了材料机具的重复利用，并为操作人员提供了安全的作业平台。

2.1.1 三脚架设计

三脚架的设计从以下三个方面考虑：

（1）三脚架尺寸确定

三脚架竖杆及横杆采用L63×6角钢制作，斜向杆采用L56×5角钢，连接部位采用焊接方式或者螺栓连接，本项目中采用焊接方式，具体布置见图1。

其中，竖向杆件长度设置主要考虑两方面要素：

a建筑物高度、倒模次数。如Bis项目熟料库高度为25.15m，倒模次数考虑为整数。

b倒模高度要综合考虑施工人员身高，倒运铺设脚手板、模板加固的高度等。

为此，Bis项目综合考虑施工人员人均身高1.7m以及库壁高度，最终将三脚架高度定为1.67m，倒模次数为15次。

三脚架宽度的选择需综合考虑上部材料情况及上部操作空间需要。因本项目采用了大模板体系，上部材料堆放量较少，故将三脚架宽度确定为1.3m。通过控制操作平台宽度，减少了脚手板的使用量和操作工人的工作量，提高了工效。

（2）三脚架设置的荷载选取及对拉螺杆的设计

a三脚架设置的荷载选取

图1 三脚架设计图

因三脚架主要承担操作平台的作用，同时作为上料平台，故荷载设计值选取操作平台承载5kN/m2的面荷载，平台最边缘处施加3kN的集中荷载。

b三脚架加固螺栓受力计算

操作平台承载5kN/m2的面荷载，平台最边缘处施加3kN的集中荷载，每跨工作平台长度为1.5m（考虑三脚架扇形布置，取1.65m），宽度为1.3m，承压面为L63×6角钢的板上，承压面厚度为6mm。

螺栓同时承受拉力和剪力，假设螺栓群绕，最下一排螺栓旋转。

弯矩作用下螺栓所受的最大拉力为：=8.6kN＜Nbt=80kN剪力作用下每个螺栓所受的平均剪力为：=5.8kN＜Nbv=48.6kN

剪力和拉力共同作用下：满足螺杆型号为Q235，螺栓等级10.9级高强螺栓，Ntb=80kN，Nvb=48.6kN。

式中：

Nt——单个螺栓拉力设计值

Nv——单个螺栓剪力设计值

Ntb——单个螺栓受拉承载力设计值

Nvb——单个螺栓受剪承载力设计值

M——弯矩设计值

V——剪力设计值

n——螺栓个数

yi——第i个螺栓距中心轴的距离

（3）三脚架细部构造考虑

三脚架细部构造主要考虑以下几点：

a下部设置底板，增加下层三脚架的接触面积，从而增加施工过程中的安全系数。

b上部设置护栏插件，采用此插件于上部栏杆进行插接，加快栏杆组装进度，同时在上部环梁施工时，直接作为底模的支撑架的支撑点。

c增设三脚架加固垫片，通过设置该垫片即可保证三脚架紧固螺栓的位置，同时可以加强三脚架抵抗局部受力变形的能力，获得更好的安全保障。

以上三点均为安全因素的细部考虑，同时也有利于加快施工进度。

2.1.2 脚手板、踢脚板以及栏杆的设置

脚手板、踢脚板均采用普通40mm厚脚手板，层层翻铺，这部分材料均单层配置，以达到节约周转材料的目的。在施工前，需筹划分段问题，并规定施工流向，避免跳板在向上层倒铺过程中相互影响，增加施工难度。

图2 钢框木模板配置图

栏杆采用ϕ48mm脚手架管，高度1.2m，设置两层水平杆。

2.2 模板系统

模板采用定型大模板体系（钢框木模板），模板尺寸根据库壁类型配置（见图2）。

钢框木模板在设计配置时主要考虑以下几方面：

（1）模板配置

a综合考虑建筑物体形特征、尺寸。如本项目模板根据不同位置及外形尺寸，按三种尺寸进行配置。

b模板尺寸定型过程中，应同时考虑模板的安装及拆除。如在内模板设计时，增设小尺寸模板以利于拆除。

c模板高度与三脚架的尺寸应一致。如三脚架高度设置为1.67m，模板的高度设置为1.70m，用以保证在每次倒模时，有3cm混凝土处于模板内部，保证结合严密。

d大模板加固用的孔距留置位置与三脚架加固用的孔距保持一致性。

e模板后背棱与模板相互错位，该尺寸为150mm，同时根据拆除分段布置，错位方向有所不同。

（2）提高工效

a在钢框木模板配置过程中，将背部加固背棱与钢框木模板制成整体，可减少施工工程量，提高工效，增强钢木模板本身强度，避免在施工中平台材料过多、过散，降低安全风险。

b模板加固采用高强螺杆，既可提高工效，亦有利于保障质量，降低胀模、爆模风险。

（3）细部构造配置

a设置固定吊点，方便吊装作业。

b水平模板连接采用U型卡，此项在后续工作中可持续改进及优化。

通过以上配置后，可直接采用起重机械进行大片模板吊装，安装就位后直接加固，采用斜向顶撑校验三脚架模板的垂直度。

2.3 混凝土浇筑平台设置

考虑到此工法的施工工艺特点，混凝土浇筑作业面设置在三脚架操作平台以上1.7m的位置，因利用下平台操作无法实现，故单独设计一组三脚架用于浇筑混凝土，该三脚架仍采用标配模式。

三脚架标配固定栏杆、脚手板、踢脚板，采用侧面挂钩与模板背棱连接（见图3）。

该三脚架共配置7块，采用塔吊随用随倒，周转使用。

2.4 质量控制体系

图3 混凝土挂架平台

对于倒模施工工法而言，质量控制体系控制的难点主要在库壁平整度、垂直度及圆度等方面，其他均为常规控制。

因该工法按定型大模板系统配置，库壁平整度有保障，外径和内径周长基本固定。在内外周长基本固定的情况下，直径及圆心位置的控制即为施工重点。

基层库壁线采用全站仪进行设置，同时设置16个过圆心点的基准控制点，每模的施工均通过基准控制点从根部校验库壁垂直度，检查验收。16个基准控制点通过圆心控制垂直度，因此可控制圆的直径。

在每模施工过程中，校验其他部位模板顶与模板底的垂直度。控制点布置见图4。

图4 垂直度控制点平面布置图

2.5 施工工序更新

该施工工法对原有三脚架倒模施工工法及施工工序进行了根本性的改变。

施工流程如下：第一层钢筋绑扎→支设第一节模板→校正模板→浇筑混凝土→拆除模板→安装第一层三脚架→铺设平台板及防护栏杆→第二层钢筋绑扎→支设第二层模板→校正模板→浇筑混凝土→拆除模板→浇筑第二层混凝土→拆除模板→安装第二层三脚架→翻铺跳板及防护栏杆→第三层绑扎钢筋→支设第三层模板→校正模板→浇筑第三层混凝土→拆除第三层模板→安装第三层三脚架→翻铺脚手板及防护栏杆→绑扎第四层钢筋→支设第四层模板→校正模板→浇筑第四层混凝土→拆除第四层模板→拆除第一层三脚架翻至第四层（依次循环，共计15板模板）。

2.6 新设备的应用

根据库体高度，本方案中的三脚架拆除采用升降车进行，改变以往传统三脚架倒模方案中的吊架模式。该升降车机动性强，操控方便安全（见图5）。

图5 升降车

3 新型三脚架倒模工法分析

3.1 加强了施工安全

（1）三脚架采用标准配置，平台通道以及安全维护等均有保障。

（2）新型设备升降车的应用，改变了传统工法中相对不安全的施工方式，从根本上降低了施工安全风险。

（3）采用大模板体系，减少了高空拼装，降低了高空坠物机率。

3.2 保障了质量

（1）通过采用定型钢框木模板，混凝土截面得以良好控制，外形更美观。

（2）通过三脚架与钢木模板的结合，每层模板的水平高度更为精准，库壁垂直度、平整度以及圆度的控制更简便。

3.3 提升了工效

（1）采用三脚架替代脚手架，简化了施工，减少了人力投入，提高了工效。

（2）采用定型钢模板，大量减少了模板拼装所耗费的人力。

（3）该工法直接提升了机械设备工作效率，在施工过程中集中完成零散配件的吊装作业，提高了机械工效。

3.4 提高了经济性

（1）周转材料投入量减少，如模板使用次数增加，整体采购量减少；脚手架板、脚手架使用量减少等。

（2）人工投入量减少，增加工效，节约成本。

（3）缩短工期，从根本上减少费用消耗。

3.5 加快了施工进度

通过提升机械化程度、提高人力工效等方法，有利于加快施工进度。

4 各种数据对比

该工法与目前存在的、可应用于库壁施工的常用工法相比，在主材投入、人力投入、机械设备投入方面的差异以及对进度、安全、质量的影响见表1。通过表1数据分析：新型三脚架倒模工法机械化程度有所加强，质量、安全、进度、成本控制均有所提升。尤其是在安全方面，该工法较以往倒模工法优势更为突出。

从经济成本而言，该工法比除滑模外的其他工法更具有竞争力。但对于大直径库体而言，如何消除滑模存在的安全隐患需我们在后续施工中予以探讨，如采用分片滑升等模式。

5 后续改进措施

该新型三脚架倒模工法在Bis项目实施后，取得了成功，但也存在需持续改进的方面。

5.1 三脚架体系持续完善

5.1.1 三脚架支撑体系中，加固对拉螺杆选取问题

在本项目实施中，对拉螺杆采用ϕ12高强螺杆，而用于固定三脚架的螺杆采用材质Q235的ϕ 16普通螺杆。此项相对影响施工进度，后续要求更正为ϕ16高强螺杆，以提高工效。

5.1.2 三脚架支撑体系中所涉及到的上部护栏

项目实施过程中，上部栏杆及护栏采用脚手架管进行搭设，后续可优化为承插组装式，既可提高工效，也可避免发生扣件安装不牢固的问题。

5.1.3 脚手板及踢脚板的标准化问题

在Bis项目施工中，应业主要求采用了脚手板作踢脚板，铺设过程中存在较大缝隙，这对施工的安全有一定的影响。后续施工可将踢脚板标准化，并于三脚架侧面予以插接，既可增加安全性也可提高工效。

5.2 模板体系持续完善

5.2.1 钢框的选取问题

该项目实施时，钢框是根据项目部原有钢材备料情况进行选取的，选取受限。后续方案可选用40方钢，以达到增强钢框强度的目的，同时该部分材料也便于重复利用。

5.2.2 板面的选取问题

在Bis项目中采用了18mm厚木模板，周转次数超过8次，拆除后仍在其他车间的施工中使用，损坏程度不严重。后续为增加周转次数，可根据施工气温环境情况，考虑采用PVC模板，以达到更好的质量效果和经济效果。

5.2.3 板面与钢框的结合问题

该项目实施过程中，由于受当地材料影响，板面与钢框的结合采用了平头螺栓连接，如条件允许应采用沉头螺栓连接。

5.3 持续完善吊装作业使其适应大模板体系

在确保安全的前提下，应更加有效地加快吊装进度，提高车辆以及人员的工效。就本项目而言，吊装作业开始时就严格采用卡环进行吊装，但对于60m直径的库体而言，模板片数相对较多，效率仍然有所降低。针对单片模板的重量，后续可改为采用安全带挂钩进行吊装，模板从起吊到就位2min内即可完成，可大大缩短起吊时间，提升工效。

5.4 安全通道持续完善

根据目前中材建设有限公司项目实施情况，所有项目在库体施工过程中均采用了钢管脚手架搭设回笼爬梯。此项工作较为耗费人力和占用材料，而且在搭设过程中总会存在或多或少的问题。

根据目前国内脚手架市场情况以及国外公司一些项目的应用情况，后续应采用组配式工具脚手架。这种脚手架杆件分ϕ48和ϕ60两种，选型可根据具体高度选择。

以上优化有利于提升工效，降低安全风险，增加材料的周转使用率，发挥材料的使用价值。■