大直径筒仓钢筋混凝土锥斗模板的设计与施工

费亚强 陈志达 张 元

中国一冶集团有限公司 上海 200443

1 工程概况

广东东莞市虎门港麻涌港区新沙南作业区2#、3#泊位散粮仓库三期工程，为大直径筒仓结构，新建筒仓设有A、B两组筒仓群，单仓容积15 000 t；A、B组分别以7×2形式排列，共计有28个单仓，仓容总量420 000 t。筒仓单仓内径30 m，仓壁厚度为300 mm，仓体檐口高36 m，仓顶高42 m。

本工程中大直径筒仓下层底板结构设计有9个锥漏斗，其中5个为矩形混凝土锥斗，4个为圆形钢锥（图1）。锥斗混凝土模板支设是锥斗混凝土结构施工过程中的重要工序，通常在锥斗施工时受空间所限，模板支设具有施工复杂、难度大等特点。而支模好坏往往影响到锥斗的施工安全和结构质量。

图1 仓底板平面示意

本仓仓底结构形式为大体积钢筋混凝土厚板，板厚600 mm，仓底板5个矩形混凝土锥斗，仓底板上表面绝对高程5.00 m，锥斗水平夹角为50°（图2）。锥斗上壁厚470 mm，下壁厚250 mm。

仓下层底板在锥斗处设剪力墙，墙厚150 mm，高1 792mm。剪力墙呈“井”字分布，由20根“十”字形混凝土柱和筒体壁、侧边剪力墙结构共同作为下仓混凝土底板支撑体系，锥斗由混凝土底板悬挂支撑。锥斗上口和下口都呈方形，上口边长为9 180 mm，下口边长为1 000 mm，锥斗垂直高度3 000 mm。

图2 锥斗剖面示意

2 重、难点分析

现代工业粮食仓储项目中，大直径筒仓下层底板通常设计有若干个漏粮锥斗，锥斗底部通常距地面3.5～5.5 m，且锥斗往往呈矩形。在大直径筒仓施工中，仓下层底板锥斗施工中的模板设计是混凝土施工过程中的一个重要 环节。

锥斗施工通常空间受限，安全风险大但精度要求高。斜面模板在支设过程中面临着操作难度大、施工周期长且外观成形质量难以保证等问题。所以必须保证模板支架的刚性和整体稳定性，以减少在混凝土浇筑过程中产生的模板变形、移位等不利因素。做好模板设计可为模板支设作业提供强有力的技术保障[1-3]。

3 模板设计及思路

目前，锥斗模板往往有3种类型：木模板、钢模板和铝合金模板等。

木模板的特点主要包括以下几方面：加工快，成本低；但周转次数少、加工精度低及模板刚度难以达到整体支模技术要求。

钢模板相对木模板而言，具有明显的优越性，能够有效克服木模板存在的诸如模板体系刚度不足和模板整体尺寸精度不高、重复使用次数较低等明显缺点；但设计制作周期长，一次性投入成本较高。

铝合金模板相对于上述2种模板而言具有更大的优越性，但技术方案要求更高、更复杂，一次性投入的成本费用更大，只有投入到大规模批量的流水作业中，才能提升其性价比。

考虑到现场实际及施工过程中的特点和难点，选择一种拼装式组合模板和组合式支撑架设计，通过建立一种有别于传统的钢模板及支撑系统的模型，可有针对性地避免甚至利用不利条件解决施工过程中容易产生的安全风险和质量问题。

拼装式组合模板和组合式支撑架设计时需要考虑模板系统具有制作简单、连接平整紧密、安装拆卸简便快速、可操作性强，并保证有效重复利用、方便运输的特点。在模板设计时，根据工程实体结构特点、工艺要求和实际施工可操作性等进行分析，拟订模板及支撑系统的思路 如下。

3.1 模板区块分解

1）本工程中锥斗部位洞口上口尺寸为5 500 mm× 5 500 mm，下口尺寸为1 000 mm×1 000 mm，垂直高度为3 000 mm（倾斜高度为3 420 mm）。

2）组装式组合模板分段。根据筒仓锥斗截面尺寸、形状，为减轻安装操作质量和方便工厂加工制作、运输、组合，将模板按斜高全高的1/2分成2个单元节段（其下部底口为缩径部分，可单独分成一个整体节段）钢模板 （图3）。

图3 模板节段分段示意

3）单元节段设计。将上述每单元节段分成4个单片模板面板，单片模板面板由薄钢板、矩形方钢加强肋骨架、连接插销件等构成，单元节段之间采用固定销键进行连接（图4）。

图4 组合可拼装式钢模板组成

4）单片模板加固设计。为加强单片模板刚度，在单片模板外侧设置加强骨架，加强骨架采用矩形钢管与板面焊接连接。此外，在每片模板外周边四周设置50 mm×6 mm加强边角钢。

5）模板连接件。模板之间夹角处用包边角钢固定，包边角钢设有模板加固拉条连接板，连接板与角钢焊接组成连接零件（图5）。

6）模板紧固连接。在每节模板上下位置分别设有2个对拉紧固连接装置。紧固装置由拉条、模板加固拉条连接板、插销键组成。其中加固拉条连接板采用钢板（厚12 mm），拉条每端设有连接板通过与包边角钢上的连接拉板利用销键固定（销键直径20 mm），以方便安拆 （图6）。

图5 包角角钢示意

图6 上下节段连接示意

7）每节段之间连接。节段之间连接采用角钢、插销键组成。每节段在上下端均焊接有连接紧固的角钢（上下节连接处角钢分别为50 mm×6 mm、100 mm×63 mm× 6 mm），上下节段通过角钢用销键进行连接，采用75 mm×50 mm×10 mm角钢以方便安拆（见图6）。

3.2 钢模支撑架

组合钢模板及支撑体系模型如图7所示。

图7 组合钢模板及支撑体系模型

3.2.1 工具式支撑架系统组成

支撑架系统主要由调节用的千斤顶、标准架体、调节顶丝杆及标准架体之间的连接杆组成。考虑在均衡受力的状态下进行受力分析计算，得出：单套锥斗模板系统按照每个斜面设置标准架体1个，共4个标准架体。每个标准架体上下各有4个接触点，所以单套锥斗模板系统中千斤顶和调节顶丝杆都各自按照16个进行设置（图8）。

3.2.2 标准支撑架

标准支撑架由60 mm×90 mm矩形钢管构成一种贝雷架体式样，其几何尺寸根据锥斗形状、高度、下部洞口尺寸设计成形，贝雷架体上下节的连接采用快速承插式结构，并通过插销方式固定（图9）。

3.2.3 调节顶丝杆

调节顶丝杆主要用于调整与锥斗模板体系的连接支撑，均匀顶在模板体系不规则的空间位置，通过丝扣顶紧上部锥斗模板，以保证模板拼接后的紧密性和平整性，并确保整个模板体系的稳定性和可靠性。

图8 工具式支撑架系统平面布置

图9 标准支撑架

调节顶丝杆由丝杆和顶托板构成，丝杆采用M35圆钢经过套丝加工成形。丝杆通过承插方式与标准节贝雷架体连接。

3.2.4 支架千斤顶设置

支架千斤顶主要用于调整整个支撑架体的水平和对上部锥斗模板的顶紧固定进行微调。

考虑到整个模板体系的稳定性，千斤顶选用手动式圆盘薄型液压千斤顶，其自身高度为96 mm，最大行程16 mm，缸体内径140 mm，单体顶升能力为100 t。

在采取了相应的防倾倒和防滑动措施后，标准节贝雷架体直接安装在千斤顶上，以方便后期人工的快速安装和拆卸。

4 安装要点

4.1 工具式支撑架安装

1）支撑装置安装前，先将下部基础地面进行夯实、硬化、找平，然后将锥斗水平投影于下部基础地面上。

2）先将千斤顶按支撑装置的定位轴线定位放置于地面，再利用施工现场塔吊将第一节标准单元支撑装置放置于千斤顶上，然后依次吊装第二节、第三节标准单元支撑装置，直至锥斗模板对应的空间支撑位置，并逐一通过插销装置连接好各单元节，形成锥斗模板支撑平台。

3）后在锥斗模板支撑平台上安装调节顶丝杆，调节顶丝杆的顶部要与待安装的锥斗模板下表面留有一定的间隙，然后再通过支撑装置底部设置的千斤顶对支撑装置进行标高微调，直至调节顶丝杆达到锥斗混凝土下表面的设计标高（考虑模板支设厚度）为止。

4）当每个单元标准支撑装置安装完成后，用连接杆件连接每组标准单元支撑装置，最终形成整体稳定的支撑装置系统。

4.2 定型组合模板安装

1）先在工厂将定型组合模板加工组成单元板片模板，然后运至施工现场。

2）在施工现场设置1个组拼平台，然后在平台上按锥斗外观实际尺寸进行放线，根据放线尺寸，进行定型组合模板每一节段的装配成形。

3）对装配好的定型组合模板进行尺寸检查，符合要求后再用塔吊将已拼装好的每节定型组合模板按安装顺序逐一放置并牢固固定在已调节完毕的支撑装置上，以实现后续锥斗混凝土的浇筑作业。

5 结语

传统施工中，仓下层矩形锥斗混凝土结构的支模形式一般采用从地面开始搭设脚手架支撑系统，支撑架完成后再安装横木、斜横木支撑骨架、锥斗斜面模板等，并需要采用铁钉钉牢。在安装过程中，受空间和施工工艺限制，人员在安装斜面模板的过程中，由于锥斗面呈斜面，操作面有限，存在人员站立不稳、工作效率低下且不安全、安装精度低、模板稳定性差、易变形胀模等问题。锥斗浇筑成形后，锥斗模板拆除困难，损耗极大也导致周转率降低。因工艺要求，在类似锥斗在设计图纸中大量存在的情况下，如果采用传统锥斗支撑方式，不仅不得不花费大量的人力、物力进行施工，而且对工期、安全、质量都会产生不利影响。

本文主要针对锥斗混凝土模板及支撑特点，为解决传统筒仓锥斗模板、支撑在施工中遇到的问题，对模板及支撑系统采用了一种新的组合方式，初衷是方便模板支设，减少工作量，创造安全的作业环境，缩短工期，提高施工精度和质量，达到新式工具式支撑架和组装式组合模板体系更好地用于支设该矩形锥斗施工的目的。在保证了模板支撑系统承受荷载稳定的前提条件下，简化了模板安装，能够保证锥斗混凝土精度和质量要求，同时尽量减少支撑钢管和木方使用量，并缩短施工时间，提高工效。

采用一种能拼装组合式的钢模板，如果能在制作设计方案上采用的比较合理，更能够达到简化、方便现有锥斗混凝土施工的目的。