地下油罐现浇穹顶钢筋混凝土薄壳施工技术优化

郭纪锋

郭纪锋（中铁隧道集团四处有限公司青岛项目部山东青岛266405）

中图分类号：U455文献标识码：A文章编号：41-1413（2012）03-0000-01

摘要：通过地下油罐穹顶钢筋混凝土薄壳施工技术研究，在国内类似工程施工基础上，结合工程实际施工情况，对混凝土薄壳结构施工各个工艺进行优化，为类似工程施工提供借鉴。

关键词：地下油罐；薄壳穹顶；脚手架；模板；风送混凝土

一、引言

地下罐体因其不占用地面空间，有利于隐蔽的特点，国内很多地域都在进行建设。但其结构形式受到地质特性限制，洞室结构一般利用成拱效应进行应力重分布，使洞室受力能保证施工及使用要求。因此洞室顶部必须存在一个球形，穹顶薄壳结构随之成为地下油罐不可或缺结构之一。又因施工成本、结构等情况要求，地下油罐施工空间往往较小，大型的吊装设备无法利用，地面成熟的预制壳体拼装工艺无法满足地下油罐穹顶薄壳施工。因此在地下罐体施工中罐体顶部大多采用现浇钢筋混凝土薄壳结构，研究总结在空间条件有限的地下进行现浇混凝土穹顶薄壳施工方法，有很大的必要性和重要性。结合青岛某大型地下油罐工程，重点针对油罐薄壳施工台架、模板安装、钢丝网、钢筋网及混凝土施工工序，以施工技术措施为基础，并结合现场施工实际情况，为类似工程施工提供参考。

二、工程概况

工程位于青岛,为一地下油罐群，由15个罐室构成，油罐之间由通道连接，并分别设上下通道，上通道连接罐顶设施，下通道连接罐底设施。油罐高13.8m，起拱高度4.4m，直径26m。穹顶为C30钢筋混凝土薄壳板，板内设置双层Φ1.5@10*10钢丝网和Φ10@200*200钢筋网。薄壳混凝土厚度由顶部到底部由6cm渐变至12cm，穹顶薄壳外侧由中心至边缘均匀分布20条半圆形加强肋梁，肋梁高24～30cm，宽20cm。油罐穹顶混凝土量55.7m3,表面积618.9m2。脚手架单个罐室工程量65吨。附穹顶平、立面图。

三、一般施工方法

国内地下油罐薄壳穹顶主要施工方法一般采用满堂脚手架作为支撑，在起拱处安设木桁架，桁架上拼装楞木和木模板，随后进行钢丝网、钢筋网施工，最后进行穹顶摸浆。其施工工艺存在如下不便之处。

（一）在起拱处安设木桁架，穹顶直径一般均大于20米，且木桁架需和满堂脚手架连接，同时还得考虑木桁架的对接问题，桁架加工量大，安装工作繁重，同时因作业面空间有限，桁架安装功效较低。

（二）穹顶混凝土施工一般采用机械配合人工上料，如采用卷扬机将小推车提升至起拱部位，再由人工用灰桶提至工作面。混凝土施工前准备工作多，首先穹顶施工脚手架搭设过程中必须预留上料通道，安设卷扬机、照明线路等，满堂脚手架施工功效不能提高。其次虽机械将混凝土运至起拱面，但因施工场地限制，大幅度人工用灰桶倒运混凝土不可避免，混凝土施工投入人员较多，功效很难提高。最后为保证混凝土施工通道，为方便上料，在钢丝网、钢筋网及模板施工中必然预留多处施工孔洞，混凝土浇筑过程中必须有相应班组人员进行快速修补施工孔洞，钢丝网、钢筋网及混装施工质量不易控制，这些施工预留孔洞很可能成为穹顶结构受力的薄弱点，易出质量问题。

（三）穹顶为薄壳结构，最大厚度一般只有12cm,最薄区域只有6cm。上料又受空间限制，不可能无限制的增加卷扬机等提升设备，施工预留孔也不可能预留太多。如穹顶有专门的通道，也因构造和造价原因，一般通道较小，大型运输设备难以利用。考虑到混凝土的特性，新拌混凝土其施工实效性一般最长为2小时，这对混凝土运输，摊铺及随后的振捣收面造成较大压力。又因穹顶结构为多向受力体系，施工必须采取条状对称浇筑或环向分层浇筑，混凝土施工中的冷缝将大量存在于已施工的薄壳结构中，对穹顶的质量造成威胁，同时增加了穹顶顶面防水压力，还对其表观质量有很大影响。

（四）人工倒运混凝土浇筑穹顶必然投入大量的人工，给钢丝网及钢筋网保护层控制带来极大困难，大量的作业人员将在已经铺设和绑扎完毕的钢丝网、钢筋网上通行，先前施工完毕的垫块很大部分将被破坏，钢筋保护层通常不够，造成大面积露筋，洞室一般都阴暗潮湿环境，保护层不足使钢筋锈蚀，影响穹顶结构的使用寿命。大量的人员集中还对脚手架的安全带来隐患，穹顶施工中脚手架需要承受的荷载一般为材料荷载、机械荷载、人员荷载，大量的人员投入必然增加脚手架施工的投入，不得不加密脚手架，使施工成本增加。

（五）穹顶混凝土强度一般需C30以上，现场拌制混凝土强度很难达到，一般采用厂拌混凝土，但拌合站离作业面一般较远，需用混凝土罐车运输，这就要求混凝土塌落度不小于12cm，否则罐车卸料困难。然而穹顶为一个球面结构，其坡度一般较大，混凝土浇筑过程中难免流动，控制穹顶厚度十分困难，加之穹顶上均匀分布的半圆形加强肋梁，一般混凝土施工几乎不可能实现。

四、优化后的施工方法

（一）搭设脚手架

采用外径48mm,壁厚3.5mm的焊接钢管，用于立杆、大横杆、剪刀撑和斜撑的钢管长度采用300cm～600cm,用于小横杆的钢管长度120cm～200cm。严格控制扣件质量，不使用表面裂纹、变形、锈蚀的扣件。

脚手架施工前进行详细的高程工程交底，高程采用高程传递法控制，既在罐室底部墙体上测放标高控制线，并在穹顶通道口设置校核水准点，算出各立杆的绝对高程。满堂脚手架采用单立杆，起拱线以下为方型脚手架，纵距120cm，横距120cm，步距150cm，起拱线以上为伞状脚手架，纵距90cm，横距70～120cm，步距90cm。立杆接头采用对接扣件连接，立杆以大横杆之间采用直角扣件连接。起拱线以上竖杆高度根据穹顶结构尺寸控制高度。最终标高用倒插杆控制，标高应考虑环向方木所占的标高。弧形大横杆根据穹顶对中剖面预先用弯管机弯制，焊接钢管一般最长600cm，每组由2～3根组成，弯制时用油漆标上记号，以便现场安装。起拱线以上竖杆和弧形大横杆连接用直角扣件连接。纵横向扫地杆根据需要安设，为保证脚手架受力稳定，每层水平大横杆靠墙端必须顶到墙面，同时每层设剪力撑。

在立杆安设过程中注意接头应错开，一般同一水平截面接头率不大于50%，施工中采用300cm和600cm长钢管交错布置。立杆底部安设垫板，底部安设扫地杆。

脚手板用竹夹板，并在作业面下部安设安全网一道，脚手板设置在三根横向水平杆上，并在两端用8号铁丝捆扎固定。

附脚手架立面图。

（二）穹顶模板

穹顶模板施工前，必须对穹顶脚手架高度进行认真检查，并对照已检算的脚手架施工方案检查各杆件的安设情况，确认无误后开始穹顶模板安设。

施工中首先在钢管搭设的伞状平台上，用50*100mm方木将相邻弧形大横杆连接，作为模板的支撑点，方木以弧形大横杆间用8号铁丝捆扎，方木长300cm～600mm，围绕平台中心环向铺设，环向间距40cm。最终在伞状平台上形成一个50cm厚的方木支撑平台。方木支撑平台完成后，按照由下至上的顺序铺设模板，模板采用244cm*124cm*10cm竹胶板，为增加模板的倒用次数，提高模板利用率，采取整块铺设方法，模板短边朝穹顶径向方向，沿环向逐层铺设，收口处根据实际尺寸现场下料，用铁钉将模板固定在方木上，局部模板缝隙最后进行找补，板缝间用封口胶封堵后再用胶带封闭。如此用模板将脚手架搭设的伞状平台全部封闭。

加强肋梁为半圆形，其模板为两条方木，方木安装待所有钢丝网及钢筋网施工完毕后进行。整个穹顶模板施工中模板及方木的选材至关重要，其模板和方木的强度不能追求过高，否则弧形无法控制，以满足施工荷载需要选用。附穹顶结构尺寸图。

（三）穹顶钢丝网及钢筋网

首层钢丝网铺设，按径向方面逐条铺设，钢丝网搭接5～10cm。对钢丝网起拱较大处，采用剪断搭接或斜向铺设措施进行处理。第一层钢丝网铺设完毕后，绑扎顶部内环梁钢筋和预留洞口钢筋，接着进行钢筋网绑扎，钢筋网绑扎过程中，采用局部切口的方式安装混凝土垫块，垫块厚度1.5cm～3cm，100cm*100cm梅花型布置，随后用12号铁丝将底层钢丝网反吊在钢筋网上，避免底层钢丝网贴住模板，引起保护层不足。接下来铺设面层钢丝网，然后进行加强肋梁钢筋绑扎及加强肋梁钢丝网包裹。

钢筋网安装时采用长条钢筋，经纬向布置钢筋，即沿穹顶球面先布置经向钢筋，最后布置纬向钢筋。绑扎加强肋梁主筋时，为保证主筋的顺直，设置Φ10的三角箍筋来稳固骨架，且箍筋和钢筋网有效连接，箍筋间距30cm。附穹顶加强肋梁尺寸图。

（四）风送混凝土

根据现场情况和穹顶尺寸，普通C30混凝土施工上料及混凝土施工均存在困难，首先C30商品混凝土施工中，为保证混凝土运输，混凝土塌落度应大于12cm，穹顶为一球面结构，混凝土流动性给施工带来极大困难，如采用双层模板，6cm～12cm的混凝土厚度振捣非常困难，难免出现空洞和大面积麻面，影响混凝土质量。同时双层模板施工，对模板的尺寸控制、加固均有很大的施工难度。鉴于风送混凝土是将拌合料通过高压风通过特殊管道将拌合料输送到指定作业面上的工作原理，在不改变混凝土强度的基础上，采取风送混凝土施工方式进行混凝土施工。该方法根据施工工艺及机械的不同，可以将干拌的混凝土料或已拌制的成品混凝土输送到作业面，有效避免了人工倒料，大大的提高了施工功效。

配置2台PZ-7D-2干湿两用喷浆机，20m3移动式内燃空压机，小型平板振动器，混凝土作业人员4人，上料人员16人，振捣人员4人，收面人员8人，空压机司机2人。

混凝土湿式喷射机参数见表一：混凝土湿式喷射机参数表

表一：混凝土湿式喷射机参数表

风送混凝土配合比选定时，注意每立方水泥用量不小于450kg但也不应大于480kg，因水泥用量过大容易导致混凝土硬化过程中收缩过大，致使裂纹。碎石粒径8～10mm，砂子采用河砂，注意控制砂、石的粉尘含量。施工中根据现场实测塌落度，确定用水量。采用强制式拌和机拌料，控制好称量偏差，每盘料拌合时间不小于3分钟，拌合机内加水量根据砂子含水率及配合比控制。

因穹顶结构为一多向受力体系，为避免偏压引起变形，混凝土施工应对称进行，以从下至上，分片进行的原则，即浇筑顺序以各加强肋梁为分解，每两条为一组对称由下至上浇筑。风送混凝土风压要求比喷射混凝土低，控制在0.1MP以内，以不堵塞输送管为宜。

混凝土厚度采用插签法控制，即收面人员携带一根20cm钢筋，收面时进行插签测量，不足处进行补充。施工中如出现2小时以上的暂停，需进行施工缝处理，施工缝采用涂刷界面剂的方法处理，即恢复施工前将接茬面用高压风吹净，高压水冲洗后涂抹纯水泥浆。

风送混凝土送至工作面后，振捣人员手持小型平板振动器进行振捣，收面人员用抹子进行揉面，加强肋梁因其结构形状为半圆形，加工弧形抹子进行收面。

五、方案优化后的实施效果

目前已完成全部15个穹顶的薄壳混凝土施工，混凝土强度、结构尺寸均合格。施工中单个罐室施工时间从脚手架开始搭设到脚手架拆除为19.6天，具体为脚手架搭设3天，模板安装2天，钢丝网及钢筋网安装2天，混凝土施工0.6天，混凝土养护7天，拆模2天，脚手架拆除3天。施工中采用弧形大横杆大大的节约了模板支撑材料，同时提高功效，采用风送混凝土节约了大量人工，同时增加了施工速度，取得了较好的经济效益。

六、几点体会

（一）因工程为罐室群，不是个别罐室，穹顶模板施工中如采用根据穹顶球形，模板提前编号下料，因穹顶模板工程数量较大，无形中增加了施工管理难度。同时模板利用率是施工中必须考虑的问题，施工中我们往往只关注穹顶的球形特征，往往忽略球体是由点、线、面构成，其实市场上购买的标准模板尺寸在施工中不需要任何处理就可以进行整块安装，局部缺口只需现场下料镶补，完全能满足施工需要。

（二）模板倒用2~3次后，一部分模板因拆模时不可避免的损坏，可将其留作找补模板，对于因固定模板时遗留的钉子孔洞，清理模板时采用木工胶补实，能大幅度的提高模板的利用率。

（三）钢丝网及钢筋网施工因其设计参数限制，底面保护层往往成为施工控制的难点，垫块的安设成为施工中必须考虑和重视的问题。施工中先在一般底层钢丝网安设时就按尺寸将垫块安设在钢丝网上的做法，首先是功效较低，其次钢筋网安设中不可避免的要损坏垫块，影响质量。解决办法为首层钢丝网直接平铺，待安设钢筋网时，人工用钢绞钳在设计位置破口安放垫块，垫块和钢筋网直接进行绑扎连接，然后将低层钢丝网用铁丝反掉在钢筋网上。混凝土施工中，收面人员还需对垫块进行校正。

（四）设计中采用两层钢丝网，但在施工中因加强肋梁和内环梁的存在，特别是内环梁附近钢丝网达5层之多，对混凝土施工造成较大困难，鉴于钢丝网主要是防裂作用，低层钢丝网在混凝土施工中可不设置，拆模后增加抹面工序，采用自贴式纤维防裂网贴到混凝土面上，随后进行抹面，效果更佳。设计一般采用钢丝网尺寸为10*10mm，混凝土施工必须采用细石混凝土，然而即使是细石混凝土施工也十分困难，建议增加网格尺寸。

（五）风送混凝土施工采用湿喷工艺，功效相当的高，施工中应采取湿喷工艺，即将拌制好的成品混凝土通过湿喷机输送。这样可有效减少混凝土输送中因风压产生的回弹，同时还能改善作业环境。

（六）风送混凝土安全是十分突出的问题，因混凝土通过风压输送到作业面时有很大动能，穹顶作业面有限，同时要求振捣、收面人员在有限时间内完成工作，混凝土风送和其他作业不可避免的出现交叉，飞石伤人是施工中重点控制的安全问题，施工中要求作业人员头部均佩戴面罩，输送口严禁对人喷射。同时增加现场施工协调力度，将风送工作面，振捣工作面，收面工作面错开，以平行流水节拍进行施工。

参考文献：

[1]JGJ/722-98.钢筋混凝土薄壳结构设计规范

[2]JGJ130-2001.建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范

[3]TB1018-2002.铁路隧道喷锚构筑法技术规范