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本科毕业论文180m高矩形烟囱施工技术混凝土筒身及钢内筒施工专 业指导教师内 容 摘 要山西惠普焦业有限公司两根并联180m矩形混凝土烟囱，造型独特，四面收分，模板支设难度大，筒体混凝土和钢筋工程量大，质量要求高，内设两只重270000kg直径4.3m的自承重钢内筒，重量重，安装工艺要求高。本文介绍了矩形混凝土烟囱主体施工的重点、难点，确定了施工方案和施工程序，重点阐述了主要施工方法。同时本文介绍了钢内筒安装方案的确定，施工准备及进度安排，着重介绍了钢内筒分节组装逐节焊接提升安装技术的施工方法和技术措施。180m高矩形烟囱混凝土筒身及钢内筒的成功施工，为今后同类工程积累了施工经验。关键词：烟囱 钢内筒 分节组装 焊接 液压提升 吊点加强环 目 录 一、矩形烟囱混凝土结构施工- 1 -（一）工程概况- 1 -（二）工程重点、难点、特点- 1 -（三）施工方案的确定- 1 -（四）施工程序- 2 -1. 总程序- 2 -2. 标准段施工工艺流程- 2 -（五）主要施工方法- 2 -1. 滑升平台及支承杆的设置- 2 -2. 翻模施工- 3 -3. 钢筋工程- 4 -4. 混凝土工程- 4 -5. 平台滑升- 4 -6. 滑升中注意事项- 4 -7. 垂直控制与质量检测- 5 -8. 平台的拆除及其它措施- 5 -二、烟囱钢内筒安装施工- 5 -（一）工程概况- 5 -（二）安装方案的确定- 5 -（三）施工准备及进度安排- 6 -（四）主要施工方法及技术措施- 6 -1. 钢内筒组装焊接工艺流程- 6 -2. 钢内筒安装- 7 -3. 钢内筒液压提升吊装- 8 -4. 钢内筒组装焊接平台的设置- 9 -5. 吊点负何计算- 9 -6. 筒体晃动的控制- 10 -7. 筒体吊点加强环的设置- 10 -（五）千斤顶的使用和维护- 10 -（六）液压提升装置的安装及试验检测- 11 -（七）施工过程监测- 11 -三、结束语- 11 -参考文献- 12 - 180m高矩形烟囱施工技术 混凝土筒身及钢内筒施工一、矩形烟囱混凝土结构施工（一）工程概况由中美合资山西惠普焦业有限公司投资兴建的国内首座7.63m焦炉配套项目两根并联180m高的矩形烟囱，基础为预制桩基，承台是30×30mC30钢筋混凝土基础，底标高为-9.35 m，承台上口标高为-5.35m，烟囱筒身采用C35混凝土，底部矩形尺寸是20×12m，顶部尺寸是14.2×7.1m，壁厚根部为800 mm，顶部为350mm，中间加设剪力墙将筒身一分为二，内筒采用直径4.3m钢质焊接圆筒，内外筒间设保温、隔热、防腐、防火层，工程由韩国设计，太钢设计院深化设计，江苏中兴建设有限公司总承包，专业分包单位负责内衬施工。（二）工程重点、难点、特点1. 本工程具有造型独特。矩形双孔，内外四面收分，国内罕见，公司首次承建，模板支设难度大，施工电梯安全升降有一定难度。2. 筒体混凝土和钢筋工程量大。筒身混凝土为3600m3，钢筋1280吨。3. 施工工期短，筒身结构施工期为90天，2005年9月1日至2005年11月，正好进入太原冬季施工期。4. 质量要求高。混凝土结构必须达到表面清洁光滑，外观线条顺畅，烟囱中心垂直度偏差应在允许偏差值一半以内，即小于60mm。5. 工艺要求高。除结构施工外还必须为内筒、保温、隔热、防火、航标标志施工，留下相关的操作面及预埋件等。6. 施工场地窄小，安全防护要求高，工程位于厂区内原有建筑物及办公室之间，高空作业时安全防护尤为重要。（三）施工方案的确定根据本工程特点，结合我公司多年施工经验和项目实际情况，考核到土建施工后，烟囱内筒及保温的二次施工，同时考虑操作人员材料上下的安全，确定以下方案。1. 该烟囱施工过程按工艺要求分以下几个阶段，即30m以下阶段，30m至96m阶段，96m以上阶段。2. 30m以下采用普通钢管脚手做操作架，马道供人员及小件物品上下，塔吊作为主要垂直运输工具；液压滑升平台在30m处组装，供以上阶段使用，同时安装双笼人货两用电梯随液压滑升平台升高；液压滑升平台在75m处进行一次改装，以利安全运行；图1 钢模板96m以下采用泵送商品混凝土工艺进行混凝土的浇筑，96m以上因泵送困难，加之混凝土量减小，将改用小塌落度的普遍混凝土进行浇筑，直至烟囱顶。3. 模板采用定型制作，且具有收分功能的钢模板翻模工艺，内外模板采用直径14mm对拉螺栓，利用操作架或平台吊架进行定位，定型钢模板按底部尺寸配制三套，周转使用。定型钢模板由专业生产厂家生产,如图1。4. 钢筋工程由地面预先加工成型，竖向接头均采用直螺纹连接，接头按钢筋数量50%错开设置，由于筒壁钢筋量大，在操作平台上架设两个摇头扒杆，专门吊运钢筋。5. 采用激光铅垂仪及经纬仪内外控制筒体垂直度。6. 科学布置施工现场，如图2。图2 现场平面布置图（四）施工程序1. 总程序场地交接工程交接在基础上做控制标记搭设操作架清理钢筋及砼钢筋绑扎模板支设砼浇筑重复操作施工至20板标高30m滑升平台和电梯运行翻模施工至75m50板滑升平台改装后继续至96m64板改为普通砼封顶并拆除模板和平台2. 标准段施工工艺流程钢筋加工钢筋安装铁件预埋模板安装轴线校对混凝土浇灌模板拆除混凝土养护操作平台滑升（五）主要施工方法1. 滑升平台及支承杆的设置根据本烟囱计算及构造要求，滑升操作平台采用40个6吨穿心千斤顶。千斤顶穿心杆支承杆为48×3.5钢管。支承杆接长既要保证上下中心重合在一条直线上，以便千斤顶顺利通过，又要保证接长处具有相当的支承垂直荷载能力和抗弯能力，在接长时，上下钢管采用内套管及销钉连接，接头按50%接头区间隔设置，支承杆安装的坡度用靠尺检查，并与烟囱坡度一致，支承杆埋入混凝土中替代钢筋用量，不再拔出。操作平台主梁均为两根16号槽钢，槽钢背靠背设置，中间间隙为90mm，上下梁交叉处用16螺栓连接，梁与梁之间的间距一般控制在15001800，平台上除筒壁处满铺脚手板外，周围设防护栏杆和安全网，施工时随烟囱缩小调整平台操作面积。见图3。图3 施工平台平面示意图2. 翻模施工筒身翻模自±0.00至30m处，共20板，模板经专门设计，用600×1500定型钢模板，围楞用50×100木方，内外侧设两道14间距600穿墙螺栓加固，筒壁内侧搭满堂脚手架，外侧搭普遍脚手架及马道。第一板施工前应视基础混凝土浇筑情况，对混凝土浇筑高度不一致处须采用木模补齐，并满足定型钢模竖向支模模数，施工到倒数第二板，即第19板，标高27m以上时，必须在浇筑混凝土前，按滑升平台要求，在平台支承杆位置预埋支承杆，并采取可靠措施对支承杆位置进行固定，保证浇筑混凝土过程中支承杆不移位。翻板施工模具为定型钢模，模板带穿墙螺栓孔，支模时，模板下部与下层模板用螺丝或回型销连接，模板上口通过固定在平台上的法兰螺丝来调整。平台提升前须待混凝土达到初凝以后拆除模板固定架上的法兰螺丝。施工平台每次提升高度为1500。为控制平台的平整度，在千斤顶爬杆上每500测一次水平，用限位长控制千斤顶标高，分三次提升到位。平台在提升过程中，为保证平台的稳定性，筒壁水平筋随时与48支撑焊牢。见图4。图4 翻板施工示意图3. 钢筋工程烟囱筒身的钢筋绑扎作业必须选择技术熟练及责任心较强的工人操作。竖筋采用直螺纹套筒连接，水平筋采用绑扎搭接连接。竖筋44.5m长度，水平筋不宜大于9m。水平筋及竖向筋采用固定钢筋支撑架绑扎，保证水平、垂直、斜度、距离及保护层厚度。钢筋用摇头扒杆运输，随吊随用，均匀堆放在操作平台上，施工中随时做好避雷接地焊接，预埋件埋设工作。4. 混凝土工程筒身混凝土设计强度等级为C35，考虑9月份11月份太原地区气温较低，为保证三套模板翻模速度和工程进度，经设计同意，将C35改为C50，采用525#水泥，水泥用量在480kg以内，同时在混凝土内掺入高效减水早强剂，坍落度满足施工艺和天气要求，混凝土初凝时间不少于2小时，终凝不大于5小时，810小时混凝土强度控制在0.610Mpa，满足平台滑升的工艺要求，便于提前拆模。96m以下采用泵送商品混凝土浇筑，96m以上现场搅拌混凝土，采用特制的施工电梯料斗运至爬升平台后，通过溜槽入模，对于运输过程出现的离析混凝土作废弃处理，每次浇筑面均低于模板上口30mm以内，同时在最下节模板底用海棉条封底，防止漏浆污染已浇筒壁。5. 平台滑升平台滑升分为初滑，正常滑和未升三个阶段，滑升时间每分钟2030mm，一次滑升2h以内。初滑阶段：注意观察滑升设备平台及新浇混凝土的状态，以保证平台安全。正常滑升阶段：在确认各设备、各部件工作状态适宜正常滑升后，进行正常速度滑升，每滑升300mm高度暂停一下，检查平台平整及垂直度、斜度。每次滑升为一个翻板，即1.5m高度。未升阶段：滑升至预计标高或因意外需要中途停滑时，必须放慢滑升速度，同时对平台水平度、平台中心、方向等进行校对，做适当调整使平台处于合理状态。6. 滑升中注意事项每次滑升高度不大于300mm，新浇混凝土控制在0.450.75Mpa之间，提升过程中同时进行纠偏工作，保持支承杆受力均匀，平台水平，荷载均匀布置。当遇到风力较大时，应收缩平台宽度，减少风载面积，当中心偏差时，应局部微调爬升千斤顶高或行程，靠平台水平推力，调到中心位置。当发现平台扭转时，应调整混凝土浇筑方向。滑动模板对称安装，均匀收模，同时合理布置支撑杆剪刀撑体系。7. 垂直控制与质量检测在烟囱中心筒座底部周围，设观察井，深度-5.35m，砖墙围护，在标高-2.8m处设顶板，层净高2.8m，其内安装测量设备，激光铅垂仪。烟囱中心偏差用激光铅垂仪检测，并安装于观察井内，操作平台中心设置激光接收靶，接收激光信号，以检测中心偏移。每提升一次检测一次。操作平台扭转偏差用经纬仪检测，经纬仪设在筒身外200m，固定点，观测平台上的观测标点与筒身上的固定点扭转距离，由平台人员画出弧线长度，每板测一次。筒身高度用水平仪和钢尺检侧，实行一天一抄平，一米刻一记，十米一标记，五十米一投检。筒身沉降观察每增加15m检测一次。钢筋混凝土工程按常规方法跟班检查，每板隐蔽验收一次，筒身混凝土按每板1.5m取一组试块。8. 平台的拆除及其它措施平台拆除分两步，一是筒身结构到顶后，拆除滑升平台的部分构件；二是在内衬施工结束，视其它工种配合要求拆除滑升平台的剩余部分及拆除平台全部构件。安全防护30m以内满堂脚手架，外脚手架张安全网和设竹笆防护，30m以上随爬升平台，四周吊架设竹笆和安全网防护，高灭火器、避雷接地防护。二、烟囱钢内筒安装施工（一）工程概况2根并联180m高矩形钢筋混凝土烟囱底部外尺寸为20×12m，顶部尺寸为14.2m×7.1m，烟囱中设剪力墙分隔。外壁总高度176 m，内有7层钢平台（标高分别为0.25m、42m、76m、116m、156m、170.5m、174.4m），内设4.3m的自承重结构钢内筒，中心对称,东西向布置，高度180m，其中钢内筒底座5m深，每只钢内筒重270000kg，两只钢内筒中心间距7m，内外筒之间设环型钢梯从底部到顶。钢内筒顶端7m材料采用不锈钢板316L厚度为8mm，其余筒节材料采用Q235B钢板厚度分别为50mm、20mm、17mm、15mm、12mm、10mm、9mm、8mm、7mm等9种规格。其中钢内筒底座50mm厚，顶端钛复合筒节与下部碳钢筒节采用法兰连接。钢内筒和钢烟道保温层由岩棉、彩钢板、绝缘钉、不锈钢栓钉组成。电气专业的主要施工内容是：4根避雷针和64只航标灯。合同施工总工期为100天。现场钢筋砼外筒已完成，施工外用电梯及176m烟囱上口平台井架、吊杆尚未拆除。钢内筒及钢楼梯平台，设备埋件已由业主委托专业生产厂家按图纸及总体专项方案要求加工成形。（二）安装方案的确定在总结国内外类似工程安装经验的基础上，结合现场条件、设计图纸、冬季施工及工期要求，提出利用土建施工电梯及烟囱上口井架吊杆平台作为运输钢内筒临时施工设备材料的机具；另设两台10T卷扬机滑轮组设备，吊运组装烟囱上口临时钢构架及液压千斤顶装置，安装地面以下钢内筒底座，并吊装第一节钢内筒；利用烟囱176m平台及钢吊梁安装液压穿心千斤顶设备，逐节组焊提升钢内筒；烟囱地面设轨道跑车运送钢内筒到吊装点；专业公司与设计院按此方案进行深化图设计和施工工况分析；生产厂家分节加工，按指定时间运送钢内筒到现场，证保质量、安全、工期达到规定的要求。（三）施工准备及进度安排1. 本工程项目部由专业公司主管生产技术、材料设备、质量安全人员组成，选派经验丰富、责任心强、体格良好的项目经理。特殊作业人员持证上岗作业。2. 现场按一套液压提升设备分两次提升两只钢内筒，计划施工工期控制在90天内。3. 在设备进场施工准备期间，将施工用的工装、吊装钢构架等材料准备好。4. 在混凝土外筒施工的同时在钢结构加工厂预制钢内筒，在外筒混凝土施工结束时，完成钢筒体的制作和厂内试组装任务。5.在混凝土外筒施工电梯井架卷扬机拆除前，利用烟囱上口土建井架吊杆及卷扬机先把吊装梁安装好；在176m烟囱口用I32、25及L100等材料制成5m高的吊装框架，在安装千斤顶及梁的同时将174.4m平台安装好。考虑天气原因，施工时正处于严寒季节，千斤顶位于烟囱最上部，温度很低，故在吊装框架里搭设临时工棚。6. 安装吊装梁平台，安装千斤顶，安装174.4m平台。在安装平台时调试千斤顶。同时将筒节运输用的轨道和平板运输车制作好。7. 用吊车、卷扬机、手拉葫芦安装地面以下50mm厚筒体底座，同时穿钢绞线。地面以下筒体安装完成后，在标高0.25m用25及L100做成封闭平台，并留有筒内焊接防护用的上人孔洞及爬梯，将运输车和轨道安装到位。内外筒之间及钢内筒中低压照明，通风。8. 筒体提升。在组装筒体的同时，用脚手架搭设临时施工平台，用于筒体的外保温。9. 在钢内筒提升安装结束后，拆除液压提升设备，再利用卷扬机和烟囱上口钢架，由上而下吊运安装钢平台、由下而上安装钢爬梯，最后安装航标灯及避雷设施，拆除烟囱上口临时支架及设备。10. 具体进度安装为：先施工钢内筒底座，烟囱上口梁吊装，卷扬机活动平台，液压提升装置安装。后分节组装，逐节焊接液压提升东边的钢内筒及接地系统，再分节组装焊接提升西边的钢内筒，最后拆除液压提升设备，安装内外筒之间的钢楼梯平台及烟囱航空灯设备。（四）主要施工方法及技术措施1. 钢内筒组装焊接工艺流程组装焊接检测基层接口防腐基层接口保温验收校正基层焊接采用手工电弧焊，坡口角度按图纸焊口检测采用探伤，检测比例按规范进行焊缝温度降至常温，进行焊口防腐焊口防腐油漆干透后，进行焊口处保温钢内筒现场分节组装水平环缝对接坡口如图5所示，不同厚度板材对接坡口如图6所示。图5 对接坡口 图6 不同厚度板材对接坡口2. 钢内筒安装钢内筒吊装采用的方法是：4个千斤顶放置在176m的平台上，地下筒体底座及第一节筒体采用卷扬机及葫芦安装，在安装第二节筒体时焊接吊装环梁，将钢绞线上面穿入千斤顶内，下面穿放吊装梁内，用锚爪固定。每只千斤顶穿12根钢绞线，然后千斤顶自动循环提升（每个行程200mm），将筒体提升至4m（约需40分钟），用运输车将另一节筒体运至筒体下面，组装焊接上下节筒体，再用千斤顶提升筒体。重复以上工序直至筒体180m。千斤顶上升下降如图7、图8所示。提升同步控制如图9所示。本工程液压提升行程调整，油泵压力调整均由计算机控制系统来完成，并用自动记录仪进行记录和警示，使整个液压设备带负荷提升、下降，安全可靠。图7 上升流程图图8 下降流程图图9 提升同步控制方框图3. 钢内筒液压提升吊装将筒节吊装进平板输送车靠模内，送入烟囱底部钢内筒定位中心，利用基层平板下的千斤顶向上顶升筒节，与液压提升装置带负荷升降的上部筒体进行对口调整，点焊固定校正合格先焊内环缝，再清根焊接外环缝，直至达到组装焊接要求为止待水平焊缝冷却后，利用首层5m高脚手架对该筒进行防腐和保温液压提升装置提升到一下吊装节（4m）以上5cm左右重复以上过程待吊装至45个吊装筒节后，调整内筒伸出烟囱标高锁定液压提升装置钢内筒护板建筑灌浆，护脚混凝土强度达到后，液压装置拆除进行下道工序施工。如图10、图11、图12所示。 第二只钢内筒吊装重复第一只钢内筒吊装程序。图10 钢内筒组装示意图 图11 钢内筒提升架示意图1、提升钢绞线；2锚固吊耳；3、上段筒体；4、中心轴线；5、下段筒体；6、筒体固定座；7、板车平台板；8、支撑柱；9、千斤顶；10车档；11、轨道。图12 钢内筒吊装示意图4. 钢内筒组装焊接平台的设置钢内筒筒节高度为4m，钢内筒组装焊接操作时必须搭设操作平台，筒体进出通道搭设可移动操作平台，钢内筒组装焊完成后移开，钢内筒就位时操作平台同步就位。5. 吊点负何计算当提升最后一段内筒时，重量最大，此时钢内筒重约250吨，每点平均负荷63吨；单个千斤顶设备1.2吨，钢绞线重4吨，附件1.6吨；钢绞线载荷不均匀系数1.25；单点最大计算载荷63×1.25+1.2+4+1.6=85.6吨。集中载荷作用在大梁上，大梁在176m的外筒壁上。6. 筒体晃动的控制当内筒吊装过程中出现筒体晃动，可在靠近筒体顶端的一层平台上拉四根钢丝绳，分别从四面将内筒筒体与外筒混凝土固定拉紧；下方在保温平台位置架设临时止晃支撑，以防止筒体的晃动，影响底部组装。7. 筒体吊点加强环的设置在自承重结构钢内筒施工中，液压提升是建设部推广的10项新技术之一，为了尽量减少筒体在吊装过程中的变形，设计合理的加强环成为施工过程中的重点工作之一。本工程按照钢内筒安装总体方案，承包方与设计院一起对设计图纸进行二次深化设计，采用钢结构设计模块，对钢内筒分节组装焊接、液压提升及起吊点加强环进行多种工况分析。绘制加强环结构图、总体变形图、加强环应力云图、应力集中应力图、吊点受力偏载时总体变形图、钢内筒总体应力云图等，通过综合分析，在考虑多种工况和可能出现的不利情况下，钢内筒施工中合理设计的加强环，在刚度和强度上都可以保证施工的安全可行，本工程在第二节钢内筒外侧焊接环形吊装梁。吊耳可以承受整个钢内筒的重量。环形吊装梁材质为Q235B，吊耳部分为Q345B。拼接焊缝错开大于200mm，确保安全可靠。钢内筒总体应力图，如图13。加强环应力云图，如图14。 图13 钢内筒总体应力云图 图14 加强环应力云图（五）千斤顶的使用和维护单组提升装置的主要组成包括：1台液压千斤顶、1台液压泵（含电气）、高压胶管6根、14芯控制电缆2根、上下锚头2对、钢索、卡爪48副等。卡爪是该装置的关键承力部件，使用寿命为：在100KN载荷的重复作用下，允许使用次数为600次，如小于100KN时，使用次数可增加。安装卡爪时，要特别注意每个卡爪的三个导向螺钉的牢固性，拧紧后螺钉伸出的高度应一致，即12个卡爪的螺钉安装高度保持在同一水平面上。卡爪用于上下锚头和上下卡座的规格不同，严禁混用。钢绞线的规格为15.24，公称截面积为138.61mm2，破断力为267KN。不允许通过滑轮导向或在任何弯曲的状态下受力。每根钢索在100KN的额定下，一次通过上下卡座为一次计，可以使用600次，如小于100KN，在检查表面无咬伤和松股的缺陷情况下可继续使用，使用次数视实际情况而定。钢索的安全系数为3。单点最大载荷为86吨，按12根钢索平均分配，每一根钢索承载86/12=7.2吨，钢索的安全系数为3，7.2×3=21.6吨，破断力为267KN，因此此规格钢索可安全吊装内筒。钢索安装时，应一次性穿完，分两次预紧。吊装时每根钢索必须承载0.25吨才能将钢索拉直，当有效工作绳数为12根，3吨重力可以将钢索可以拉直。钢索的破断力为267KN，满足吊装至平台。钢索不允许露天放置，必须做好防雨防潮措施，防止占上污物泥土，穿前做好清洁工作。千斤顶与钢索竖立安装使用，允许误差为±0.5°。电气控制台液压泵站和电控柜必须有防雨防尘防潮等措施，泵站和电控柜壳体必须有可靠的接地保护。提升装置的承载机构具有自锁性能，如施工吊装时电源中断，或与其他特殊情况无法继续工作时，该装置可以承载悬停，但重物必须拉防风绳固定，悬停时间要尽可能短，否则有损卡爪寿命。（六）液压提升装置的安装及试验检测将千斤顶放置在承重梁上，注意千斤顶的钢绞线方向要与承重梁一致。用螺栓或临时焊接压板将千斤顶固定在梁上。安装钢索导向架。将液压泵站及控制系统放置在平台上合适的位置。本系统采用泵站供千斤顶及计算机调试控制的形式，即每套装置由一台泵站向一个液压缸提供所需的压力油。各橡胶软管连接时，快换接头处必须用煤油清洗干净，以免将灰尘、杂质带入系统，影响正常工作。各泵站要求安放平稳，不得倾斜，工作时不允许发生剧烈振动。工作场地不允许有尖锐物，严防划伤橡胶软管。使用前，必须进行空载试验、负载试验、应急试验。（七）施工过程监测1. 烟囱基础沉降观测、支承平台变形观测、节点检查、内筒及吊装梁检查。必须定时观测，并作好记录。如发现异常情况，如连接件、焊缝是否出现变形和裂纹，吊点附近筒壁变形异常，应立即停止施工，采取补救措施。当到最后十节左右时，必须增加检查次数，发现异常情况立即采取临时安全措施，分析原因，确认排除隐患后方可继续提升。2. 液压提升装置运行监测：运行操作人员负责液压提升装置运行的日常监测，主要按GYT-400型钢索式液压提升装置组装、使用与维护说明书进行。关注重点：卡爪滑脱失效的征兆；仔细检查卡爪的工作情况，如发现卡爪与钢绞线的咬合面磨损严重或断裂，必须及时停机更换；检查每个卡爪的三个导向螺钉的牢固性，拧紧后螺钉伸出的高度应一致。