工艺工法qc大跨度清水混凝土拱壳结构模板施工工法

'大跨度清水混凝土拱壳结构模板施工工法1、前言东西方古国很早就产生了拱结构，著名的建筑物有赵州桥、凯旋门、罗马万胜殿、巴黎圣母院、圣彼得大教堂等。大跨度的尖拱表达出了民族文化与建筑文化的力量，呈现出结构应有的力度美。大跨度拱壳结构支座会产生较大的水平推力，如果将拱壳结构设置在建筑物中部，合理利用两侧框架结构来抵抗其水平推力。大跨度拱壳结构充分应用了混凝土结构抗压性能良好的优势，具有很好的经济效益与广阔的应用前景。对大跨度清水混凝土拱壳结构模板采用一种安全科学、经济合理的施工方法是目前迫切需要解决一个问题。2工法特点拱壳结构具有以下特点：1）拱壳结构跨度大，尖拱高度大；2）拱壳结构的倾角较大，模板需要两边或多边支模；3）大跨度拱壳结构支座会产生较大的水平推力，模板承重架水平杆承受较大的荷载；4）曲面清水混凝土的成型要求高。本工法采用木模结合扣件式钢管架手架进行施工，具有以下特点：1）施工工艺成熟。木模板易做成弧度结构，能较好地处理好钉眼与拼缝问题；能很好地处理壳板上下两侧的模板连接及上侧模板的固定问题。2）施工快捷。木模无需事先定型加工，安装与拆除速度快；下部模板的拆除简单，拼装模板时无需塔吊配合。3）安全性高。木模自重小，施工快捷，模板吊装与拆除时更安全。4）施工成本低。木模较钢模等其它模板成本低，而且模板自重轻，因此承重架成本也低。图1：拱壳结构模架示意图3适用范围适用于高空大跨度清水混凝土拱壳结构施工。4工艺原理采用木模板结合扣件式钢管脚手架施工，根据结构弧度与清水混凝土的要求，将模板制作成弧度结构，拱壳结构模架施工情况如图1所示。根据拱壳结构倾角大小，对壳板下部结构采用两边支模，接近拱顶部分的壳板采用单边支模，对双曲梁进行多边制模。―7― 通过模板的合理分块，直接将方木与面层模板弯曲成型并进行固定。通过定位钢管与水平双钢管进行首次调节，通过方木与面板进行二次调节，确保面板空间安装位置的准确。采取高密度海绵条与模板腻子确保模板拼缝质量。打入木榛处理好施工缝处模板的拼缝质量，并采用胶水将缝隙封闭，确保新老混凝土的搭接质量。5施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程测量放线→搭设模板承重架→安装定位钢管与水平双钢管→方木与面板加工→安装方木、铺设面板并固定→拼缝处高密度海绵条→铺设邻边面板并固定→修整海绵条→拼缝处刷模板漆（贴脐带纸）→板缝处理、表面刷模板漆→画对穿孔螺栓底线→开对穿螺栓孔→孔眼部位刷模板漆→质量检查→钢筋绑扎→上表面模板安装与开孔→螺杆安装并固定。5.2测量放线图2：地面测量放线投影点由于拱壳结构净空高，因此通过平面轴线、竖向高程控制，将标高与轴线投测到上部模板施工部位。对曲面梁，首先在地面测放出水平投影线（各投影点的间距是500mm），然后根据水平投影线和高度投放到上部，梁底的定位钢管进行初步定位，然后在定位钢管上架设受力水平双钢管，进行二次定位，接着在受力钢管上铺设方木进行再一次调整，最后铺设面板。图2为地面测量放线的投影点。5.3搭设模板承重架图3：壳板结构承重架剖面图拱结构承重架搭设高度超高，壳板结构为单曲面结构，梁为双曲面结构，支模架搭设高度不一致。根据工程实际情况，采用满堂扣件式钢管脚手架，工艺成熟，灵活性强。架体采用48×3.5钢管和扣件，模板面板采用18mm厚的覆膜九夹板，方木采用50*80方料。承重架架体搭设到位后，安装定位钢管与水平双钢管，搭设的方法如图1所示。图3为银川车站改造工程清水混凝土壳板的承重架剖面图。5.4方木与面板加工5.4.1方木加工模板骨架在保证平整度、强度、刚度、稳定性等方面提供了有力保障。模板龙骨采用50*80方木，高度方向为50mm。在方木使用前进行尺寸检测，对不符合要求的方木不予使用。正式施工前先进行试样施工，试样一侧方木垂直于屋脊线布置，另一侧方木平行于屋脊线布置，两种方法安装的弧形弯曲情况都比较理想，通过比较，方木平行于屋脊线布置对模板施工更加有利。―7― 5.4.2面板加工图4：壳板模板拼装图为保证清水混凝土的饰面特征，面板要平整、无破损、无空隙、扭曲，边口整洁，厚度、形状等符合要求。在弧长方向设置的面板块数应与混凝土的浇捣高度密切配合。切割刀片采用80齿以上的新刀片。从面板的正面进行切割，切割时保持平稳，速度不易过快，确保面板正面不崩边。在九夹板上新分割或开孔的地方都要进行封边处理，以防止水的渗入而影响面板的平整度。5.5薄壳模板安装方木龙骨垂直于屋脊方向布置，钢管横楞平行于屋脊方向布置，直接将方木与面板弯曲成型并进行固定。在施工缝处，先采用木榛打入施工缝背部的方木与钢管之间，将模板与老混凝土进一步贴紧，再采用胶水将缝隙封闭，防止新混凝土浇筑时浆液从缝隙溢出，确保新老混凝土的搭接质量。螺栓孔的间距：弧度方向为600mm，水平方向也为600mm。壳板模板拼装大样如图4所示。图5：模板拼缝节点图根据模板施工放线情况，先适当调整方木，然后将准备好的模板安装到位，接着调整模板的平整度及拼缝，再进行固定。模板安装时根据模板编号布置安装相应的清水混凝土模板。为保证混凝土成型质量,板面随时用干净棉丝擦抹干净地。5.6铺设海绵条图6：装饰线模板节点面板拼缝之间铺设厚度1mm的高密度通长海绵条，铺设均匀，在铺设邻边面板后修整海绵条高度，然后在用模板腻子修整拼缝缝隙，最后在拼缝处刷模板漆，涂刷宽度控制在5cm，为模板拼缝节点如图5所示。垂直于屋脊布置的装饰凹槽线采用断面为梯形的实木线条制作，等腰梯形的上边为30mm，下边为50mm，高为25mm。实木线条与面板固定时在接触面的两边铺设厚度1mm的高密度海绵条。通过铁钉将实木线条固定在面板上，铁钉间距150mm。清水混凝土装饰凹槽线的制作节点如图6所示。5.7开设穿墙孔与振捣孔穿墙孔开设时应垂直于面板，并且从上往下开设，确保孔口平整无爆边。套对穿螺栓时，必须调整好位置后轻轻入位，保证每个孔位都加塑料垫圈，避免螺纹损伤穿墙孔眼。模板紧固之前，应保证面板对齐，严禁在面板校正前固定对穿螺栓。浇筑过程中，严禁振捣棒与面板、对穿螺栓接触。为确保壳板混凝土的有效震捣，在上表面模板上开500*500的震捣口，在弧度（高度）方向的―7― 1.6m、3.2m处设置两排，每排的水平间距是2.4m。相应部分的混凝土震捣完毕后采用600*600的面板进行封闭（注：拱壳上表面需要装饰）。图7：双曲梁支模图5.8双曲梁模板安装双曲梁模板采用四面支模的方法，四边设置钢管进行定位与固定，并采用方木与九夹板进行支模。施工时先支设底模与一边侧模，完成钢筋绑扎后再施工另一边侧模与顶板，最后进行加固。双曲梁支模如图7所示。5.9钢筋加工安装钢筋加工时应考虑其迭放位置和穿插顺序，根据钢筋的占位避让关系确定加工尺寸。考虑钢筋接头形式、接头位置、搭接长度、锚固长度对钢筋绑扎的影响，通长钢筋应考虑端头弯钩方向控制，以保证钢筋总长度、钢筋位置准确和保护层厚度符合要求，确保钢筋在模板中的定位准确。保护层垫块采用混凝土或塑料垫块，塑料卡环垫块呈梅花型放置，颜色应与清水混凝土的颜色接近。5.10清水混凝土施工清水混凝土不能剔凿，各种预埋件必须一次到位，在清水混凝土浇筑前对预埋件的数量、部位、固定情况进行仔细检查，确认无误后方可进行混凝土浇筑。砼浇筑时，要经常观察模板、支架、钢筋的情况，当发现有变形、移位时，应立即停止浇筑，并在浇筑的砼初凝前修整完毕。混凝土振捣点应从中间开始向边缘分布，且布点均匀、层层搭扣，振捣棒应做到“快插慢拔”，并宜将振捣棒上下略微抽动，使混凝土中的气泡充分上浮消散，使混凝土振动均匀、密实。自初凝之前就对混凝土开始养护，并且保证相同的成熟度，避免由此产生成品混凝土表面色差。待拆模后，在混凝土表面再洒一道水，用塑料薄膜包裹，边角接茬部位要严密并压实，养护时间不少于14天。混凝土表面严禁使用草帘或草袋覆盖，以免造成永久黄颜色污染。5.11模板拆除图8：银川车站改造工程拱壳结构拆除模板与承重架时，至上而下拆除。第一步先松开扣件或顶托；第二步松开模板与外龙骨连接，拆除外龙骨，使模板与板底分离。如模板与板底粘结较牢时，用撬棍轻轻敲打模板框架使之与墙体分离，严禁使用撬棍撬动模板破坏清水混凝土，最后将脱离混凝土面的模板吊至地面。图8为银川车站改造工程站房拱壳结构拆模过程中的情况。―7― 6材料与设备6.1材料48×3.5钢管、扣件、对拉螺栓、九夹板、方木、实木线条、高密度海绵条、模板漆、铁钉、宽胶带纸、砂纸等。6.2设备切割机、切割刀片、塔吊、混凝土泵车、振捣棒、锤子、水准仪、经纬仪等。7质量控制对进场模板需进行质量检查，检查范围包括：1、色泽需一致，不脱色掉色；2、无纹理；3、尺寸偏差保证在10mm内。模板面板在对接时，为防止在浇筑混凝土时漏浆，在水平接缝处打胶，做50宽模板漆，并且在水平接缝处高密度海面条胶带。为保证墙面质量,板面应随时清灰,用干净棉丝擦抹并及时涂刷新的隔离剂。为保证结拱壳结构浇注尺寸，综合国内外有关规范标准，本工法模板安装偏差标准如表1所示：表1模板安装质量验收标准项目允许偏差（mm）检查方法轴线位置3经纬仪、尺量底模上表面标高±3尺量截面内部尺寸拱梁+3-5尺量薄壳+3-5拱壳侧面垂直全高≤5米5经纬仪、线坠全高＞5米7相邻两板表面高低差12m靠尺、塞尺表面水平平整度（2米长度上）32m靠尺、塞尺分格条（缝）直线度12m靠尺、塞尺8安全措施8.1模板要水平放置,确保模板稳定；材料吊装时一定要在设计的吊钩位置挂钢丝绳，起吊前一定要确保吊点的连接稳固；材料在吊装前和使用过程中应经常检查吊钩的连接装置,防止松动或脱落；吊装应“慢起轻放”，严禁使用单吊钩起吊。8.2机械设备统一管理，及时保养，工作状态良好，做到三级配电三级保护，一机一闸一保护，防护设施齐全。8.3雨季进行作业，重要做好防触电、防雷、防坍塌等工作。8.4防触电实行“三相五线制”电源线不准使用裸线和塑料线，不得沿地铺设。配电箱制式化―7― 并防雨，电器元件不应破损，严禁带电裸露，机电设备作接地或接零保护。机电设备和照明必须安装漏电保护器。实行二级保护。潮湿、管道、容器内的照明采用12V电压、电气操作人员应穿戴绝缘手套和穿绝缘鞋。8.5冬季施工时施工现场的交通要道、斜、脚手板、爬梯上的冰雪要及时清扫，并采取铺草垫等防滑措施。8.6夜间施工照明器具配备需齐全，现场应有足够的灯光。8.7施工现场的种种设施，“四口”防护，安全标志，警示牌、安全操作规程牌等位置，必须有充足的照明，确保夜间施工。9环保措施9.1编制施工环保措施计划，明确环保要求，健全环境保护体系，把环境保护工作作为一项重要施工管理内容，制定和落实环境保护措施，修建环保设施，处理好施工与环保的关系。9.2实行环保目标责任制。把环保指标以责任书形式层层分解到个人，列入施工合同和岗位责任制，建立环保自我监控体系。9.3严格控制在混凝土施工振捣的噪声，避免在夜间施工。严格控制人为噪音，进入施工现场不得高声喊叫，并尽量选用低噪音设备和工艺代替高噪音设备与工艺。9.4严格遵守《建筑施工场界噪声限值》的有关规定，施工前，首先向环保局申报并了解周围单位居民工作生活情况，施工作业严格限定在规定的时间内进行。9.5对周围单位、居民产生影响的施工工序，均安排在白天或规定时间进行，施工运输车辆慢速行驶，不鸣喇叭。施工照明灯的悬挂高度和方向合理设置，晚间不进行露天电焊作业，不影响居民夜间休息，减少或避免光污染。9.6定期打扫和喷洒工地道路及工地周边市政道路,确保离开工地的车辆上不能有泥土、碎片等类似物体带到公共道路上9.7结构外墙脚手架外侧满包细目绿网，防止杂物、灰尘外散，形成环境污染。9.8不断提高项目管理水平，加强项目管理人员的培训，由项目经理、施工管理员定期对员工进行环保施工教育、法律和法规知识教育及遵章守纪、提高职工的环保意识和法制观念。10效益分析10.1经济效益由于拱壳为曲面结构，钢模板必须加工成定型的弧形结构，通用性差，只能算一次摊销，加工成本昂贵，制作周期较长。清水混凝土适合采用全钢大模板，全钢大模板125KG／m2，按8000元/T制作成本，再加6000元/T的异形加工费和运输费等，计2000元/T，则全钢大模板为1000元/m2（不包括承重架）。木模拆模后还可以到其他部位或项目周转使用。木模板采用优质九夹板，每张按180元计算，―7― 即面板60.5元/m2，每平方米方木（东北松）用量为0.0203m3，按单价2200元/m3，即每平方米混凝土的方木单价为45元/m2。加上汽钉等其它费用，木模板每平方单位为120元/m2（不包括承重架）。因此木模的成本是钢模的12%，而且采用木模的承重架与采用钢模的承重加也低很多，经济效益非常明显。10.2其它效益钢模板自重大，承重架受到的荷载大，架体的搭设周期长。定型钢模重量大，必须采用塔吊配合进行安装调整，对塔吊的安装要求很高，施工周期长。拱壳下部的定型钢模无法采用塔吊进行拆除，在高空手工拆除难度大且不安全。如果壳板两侧均采用定型钢模，上部模板的固定与安装难度很大，如果上部模板采用木模，则木模与钢模采用对穿螺栓进行连接固定的工艺不配套。木模自重小，模板拼装时无需塔吊配合，模板安装速度快。拱壳下部模板采用手工拆除（与常规方法相同），安全性高。壳板上下两侧均采用木模，便于开设混凝土振捣口，工艺配套，施工技术成熟。因此采用本工法，在质量、技术、安全、成本、施工周期等各方面具有优势明显，经济和社会效益明显。11应用实例11.1银川车站改造工程位于宁夏银川市上海西路，车站站房为局部地下1层，地上2层。站房中部9轴~12轴的屋面采用现浇C40清水混凝土拱壳结构，与拱壳结构相联的两侧屋面均采用钢结构。图9：左边是室内效果图、右边两个为施工后的实际情况清水混凝土拱壳结构由3对连续的单曲面薄壳、6根拱梁和6根双曲面梁组成。单曲面壳板高度最高达到38m，双曲面梁高度达到29.85m，梁断面尺寸为1200×1100mm。单曲面壳板跨度达到27m，双曲面梁跨度达到35m。主壳弧度为31.787m，副壳弧度为22.667m。三个拱壳沿屋脊方向的长度达到68.05m，为超长结构，不设任何施工缝或后浇带。壳板上每隔3.5m设一条装饰凹槽线，装饰线条垂直于屋脊布置，凹槽宽50mm、深25mm。采用本工法施工后，清水混凝土质量效果良好，经济效益明显。室内效果图与施工完成后的情况如图9所示。―7―'