高大曲面墙信息化施工工法.doc

高大曲面墙信息化施工工法1 江苏省华建建设股份有限公司； 2 江苏扬建集团有限公司高家驯1 高学伸1 王吉骞1 张迎春2 王勇11. 前言随着我国经济实力的增强，人们对于公共建筑造型、空间提出了越来越高的要求。建筑结构理论的不断发展和大型工程实践的积累，使混凝土结构型式由平面规则、空间平直向空间异形、造型美观、高净空发展。对于空间异形结构，选用合理、安全的模板支撑设计方式和先进的施工工艺是保证结构质量的关键。曲面墙具有造型美观、空间线性流畅、与上部屋面结构连接受力性能良好的特点。既要保障曲面墙线性光滑，又要确保节点精度，满足与上层屋面结构的准确连接，对施工单位提出了很大的挑战。江苏省华建建设股份有限公司与江苏扬建集团有限公司在高大曲面墙施工中，通过聘请专家论证，组织施工技术攻关，形成并逐渐完善了一套高大曲面墙信息化施工工法。江苏省华建建设股份有限公司与江苏扬建集团有限公司采用高大曲面墙施工工法的项目有：海南省文化艺术中心工程，获2008年度“海南省优质结构工程”、“海南省安全文明工地”； 海南奥林匹克花园8#、9#综合楼工程，获得2006年度“全国用户满意工程”和2005年度“海南省优质样板工程”；扬州市“双博馆”工程，获得江苏省“扬子杯”优质工程和“江苏省安全文明工地”。2. 工法特点1 通过计算机软件建立曲面墙墙面立体模型，并在模型中定出控制点，施工中采用自制弧形定位钢管及组合弧形模板，确保曲面墙墙体的精确度；2 预弯粗直径竖向钢筋，避免钢筋工程施工时产生附加应力，保证施工过程的安全性；3 模板工程施工中采取有效的接缝密封措施，减少混凝土浆液的外渗，能很好的保护现场环境；4 在每一段施工过程中，对控制点的参数进行监测、数据采集，及时分析数据判断施工精度和安全性，并作出对应的响应措施，实时修正施工参数，实现动态信息化施工。5 采用“高大曲面墙信息化施工工法”可缩短工期，减少能源消耗量，节约成本，减少混凝土浆液外渗量，保护现场环境，节能环保效果明显。3. 适用范围本工法适用于于剧场、艺术中心、展览厅、高层建筑等大型公共及民用建筑混凝土空间异形结构墙体的施工。4. 工艺原理曲面墙是指：其轮廓面是由平面曲线绕定轴旋转或平移得到的轨迹组成，在空间成异形结构的墙体。信息化施工是指以计算机软件建立结构模型或进行设计计算，在模型中定出控制点并进行测设，用专门仪器监测控制点参数（如位置、变形、温度等）进行数据采集，对数据进行归类、分析并与模型中控制点参数或设计方案比较，修正实际值与模型或设计值之间的偏差，指导下一步施工。5. 曲面墙构造、施工工艺流程及操作要点5.1 曲面墙构造海南省文化艺术中心工程曲面墙内轮廓面在水平面的投影由三条600的圆弧组成（以后称之为组合圆弧），中间圆弧半径为两侧圆弧的两倍，曲面墙与其连接的柱、梁、板构造系统平面图如图5.1-1所示。图5.1-1 曲面墙构造平面图曲面墙在空间上为组合圆弧绕圆心在9轴上，半径为48m的竖向圆弧平移的轨迹，其沿9轴的剖面图及外轮廓面立体图分别如图5.1-2、5.1-3所示。图5.1-2 9-9轴剖面图5.1-3 外墙轮廓面立体图5.2 信息化施工5.2.1信息化施工流程流程图如图5.2.1-1所示。在计算机模型定出控制点设定控制点目标值监测仪器对控制点参数进行数据采集数据归类、分析并与目标值对比判断是否符合进入下一步施工调整施工参数或设计参数YESNO图5.2.1-1 信息化施工流程5.2.2 信息化施工要点1 控制点的确定模板安装的质量确定曲面墙的成型质量，因此，选择模板控制点（即圆形定位钢管控制点）和支撑脚手架控制点为主控制点，选择竖向受力主筋控制点次控制点。圆形钢管控制点定在每次浇筑高度Hi的1/2处，控制点参数为径向坐标和相对高程；支撑脚手架控制点定在本次混凝土浇筑高度的下一步水平杆，控制点参数为水平杆的挠度；受力主筋控制点定Hi/4和3Hi/4处，控制点参数为主筋间距和排距。2 控制点目标值定位圆钢管径向坐标和相对高程偏差不大于5mm；支撑脚手架挠度不大于l/400（l为脚手架悬挑长度，mm）；受力主筋间距偏差不大于10mm，排距偏差不大于5mm。3 监测仪器与数据采集定位钢管控制点径向坐标用徕卡手持激光测距仪；脚手架挠度和定位钢管高程用全站仪；主筋间距和排距用尺量。在每一段混凝土浇筑前后，需用监测仪器进行数据采集，作为分析、判断的依据及指导下一段施工。4 数据分析与判断将采集到的数据进行归类分析，与目标值进行比较，符合要求并经专职质检员及监理见证方可进行下一道工序施工；如不符合要求，若是混凝土浇筑钱则对施工参数进行调整，若是混凝土浇筑后，则应分析原因，及时采取应对措施，杜绝安全隐患，然后进行监测、判断、分析，直至符合要求。5.3 施工工艺流程曲面墙施工工艺流程如图5.3-1所示。墙底、楼面清理测量放线搭设脚手架放置定位弯管制作弧型模板内层模板安装与固定钢筋绑扎制作弧形钢管内层模板接缝处理外层模板接缝处理外层模板安装与固定混凝土浇筑、振捣下一段墙体施工脚手架垫板铺设 模板拆除施工准备监测判断监测判断监测判断图5.3-1 曲面墙施工工艺流程5.4 施工要点5.4.1 施工准备在施工前必须积极做好施工准备工作，其主要内容有：1 熟悉审查施工图纸和有关的设计资料和设计依据，施工验收规范和有关技术规定。2 通过上述对施工图纸的熟悉和现场的复测，将可能存在的问题在各个工序施工前得到更正，为施工提供一份准确、齐全的图纸。3 施工人员在进场前，必须进行技术、安全交底。4 建立各项管理制度，如：施工质量检查和验收制度、工程技术档案管理制度、技术责任制度、职工考核制度、安全操作制度等，认真熟悉施工图纸和有关设计资料，严格执行国家行业标准。5.4.2 墙底楼面处理在曲面墙施工前，要把欲搭设脚手架的楼面清理干净，应保证脚手架垫板下面平整，使楼面受力均匀。5.4.3 测量放线弹出标高为+8.334m及+11.2m内墙轮廓线在一层楼面上的投影线，按弧长为450mm分割组合弧线段并过分割点做9-9轴的平行线。在各平行线与弧线段交点处标出弧形定位钢管落地位置（留出模板间距）。5.4.4 搭设脚手架内排架为沿弧线段搭设，第一排脚手架距离+4.85m内墙轮廓线外300mm，各列为沿9-9轴平行线布置，搭设五排。由于曲面墙和直墙交界附近（如图5.4.4-1中A区）450mm弧长对应的纵向距离（甲-甲轴向）较小，因此此区域脚手架搭设宜近似沿小圆弧轴向布置，并要考虑与9-9轴向立杆的结合。脚手架搭设如图5.4.4-1所示。按照模型中位置定出控制点，并在控制点上做上标记，以方面监测仪器进行数据采集。图5.4.4-1 脚手架搭设示意图5.4.5 弧形定位钢管制作与安装将脚手架用钢管完成半径为48m的圆弧，选用的钢管要直，弯折后钢管轴线要在一个平面内。根据放线测设出的标高+4.85m和+11.82m内墙轮廓线投影点，将弧形管放置准确并固定。由于定位管间距小，为便于施工操作，定位管可先按间距900安装，待内模板铺设完成后再安装剩余定位管。5.4.6 内层模板安装将35块模板拼接，并用钉子加固，按曲面墙弧度弯折后放置于定位钢管上固定。曲面墙愈往上，墙体倾斜度越大，因此在铺设模板时，在首层曲面墙，模板沿高度方向连接，在二、三层曲面墙，模板沿宽度方向连接。由于墙体在水平和竖向均呈弧形，模板在两个方向搭接时都会有较大的缝隙，需采用胶条封闭，以防后续混凝土浇筑形成缺陷。5.4.7 钢筋绑扎曲面墙墙体受力筋最大直径为28，墙柱最大为32，直接弯曲较困难，因此竖向受力筋可按以下方法绑扎：直径大于25mm的钢筋，先按设计弯成弧形后再与下部筋连接；直径小于25mm的，先连接后弯曲成弧形并固定。5.4.8 混凝土浇筑待外层模板铺设完成后，对控制点相关参数进行监测判断，进入信息化施工程序，分析判断符合要求后，应由现场技术负责人、质检员、监理及其他相关技术人员对模板质量进行检查验收，模板间接缝、板与楼面接缝、钢筋保护层厚度等满足要求后方可浇筑混凝土。首层曲面墙每次浇筑高度不大于2.5m，二层不大于1.5m，三层每次以浇筑高为模板宽为宜。混凝土浇筑后，应定位钢管及脚手架参数做12次监测，根据收集的数据反分析支撑构件的受力特征，判断支撑系统的可靠性，如必要对模型参数进行修正，以指导下一段施工。5.4.9 模板拆除曲面墙模板拆除，应在整个墙体浇筑完成后，混凝土同条件养护试块强度达到设计强度的85%，并会同监理单位复检合格后方可进行。5.5 劳动力组织曲面墙施工劳动力组织计划如表5.5-1所示。表5.5-1 劳动力组织工种人数备注焊工5各工种进场前必须进行安全教育，施工前对工人做好技术交底，特殊工种必须持证上岗。钢筋工50木工50架子工24混凝土工10杂工56材料及机具设备6.1 主要材料1 钢筋墙体垂直钢筋直径为1628mm，水平分布筋直径20mm；墙柱受力筋直径为2225mm，连梁纵向受力筋直径25mm，钢筋型号均为Q345。2 混凝土墙体混凝土型号，一、二层为C40，三层以上为C30。3 模板模板采用木质胶合板，尺寸为183091512mm。4 钢管墙体定位用钢管，483.5，应有良好的抗弯性能，使用前宜做抗弯试验，在材料员、质检员和监理工程师检查后方可使用。5 穿墙螺栓模板拉杆，根据计算结果选用。6.2 主要机具设备曲面墙施工主要施工机具如表6.2-1所示：表6.2-1 主要施工机具序号机具名称型号数量备注1插入式振动器ZX50C10所有机具均应有出厂合格证，且在年检合格期内。2钢筋调直机GT3/923钢筋弯曲机GW4024钢筋切断机QJ4045交流电焊机BX3-200-256滚压直螺纹机GHB4027木工圆锯MJ10488木工平刨床MB503A47. 质量控制7.1 工法执行的有关标准和规范1、混凝土结构工程施工质量验收规范 （GB 5009-2001）2、建筑施工高处作业安全技术规范 （JGJ80-91）3、建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范 （JGJ 130-2001）4、建筑工程施工质量评价标准 GB/T 50375-20067.2 各分项工程质量检验标准表7.2-1钢筋工程安装允许偏差及检查方法项次项 目允 许 偏 差 值（mm）检查方法1绑扎骨架宽、高5尺量长102受力主筋间距10尺量排距53箍筋间距20尺量网格尺寸204保护层厚度墙、柱、连梁3尺量5钢筋电弧焊连接焊缝宽度不小于0.7d量规或尺量厚度不小于0.3长度表7.2-2模板安装允许偏差及检查方法项次项 目允许偏差值(mm)检查方法1轴线位移柱、墙、梁5尺量2标高5全站仪3层高垂直度层高不大5m6经纬仪大于5m8吊线、尺量4相邻两板表面高底差2尺量5表面平整度5激光测距仪6预留孔洞中心线位移+10拉线、尺量尺寸+10、07插 筋中心线位移5尺量外露长度+10、0表7.2-3 混凝土工程允许偏差及检查方法项次项 目允 许 偏 差 值（mm）检查方法1标高层高10全站仪全高302截面尺寸墙、柱+8、-5尺量3表面平整度82米靠尺、塞尺4预留空洞中心线位置15尺量7.3 工法的补充质量要求1 曲面墙一般有较大的倾斜度，在施工中，应每天对墙顶进行监测，发现异常应及时通知建设单位、监理单位、项目部技术负责人。2 曲面墙上部连接钢结构，对墙顶标高要求严格，应此，在测量放线时应确保测量精度。每段墙体混凝土浇筑前，应在监理工程师和质检员复检合格后方能进行，浇筑后，进行复检，根据结果采取对应的措施。3 对于墙柱内粗直径螺纹钢筋，在绑扎前，宜按设计的竖向弧度弯折，以防现场弯折产生过大的应力，给模板安装带来安全隐患。8安全措施8. 1 机械使用安全措施1 所有的机械设备均不得“带病”作业，上班前应经试运转，各装置需灵敏可靠。2 所有电动机械设备必须通过单一开关控制，手持电动工具必须装有漏电保护器。3 所有电动工具旋转部分的护罩应完整可靠。4 电焊机等设施露天放置时应有防止太阳暴晒和防止雨淋的措施。5 对施工机械和电动工具经常性进行检查和维修。8.2 吊装作业安全措施施工前检查所有的工机具、索吊具，处于完好工作状态，有缺陷或状态不明者禁止使用，吊装作业时须有专人负责。8.3 高空作业安全措施1 高空作业必须系好安全带、戴好安全帽。2 施工前检查脚手架的可靠程度，由专职安全员验收后挂牌使用。按规范张挂安全网。3 小件物品如扳手、榔头、螺栓等必须放在工具袋内，防止坠落。禁止上、下抛物件。4 拧紧螺栓时禁止使用活扳手，须使用套筒扳手或安全扳手。5 接好临时避雷设施。6 在需要的场所设安全扶手、围栏等安全设施。8.4 消防安全措施1 电焊工必须持有焊工上岗证，无上岗操作证者不准从事电焊作业。2 现场必须配备符合要求数量的消防器材，消防器材要随作业点移动。3 电焊机和切割机施工下方和飞溅物下落方向不得堆积易燃易爆物品，下方要有专人监护。4 氧气瓶、乙炔瓶按规定的安全距离放置，气瓶要有防止太阳暴晒的措施，乙炔瓶上应装有回火逆止器。5 坚持实行“动火审批制度”。施工班组需要动火前，必须按动火审批程序，先由施工班组长对施工现场进行考察，符合动火条件后，由施工班组长按规定填写动火申请表，再由施工员和项目经理签名审批。动火证有效期最长不能超过一个星期，对于超过一个星期以上的动火点，要重新办理动火证。6 所有用电设施的连接头必须安全可靠，电气设施和线路绝缘良好。8.5 用电安全措施1 严格遵照施工现场临时用电安全技术规范(JGJ46)和当地有关规定执行，现场设有专职电工全面负责施工用电的管理。2 全面推行TN-S系统，即实现施工现场临时用电采用三相五线制。3 现场用电必须注意事项： 1）电工应有实际操作经验，并持有劳动局核发的操作证上岗，无电工操作证者不准从事电工作业。 2）施工现场的所有施工机械和电动工具必须配置漏电保护装置，并且做到安装正确，灵敏有效。对潮湿场合使用的手持电动工具等必须有二级漏电开关保护。 3）施工现场的配电箱，施工机械必须有良好的接地性能。4）碘钨灯(小太阳)不能作移动照明工具，只能作固定照明使用。手持移动照明，必须采用36V低压。5）室外临时用电必须用橡皮电缆供电，不能采用灯头线、胶质线。6）线路、各种电箱和设备电源线的截面必须符合安全截流量要求。7）使用电箱要一机、一闸、一漏、一箱，60 A以下不准使用铜质熔丝，必须使用铝熔丝。8）配电箱内各种电器零件完整、良好。开关箱、移动电具、机具插头、插座必须完整无损。9）现场值班电工每天要做到巡视检查，对各种漏电开关作试验，发现损坏的应立即更换。设备上的控制开关严禁使用“倒顺”开关。8.6施工现场安全检查制度定员、定期检查现场安全生产状况，对不安全因素和安全隐患及时作出整改。对逾期不整改或整改不力的，将视情节轻重对责任者予以严厉受处罚。9环保措施1 建立文明施工管理小组，加强对员工的环保教育，提高环保自觉性。2 在施工现场，主要的污染源包括噪声、扬尘、污水和其他建筑垃圾。从保护周边环境的角度来说，应尽量减少这些污染的产生。3 噪音控制。除了从机具和施工方法上考虑外，可以使用隔声屏障、使用机械隔声罩等，确保外界噪声等效声级达到环保相关要求；所有施工机械、车辆必须定期保养维修，并于闲置时关机以免发出噪声。4 施工扬尘控制。可以在现场采用设置围挡，覆盖易生尘埃物料；洒水降尘，场内道路硬化，垃圾封闭；施工车辆出人施工现场必须采取措施防止泥土带出现场。同时，施工过程堆放的渣土必须有防尘措施并及时清运，工程竣工后要及时清理和平整场地。5 污水控制。施工现场产生的污水主要包括雨水、污水(又分为生活和施工污水)两类。在施工过程中产生的的大量污水，如没有经过适当处理就排放，便会污染周边环境，直接、间接危害水中生物，严重还会造成大面积中毒。因此，应设置污水处理装置，减小施工过程对周边水体的污染，6 对于建筑垃圾的处理，尽可能防止和减少垃圾的产生；对产生的垃圾应尽可能通过回收和资源化利用，减少垃圾处理处置；对垃圾的流向进行有效控制，严禁垃圾无序倾倒，防止二次污染。这样，才能实现建筑垃圾的减量化、资源化和无害化目标。7 最后，在施工方法的选择上，应要合理安排进度，尽量排除夜间连续施工；将产生噪声的设备和活动远离人群，避免干扰他人正常工作、学习、生活。 10效益分析本工法已在海南省文化艺术中心、海南奥林匹克花园8#、9#综合楼、扬州市“双博馆”等工程中得到应用，取得了良好的社会效益和经济效益。针对上述三项工程，本工法曲面墙信息化施工与普通墙施工比较如表10-1、表10-2及10-3所示。表10-1 海南省文化艺术中心效益分析项目普通墙体施工曲面墙信息化施工节约值节约率工期（天）136123139.6%综合造价（万元）174.6162.312.37.0%节能减排（耗电量）12683度11257度14