大跨度箱形变截面钢筋混凝土拱施工工法(2004年)-secret

大跨度箱形变截面钢筋混凝土拱 施工工法 采用大跨度箱形变截面钢筋混凝土拱作为屋面结构主要受力构件 并且为变截面 和箱形 以体现结构合理性和减轻自重 应用于桥梁方面比较普遍 而应用于体育建 筑及会展中心等大型公共建筑 尚无先例 体育建筑的屋顶结构 普遍为钢结构 钢 结构设计 施工经验成熟 就施工技术而言 钢筋混凝土拱结构施工工艺复杂 关键 控制点多 涉及面广 施工难度大 通过本工法的应用 解决了体育建筑及会展中心等大型公共建筑中拱结构采用钢 筋混凝土材料施工 跨度在 l 10m 以上 且为箱形和变截面拱的施工技术难题 在成 功施工实例的基础 E 总结编制了本工法 1 特点 1 1 拱跨度大 拱的跨度在 110m 以上 1 2 拱的建筑材料为钢筋混凝土而不是钢材 用钢筋混凝土材料建造大跨度拱结构 的施工方法比钢结构拱的施工方法复杂得多 1 3 拱的造型为变截面 拱顶 拱中心线 拱底三弧不同心 与通常的等截面拱 就施工技术而言 要困难得多 并且 由于采用变截面拱 两拱之问钢筋混凝土连系 桁架的高度 角度 位置 方向都不相同 而又只能高空现场施工作业 1 4 由于结构构造需要 变截面拱设计为封闭式的箱形拱 在每榀桁架与拱的相 交处设拱的加强肋 为了确保混凝土结构的耐久性 施工完后箱形拱内不允许留置模 板 必须全部拆除 1 5 由于工程的重要性和结构设计上的考虑 拱脚与承台之问不能留置施工缝 混 凝土拱结构的施工质量 要求达到内坚外美的清水混凝土效果 2 适用范围 本工法适用于体育建筑 会展中心等大型公共建筑 3 工艺流程 工程桩验收 土方开挖 破桩头 混凝土垫层施工 拱脚承台 拉梁施工 拱下 部承台 基础梁施工 回填土 拱支撑架基础 垫层 搭设拱支撑架 拱底模板支设 拱体分段 每段按模板 钢筋 混凝土工序进行流水 施工 封拱 养护 拆除拱底 模板 4 施工要点 4 1 拱施工流水段的划分 4 1 1 分段原则 分段位置要使拱的支架受力对称 均匀和变形最小为原则 拱体分段施工缝留设应考虑桁架施工和避开拱肋范围 便于模板安装和拱内模板 拆除 混凝土的浇筑顺序 两拱应沿拱轴线方向分段对称 由下向上 同步浇筑 各段的接缝面要与拱轴线垂直 4 1 2 拱的分段 沿拱轴线方向分段 第一个施工缝位置设置在拱脚处 其余施工缝设置在拱的加劲 肋上下端各 1600mm 处 最高处设为封拱段 长度约 2m 左右 以拱顶垂直中心线为对称 轴 两边均匀留设 通过特殊的施工流水段的划分技术 解决箱形拱内模板拆除困难和变高度 变角 度 变方向 变标高的钢筋混凝土桁架施工难题 4 2 模板设计与施工技术 模板分拱脚模板 拱体模板 桁架模板 而拱顶 拱中心线 拱底的三弧不同心与 高度 角度 方向 位置 标高均不相同的桁架给模板设计方案 加工尺寸与安装质 量提出了很高的要求 4 2 1 拱体模板 拱体模板由拱底模板 拱外侧模板 拱内侧模板 拱顶模板和支撑件 连接件等组 成 为保证拱体达到清水混凝土效果 外侧模板采用酚醛树脂镜面模板 内模板考虑 拆模方便 采用企口木板 施工段的划分考虑箱形拱内狭小空间的拆模 拱体外底模 整条拱一次对称安装就位 拱内外侧模板用穿墙螺杆固定 如图 1 所示 4 2 1 1 外底模板 外底模板在拱顶处最大预留拱度为 100mm 在拱脚处预留拱度为零 其余各处按圆 弧曲线起拱 脱模剂选用无色水质型脱模剂 外模板嵌缝材料 采用透明玻璃胶 4 2 1 2 外侧模板 外侧模板采用 18mm 厚酚醛树脂复面木胶合板 木肋 50mm X 100mm 松木方 竖向布 置 水平钢管 2 48 3 5 外侧模板呈扇形分块布置 外侧模板之问的竖向拼缝沿 拱轴线的法线方向 4 2 1 3 外顶模板 外顶模板采用 18mm 厚酚醛树脂复面木胶合板 木肋采用 5 根 50mm 100mm 松木方 木肋沿拱顶纵向布置 模板按段分块布置 标准模板长度为 1200mm 每段末尾剩余尺 寸不足 1200mm 时 按实际尺寸加工一块非标准模板补缺 拱顶近坡度渐趋平缓 当混 凝土浇灌时 能保持自稳不向下流淌 可以不使用外顶模板 图 1 A 段模板安装横剖面图 4 2 104 内底模板 内底模板采用 20mm 厚松木企口板 木肋采用 3 根 50mm 100mm 松木方沿拱内底纵 向布置 内底模板分块配制 标准模板长度为 2000mm 每段末尾剩余尺寸不足 2000mm 时 按实际尺寸加工一块非标准模板补缺 然后 向其余各段周转使用 对拉螺栓孔 位置应与外底模板的螺栓孔位置相对应 4 2 1 5 内侧模板 内侧模板分块及编号与外侧模板相对应 如外侧模板 Y1 对应的内侧模板为 N1 在外 侧模板放样的基础上 放出内侧模板 内侧模板采用 20mm 厚松木企 El 板 木肋采用 50mm X 100mm 松木方沿拱径向布置 内 外侧模板的对拉螺栓孔位置应一致 4 2 1 6 内顶模板 内顶模板采用 20mm 厚松木企口板 木肋 3 根 50mm X 100mm 松木方沿拱纵向布置 内顶模板分块配置 第一段配足 然后逐段周转使用 4 2 1 桁架模板 根据桁架上 下弦截面尺寸及腹杆截面尺寸确定模板规格 模板采用 18mm 厚木夹 板和 50mm X 100mm 木方制作 4 3 六对称 均衡施工法 六对称 均衡施工法 是指双拱对称施工 每拱施工时 支撑架对称搭设和拆 除 模板对称安装和拆除 混凝土浇筑时 从两拱脚开始向顶部逐段对称施工 桁架 对称施工 桁架混凝土浇筑 从两端向中心推进 对称施工 六对称 均衡施工法 关键在于施工过程中用工序对称来保证结构施工中的受 力对称 保证模板和支撑体系受力均匀 不变形 在施工实践中 如在支撑架的搭设 中 稍有不慎 就曾出现过支撑架偏位的情况 造成局部返工 因此 在以后的施工 过程中 十分注意对称施工 如果混凝土浇筑过程中 由于不对称施工造成拱轴线偏 位 将造成永久性缺陷 甚至造成施工技术的失败 4 4 承台与拱脚整体浇筑法 按常规做法 桩基承台混凝土可以单独浇筑 这种施工工艺比较合理并为拱脚架子 模板安装提供了坚实的基础和正确的尺寸 并且采取拱脚处承台面下凹 200mm 作为拱 承台与拱脚底部的施工缝 拱脚与承台分两次浇筑 但设计要求承台与两拱脚混凝土 一次性整体浇筑 不能有施工缝 在工程施工中 做好模板设计 混凝土配合比设计 浇筑过程中 承台采用斜面分层 循序渐近的方法 采取从拱脚模板预留入口进入模 板内振捣混凝土 并采用电子测温技术 确保大体积混凝 施工质量 4 5 清水混凝土施工技术 大跨度箱形变截面钢筋混凝土拱为外露构件 拱结构混凝土质量必须达到内坚外美 的效果 故在普通混凝土的验收标准上 制定如下质量标准 轴线通直 弧度 半 径尺寸准确 棱角方正 线条顺直 弧形美观 表面平整光滑 色泽一致 表 面无明显气泡 无砂带和黑斑 表面无蜂窝 麻面 裂纹和露筋现象 模板拼缝 对拉螺杆和施工缝留设要有规律性并且美观 模板的拼缝接缝和施工缝处无挂浆 漏浆 因此 对所采用的施工方法 选用材料的品质 操作人员的技能和施工管理水 平等 均有很高的要求 根据拱施工的特点 从测量放线 钢筋 模板 混凝土配合比设计 混凝土搅拌 混凝土运输 混凝土浇筑 混凝土振捣 混凝土养护及成品保护等方面 采取相应的 施工技术措施 在整个拱的施工过程中 保证各道工序施工的连贯一致性 精心组织 施工 达到预期的效果 4 6 封拱技术 封拱施工为本工程的重点和关键 封拱对技术 环境温度以及施工方法都有严格的 要求 由于建筑工程施工规范中 没有钢筋混凝土拱封拱技术要求 我们参照桥梁混 凝土拱的施工要求执行 封拱时间选择在日平均气温接近当地年平均气温的时问来浇筑 在浇筑混凝土前 将整个拱身用自来水淋湿 待拱体混凝土温度降到最低点后方可浇筑 封拱混凝土强度等级执行设计要求 拱混凝土配合比由中心实验室配制 坍落度 初凝时问及终凝时间由试验确定 搅拌站专人负责配合比计算 浇筑混凝土时 应从 一侧下料待拱体对面混凝土与底层基本相平时再从另一面下料 以防空气堵在底板中 间 4 7 拱施工测量控制技术 该工程拱结构的轴线控制及高程控制是测量工作的关键和难点 根据该结构的施工 特点 对该结构各阶段轴线控制 将采用平行侧面借线方法 高程采用吊挂钢尺进行 抄测 在施工各阶段过程中 为掌握重要的拱结构轴线位移与沉降情况 及时发现沉降 与变形的程度 提供可靠的变形数据 在各施工过程中 对拱结构进行沉降和变形观 测 每次观测后的成果均与首次成果比较 计算沉降量 每次观测结束后 都要检查计算 结果是否正确 将观测数据列入沉降观测的成果表中 为了随时掌握拱架支撑 拱结构和拱脚的变形 隋况 按照施工程序 在支设模板 钢筋绑扎 浇筑混凝土以及拱底模板拆除前后的各个阶段 对拱结构及拱脚进行变形 观测 5 5 质量控制措施质量控制措施 为控制好拱的施工质量 主要采取了以下措施 5 1 钢筋工程 1 用于拱的钢筋都应有出厂质量证明书或检验报告单 2 拱结构主筋实测强屈比不应小于 1 25 实测屈服强度与强度标准值的比值 应 为 l 1 25 3 进行钢筋机械连接和焊接的操作工人必须经过技术培训 考试合格 持证上岗 4 冷挤压钢筋连接必须做好挤压线和控制线以保证连接质量 冷挤压接头的施工 现场检验与验收详见 钢筋机械连接通用技术规程 JGJl07 96 和 带肋钢筋套筒挤 压连接技术规程 JGJl08 96 5 拱体施工缝外 250mm 处 要安放钢筋定位框 以保证拱体主筋位置和混凝土保 护层 6 钢筋工程在支模前 必须进行隐蔽工程验收 钢筋绑扎分项工程允许偏差 见 表 5 1 钢筋绑扎分项工程允许偏差表 表 5 1 允许偏差 mm 序号项 目 国家标准内控标准 l 承台板钢筋网间距 20 15 2 拱体 桁架箍筋外包尺寸 S 4 3 拱体 桁架主筋间距 10 8 4 拱体 桁架箍筋间距 20 15 S 承台板马凳铁高度 5 承台板 10 8 桁架 5 46 受力钢筋保护层 拱体 3 3 5 2 模板工程 1 模板安装严格按 模板方案 进行 如需要修改时 必须征得编制者的同意 2 模板安装 必须在放线 验线之后进行 放线时 要弹出中心线 边线 支模控 制线 3 模板及其支架必须有足够的承载力 刚度和稳定性 能可靠地承受新浇混凝土 的自重和侧压力 以及在施工过程中所产生的荷载 4 桁架下弦模板应起拱 起拱高度为 20mm 5 模板安装的允许偏差 见表 5 2 模板安装的允许偏差表 表 5 2 允许偏差 mm 序 号 项 目 国家标准内控标准 承台 53 l 轴线位置 拱体 桁架 52 2 底模上表面标高 S 2 5 承台 10 5 3 截面尺寸 拱体 桁架 4 5 3 4 4 拱模垂直度 65 5 相邻两板表面高低差 2l 6 表面平整度 2m长度内 54 7 预埋件中心线位移 33 5 3 混凝土工程 1 选择资质 信誉可靠的商品混凝土搅拌站 供应质量可靠的混凝土 自设混凝土搅拌 站应进行详细的可靠性 可行性设计 建立可靠的搅拌站运行和质量管理制度 经严格评 审后 方允许生产混凝土 2 泵送混凝土配合比要根据施工现场泵的种类 泵送距离 输送管径 浇筑方法 气 候条件确定 3 商品混凝土进场 第一车必须有 开盘鉴定 要有混凝土等级 坍落度 初终凝 时间及搅拌时间等 不合格者 立即退场 4 在混凝土浇筑地点 每 2h 检查一次混凝土的坍落度 如发现混凝土有异常情况 随时抽查 5 在浇筑混凝土前 对模板内的杂物和钢筋上的油污等应清理干净 对模板的缝隙和 孔洞应予堵严 6 每段的混凝土浇筑要连续进行 当必须间歇时 其间歇时间宜缩短 并须在前层混 凝土初凝前 将上层混凝土浇筑完毕 若因故前层混凝土已初凝时 须按施工缝处理 7 拱底板混凝土浇筑 为了保证混凝土充满底板 在内底模板上必须留 12 排气孔 并派专人观察 浇筑到位要立即封严 8 在混凝土浇筑过程中 对模板及支撑体系进行沉降及变形观察 9 按规定及时做好混凝土标养试块以及同条件养护试块 并按时送检 10 混凝土允许偏差 见表 5 3 6 安全控制措施 1 每道工序要做好安全交底 操作地点必须达到安全要求 方能进行操作 2 脚手架按要求搭设 充分利用 三宝 3 手持电动工具要戴绝缘手套 并设有漏电保护装置 4 高空作业人员操作时 必须精神集中 手用工具放入工具袋 避免物品掉下 凡患有高血压 心脏病 贫血等不适合高空作业人员 不得进行高空作业 5 六级以上大风天 应停止作业 6 季节性操作工人要配备必要的劳保用品 混凝土允许偏差表 表 5 3 允许偏差 mm 序 号 项 目 国家标准内控标准 承台板 1512 l 轴线位移 拱体 桁架 86 拱体每段标高 10 8 2 标高 拱体全高 30 20 承台板 8 5 5 3 截面尺寸 拱体 桁架 8 5 6 4 每段 85 4 拱体垂直度 全高 2515 5 表面平整度 2m长度内 86 6 预埋件中心位置 55 主要施工机械设备 见表 7 7 主要机械设备 主要施工机械设备表 表 7 序号名 称数量型 号 1 塔吊2台H3 36B R 60m 2 混凝土搅拌机2台 JSY 350 3 混凝土输送泵2台 HBJ30 4 插入式振动器16台 5 平板式振动器2台 6 电焊机2台BX3一500一2 7 钢筋冷挤压机4套 8 木工手电锯4台 9 木工电刨l台 MIBl03A 10 木工手电钻8台 11 小翻斗车6套 12 空压机l台 13 压路机1台 14 蛙式打夯机4台 8 劳动力组织 合理而科学的组织劳动力 是保证工程顺利进行的重要因素之一 必须周密计划 合 理调度 实行动态管理 使劳动力始终处于动态控制中 拱结构施工高峰期