大跨度混凝土拱形屋面结构施工工艺的分析与应用

2024-04-07李忠林

大众标准化 2024年5期

李忠林

（中交二航局建筑工程有限公司，湖北武汉 430056）

文章研究的出发点在于确保大跨度结构的广泛应用需基于深入地施工工艺研究。进步的材料、精细的计算模型和施工过程的数字化为施工方法提供了新契机，如高效的模具系统和预应力施工等，对工程质量有着显著的促进作用。施工环境的复杂性，包括各种自然和地理因素，决定了施工工艺的选择需考虑多样性和适应性。考虑到大跨度结构的公共性质，构建它们时不仅要追求经济效益，还要关注在社会和环境层面的综合影响。

1 工程概况

项目总建筑面积为4 473.46 m2，项目占地面积为46 006.45 m2，拟建15栋建筑物及附属构筑物。其中13栋建筑为非落地拱结构。拱顶的支撑体系整个放置于基础筏板上，基础筏板厚度为400 mm，混凝土强度为C30 P8，待混凝土强度达到要求后方可在上搭设模板支撑体系。

2 大跨度混凝土拱形屋面结构施工工艺分析

2.1 支撑体系

在施工大跨度混凝土拱形屋面时，支撑体系的构建和管理对确保工程的结构安全及施工品质发挥着至关重要的作用。该体系主要负责承载包括模板和新浇筑混凝土在内的重量，因此其稳定性是项目成功的关键之一。特别地，支撑体系安放在设计用以均匀分配荷载的基础筏板上是一项重要的施工步骤。基础筏板，厚度达400 mm，采用C30 P8等级的混凝土制成，不仅为支撑体系提供了坚固的基础，也保证了足够的承载能力和刚性来应对施工中的各类荷载。这里的C30 P8混凝土，即具有30 MPa的抗压强度和P8级的抗渗性能，确保了结构的耐久性和稳定性。施工前必须确保基础筏板混凝土强度达到设计要求，这一点通过现场的样品测试来验证。只有确认混凝土强度符合规定后，才能开始搭设模板支撑体系。这个体系的设计必须考虑到施工过程中可能遇到的所有荷载类型，以确保其在整个建设阶段的刚性和稳定性，避免因荷载变化造成的结构变形或塌陷。

2.2 拱形屋面结构梁底（板底）定位

在大跨度混凝土拱形屋面结构施工中，梁底（或板底）的精确定位是一个关键步骤，对整个结构的稳定性和功能性有着直接影响。此环节旨在确保拱形结构的几何形状、尺寸及位置准确无误，为后续建设打下坚实基础。首先，根据设计要求，工程团队通过先进的测量工具，比如全站仪和激光扫描仪等，进行初步的梁底位置测量。这些设备能提供高精度数据，帮助确立梁底的具体位置。在此过程中，对拱顶的曲率和斜度给予特别关注是至关重要的，因为这影响到屋面的整体稳定性和外观效果。测量后，根据得到的数据安放和调整梁底模板。这一步骤需要极其精确，以避免任何偏差，防止结构在受力时性能下降或出现安全问题。施工团队将通过反复的检测和调整，确保每个环节均满足设计规范。同时，梁底定位过程也需考虑与其他结构元素的协同，如拱形屋面与支撑柱和墙体的连接，要求施工队伍全面考虑整体结构的协调一致。在此过程中，持续与设计团队沟通，保持施工执行与设计初衷的一致性至关重要。最后，定位完成后需进行包括负荷测试和稳定性评估在内的一系列检查，这些是验证结构安全性和功能性，确保其符合预期。

2.3 拱形梁模板安装方式

在大跨度混凝土拱形屋面结构施工中，拱形梁模板的正确安装至关重要，它决定了施工的质量和结构的稳固性。模板的设计和安装涉及精确的几何参数考量，选材（包括木材、钢材或塑料）需结合经济性和实用性，同时保证足够的强度、刚度和适应性，以承担混凝土浇筑时的压力并贴合拱形结构的特征。支撑系统的设计与布置是确保模板稳定性和施工安全的关键。包括立柱、横梁和斜撑等，它们的布局需基于拱形梁的规模、形态及预期负荷进行精确计算，以确保整个模板系统的坚固和精确性。模板安装需通过专业测量工具进行精确定位和调整，保证其与设计参数完全吻合。安装后的检查和调整环节同样关键，这确保了模板系统的稳固性和密封性，避免混凝土浇筑时的泄漏，并考虑了混凝土填充的均匀性，以及振捣工艺和设备的合理布置。

2.4 混凝土浇筑

在施工大跨度混凝土拱形屋面时，混凝土的浇筑过程显得尤为关键，直接决定了结构的稳固性与耐用性。此过程需综合考虑混凝土的具体配比、逐步的浇筑步骤、选用的浇筑技术以及后续的养护策略。混凝土的配比设计须满足结构强度与耐久性的要求，同时兼顾其流动性以适应拱形结构的特点，保证优良的抗裂和控制收缩性能。针对特定的结构设计和环境条件，精心调整水泥、骨料及添加剂的比例至关重要。浇筑时，采取从拱脚至拱顶的顺序，有助于保障结构的均匀性和连续性，防止施工接缝的产生。在整个浇筑过程中，保持混凝土密实、无缺陷，控制好浇筑速度以防止分层或离析现象，是确保质量的基本要求。就浇筑技术而言，选择合适的方法（如直接、滑模或泵送）对提高工效、确保混凝土均匀性有着直接影响。泵送浇筑因其高效性和适应性，在大跨度结构中尤为常见。养护是确保混凝土达到预期性能的重要步骤。通过湿布覆盖、喷水等方式保持湿润，可以有效避免裂缝产生，促进混凝土强度的提高和稳定发展。

3 大跨度混凝土拱形屋面结构施工工艺应用

3.1 屋面拱形模板的安装及加固措施

在建筑实践中，大跨度的混凝土拱形屋面结构以其优美的外观和卓越的结构性能受到偏爱。这一结构类别的建造技术要求高度精密，特别是模板的搭建和加固环节，对整个工程的质量和稳定性起着决定性作用。拱形模板不仅是成型拱形结构的核心环节，而且安装的准确性直接关系到最终混凝土成型的准确度和结构品质。在模板安装的前期，精确测量和定位至关重要。借助先进的测绘设备和技术，保证了基准线和支点的准确布置，为模板的正确安放打下了坚实的基础。制作模板时，依据设计要求和结构特点来选取合适的材料，如木材、钢材或复合材料，确保模板具备准确的外形和适当的刚性以抵抗混凝土施工的压力。在模板的安装与支撑阶段，构建稳固的支撑系统是至关重要的。通常利用钢管和支架等构件搭建一套坚固的临时支撑体系，以保障模板在浇筑混凝土期间的稳定性。支撑系统的设计要考虑拱形结构特性和施工阶段可能遭遇的各种负荷，以保障其足够的强度和稳定性。关键部位的模板，特别是在拱肋和拱顶等区域，需特别加固，以避免施工期间的移位或形变。

3.2 施工方法及操作要求

在建设大跨度的混凝土拱形屋面结构时，优良的施工准备工作对于项目的成功至关重要。项目团队应首先对工作人员进行详细的技术说明，覆盖进度计划、品质目标、作业布置、操作关键点、注意事项以及品质和安全标准。与此同时，项目团队需与设计、业主、监理等利益相关者充分沟通，共同解决图纸上的疑问，并记录在会审摘要中。

在技术筹备方面，确定模板的施工策略和总体部署计划至关重要，同时还需要与设备安装方面进行紧密配合，注重对嵌件等敏感部分的保护措施。项目还须制定专门的模板支架施工方案，并在方案通过评审之后才能执行。对于不同区域的模板及高支模结构，施工人员应得到专项的技术说明，明确施工流程和操作技巧。现场的准备工作涉及工房的设置、加工车间和道路的建设、施工电力的接入，并及时安排模板、木梁、钢管、机械设备和人员的到场。所有到场的支架和配件必须经过复检，并在验收合格后进行分类存放并明确标记。在确保施工基础稳固方面，高支模的立柱必须承载足够的重量，此外，筏板厚度、混凝土强度和基础的承载力也需达到施工要求。立柱支撑时应使用统一尺寸的木垫板。支架搭建需地面平整，必要时进行地面找平。地基的承载力应满足JGJ162标准。模板支撑系统的搭建应符合规定，确保结构尺寸、形态和相互位置的准确性，同时保障足够的承载力、刚度和稳定性，并应易于安装。支撑层级多时，上下层的支点应保持垂直对齐。当跨度超过4 m的混凝土板采用现浇法时，模板需形成拱形。高于2 m的竖向模板安装时，应避免站在下层模板上操作，并采取临时固定措施。若支架立柱或顶表面倾斜，必须采取加固措施，扫地杆和水平拉杆的设置也要根据设计要求进行。

3.3 支撑架使用

在大跨度混凝土拱形屋面结构施工中，支撑架的应用及混凝土的正确浇筑是施工成功的关键要素。为降低对结构的冲击和震动，天泵浇筑法被优先考虑。施工前，确保所有隐蔽工作和模板都已通过验收，同时详尽规划混凝土采购，内容涵盖工程地点、施工区域、强度等级、所需总量、添加剂类型、坍落度及预定浇筑时间等。此外，提前24 h确认混凝土供应的可行性，以保障浇筑工作的顺畅执行。

在混凝土浇筑前，派遣专人至搅拌站进行监督，确保混凝土质量达标。通过检查混凝土配比和实际坍落度后，确认无误即可开始浇筑，过程中需定期抽样检测。模板和支撑结构必须具备充分的强度和稳定性，以承受混凝土泵送时产生的侧向压力。保护钢筋不受损害，防止浇筑过程中发生位移或变形，必要时进行加固。首先完成主体剪力墙的浇筑，待柱体混凝土强度达到75%以上时，再着手高支模区域和结构拱顶的施工。拱顶浇筑应从中央向两侧均衡对称进行，力求一次成型，避免设置施工缝。泵送混凝土时，保持布料管出口至模板内侧距离不小于50 mm，避免直接对准模板或钢筋。

3.4 监测监控

施工大跨度混凝土拱形屋面结构要求精细的过程控制和实时监测，确保工程安全和施工效率。此过程涉及密集追踪关键指标如应力、位移、温差及支撑应力等。制定监测计划，包括目标设定、监测点的精确布局、选择合适监测设备及定期数据收集是必需的。监测点应选择在结构的关键部位，如拱基、顶点和肋部，以及支撑结构，从而全面评估施工各阶段对安全性和稳定性的影响。从施工前的准备工作开始，包括对基础和支撑结构的初始评估，监测工作贯穿整个施工周期。随工程进展，根据工程实际需要调整监测频次和点位。特别是在混凝土浇筑期间，需密切关注温度变化和收缩情况，采取适当措施控制热影响。同时，监控工作也包括评估动态环境因素，如风荷载和振动的影响，尤其是在关键的结构转换阶段。

3.5 拱形屋面模板的双面支模保证砼振捣密实(防渗水)及砼面的观感

在建造大跨度混凝土拱形屋面时，确保混凝土浇筑达到高密实度以抵御水渗透，同时维持表面光洁度，是施工中的核心任务。此过程的关键环节之一便是双面支模技术的有效运用。双面支模设计涉及精心制作的内外模板，两者需要以一定的强度和准确度相结合。这些模板不仅要能够承载混凝土的重量，还要在振捣时保持稳定，以促进混凝土颗粒紧凑排列，消除空气泡并充实结构。振捣工具的恰当选择和使用是确保混凝土密实度和减少渗漏的关键。整个振捣过程应均匀进行，避免因不均匀作业导致的材料强度不一或表面不平。养护阶段同样重要，适宜的养护环境有助于混凝土逐步硬化和减少缺陷。

3.6 砼振捣密实的影响因素及控制措施

在实施大跨度混凝土拱形屋面结构的施工过程中，混凝土的振捣密实性是确保结构强度和耐久性的关键。这一过程受多个变量影响，包括混凝土配比、振捣设备、操作技术和环境条件。混凝土的配比要精心设计以优化其流动性和可振捣性，这要求合理配置水泥、水、骨料和外加剂的比例。适宜的配比不仅有助于振捣作业，还能防止水分过多导致的离析。振捣设备的选择应当考虑施工的具体需求，而振捣棒的尺寸、频率和幅度应与混凝土的黏度和施工深度匹配。正确的设备能够更有效地排除气泡，确保混凝土的均质性。操作技术包括逐层振捣和控制振捣时间，以及科学地设置振捣点间距，确保每部分混凝土都得到适当的处理，避免出现密实度不均或物料分层的问题。