大跨度钢筋混凝土拱形结构免预压施工工艺

摘要

本发明涉及建筑施工技术领域，具体为一种大跨度钢筋混凝土拱形结构免预压施工工艺，解决现有传统大跨度钢筋混凝土拱形结构施工中需要对拱结构及其支撑体系进行预压等问题，首先沿拱结构轴线对称搭设支撑体系，支撑体系上搭建弧形底模，弧形底模在拱顶处留有合龙段，然后对拱结构进行施工段划分，钢筋、模板和混凝土从两端向中间对称施工，待混凝土终凝后拆除模板，施工到合龙段时，安装弧形合龙底模可调装置，支侧模，浇筑混凝土。本发明施工安全、操作简单，拱体表面圆顺、光滑，未发生砼表面裂纹及蜂窝、麻面、错台等质量通病，保证了施工质量，简化了施工工序，大大缩短了工期，降低了工程造价，获得了良好的社会效益和经济效益。

说明书

技术领域

本发明涉及建筑施工技术领域，具体为一种大跨度钢筋混凝土拱形结构免预压施工工艺。

背景技术

随着现代建筑科技和施工技术的发展，大跨度结构在工业和民用建筑设计中的应用越来越多。大跨度钢筋混凝土拱形结构普遍应用于大跨度场馆等建筑工程，由于跨度大、高度高、支撑体系复杂，技术含量高，所以在实际施工中难度较大。更重要的是施工中要考虑结构的预拱度，以消除支撑体系结构的弹性和非弹性变形。目前，在采用分段法现浇混凝土施工中，由于支撑体系结构产生的应力和变形会导致拱底模板沿轴线方向的应力和变形，传统的施工方法是在施工前对拱结构的底模和支撑体系进行预压，即将同等重量的沙袋、石块等重物先堆积在拱结构上，仅这项工作就需要投入大量的劳力、垂直运输和配重材料，不仅组织困难、占用施工场地、安全隐患多，也给其他工序施工带来极大的影响，而且工期较长；另外，由于在浇筑拱顶斜面混凝土时，为了排气和振捣的需要，往往在顶模和侧模上开孔，也使拆模后的拱体混凝土表面观感受到影响，其施工质量往往达不到国家验收标准。

发明内容

本发明为了解决现有传统大跨度钢筋混凝土拱形结构施工中需要对拱结构及其支撑体系进行预压，不仅要投入大量劳力、垂直运输和配重材料，施工速度慢，而且拆模后拱体混凝土表面观感较差等问题，提供一种大跨度钢筋混凝土拱形结构免预压施工工艺。

本发明是采用如下技术方案实现的：大跨度钢筋混凝土拱形结构免预压施工工艺，包括以下步骤：

(1)基础工程：打桩基、承台、拱脚；

(2)沿拱结构轴线两端对称搭设支撑体系；

(3)确定预拱度，在支撑体系上搭建整体式弧形底模，弧形底模在拱顶处留有合龙段；

(4)对拱结构进行施工段划分，然后沿拱跨方向对称分段施工；

(5)在每一施工段中，首先在底模上由两端向中间绑扎钢筋，然后支侧模，设置施工段法向模板，支顶模，顶模的支设随混凝土施工高度随支随打，单块顶模沿拱体弧向方向的宽度为1-1.5米，最后浇筑混凝土；待混凝土终凝后拆除顶模、侧模以及法向模板，法向模板拆除后施工缝为法向，施工缝的处理方法为首先应剔除表面浮浆及松散混凝土，剔到实处露出石子后用水冲洗、湿润即可，然后进行下一段施工；

(6)待施工到最后合龙段时，在支撑体系上安装弧形合龙底模可调装置，支侧模，浇筑混凝土，拱结构合龙段施工时的环境温度控制在5-15℃；

(7)底模拆除时要求拱体砼强度达到100％设计强度，落架时考虑结构的体系转换，按照先高后低、先中间后两边，分段对称施工的原则拆除支撑体系。

本发明所述的施工段的划分长度可根据现场实际需要而定。

本发明所述弧形合龙底模可调装置是在发明名称为“大跨度钢筋砼拱形结构施工技术中弧形合龙底模可调装置”，专利号为200620023362.3的申请文件中所公开的专利技术，所以在此未做详细描述。

由于拱结构在施工中以及在拆除支撑体系转换后会产生下列弹性及非弹性变形：A.拱圈由于自重所产生的弹性挠度；B.拱圈因温度变化所产生的弹性挠度；C.拱圈因承台受挤和位移而产生的弹性挠度；D.拱圈应混凝土硬化收缩而产生的非弹性变形；E.拱架在设计荷载下的弹性和非弹性下沉；F.支撑体系的弹性变形和基础受载后的非弹性变形，该拱形结构的预拱度按照以下二次抛物线确定，σ_x＝ασ(1-4x²/L²)，其中σ为拱顶总预加高度；L为拱圈跨度；X为跨中到任意点的水平距离；α为预拱修正系数，取0.5-1.0，此公式是申请人根据现有方法对预拱度的确定的基础上并且经过理论分析、计算以及实践经验总结得来的。

本发明所述的拱顶合拢部分钢筋接头采用冷挤压或焊接方式连接，其它部位的钢筋接头采用直螺纹连接。

由于钢筋混凝土拱跨距大、高度高、施工荷载大，施工中对支撑体系的强度、刚度、稳定性、整体性有很高的要求，目前支撑体系的种类很多，本发明所述的支撑体系采用碗扣式脚手架搭设。经计算后，支撑体系稳定性较高，在保证搭设质量的前提下，完全可以支撑上部荷载。

本发明从第二施工段开始，每段施工时先浇筑1-2m微膨胀混凝土，以控制每段混凝土收缩变形，产生裂缝，拱顶合龙段混凝土也采用微膨胀混凝土，微膨胀混凝土较设计混凝土标号提高一个等级。

与现有技术相比，本发明之所以能实现免预压，其根本的创新点就在于拱顶预留有合龙段，使得拱结构在施工过程中所产生的变形完全释放出来，然后根据合龙段的实际尺寸安装弧形合龙底模可调装置，整个施工工艺具有以下优点：

1、施工安全、操作简单；

2、预拱度变形可控，预拱度值更加准确，本施工方法对消除支撑体系弹性及非弹性变形能够预控，从而保证拱形结构的施工精度；

3、拱体表面圆顺、光滑、拱色泽均匀，未发生砼表面裂纹及蜂窝、麻面、错台等质量通病，保证了施工质量，合龙后的拱形梁质量符合设计、施工规范的要求，达到了预期的效果；

4、简化了施工工序，大大缩短了工期，与同类型工程实例比较，工效可提高一倍，为后续工程和工程的总体竣工创造了有利条件；

5、避免使用大量的配重材料，减少了大量施工机械和人力的投入，大大降低了工程造价；

6、本发明对拱体施工过程中的应力、应变进行全过程监测，通过数据分析和实体检验证明了施工工艺的有效和可操作性；

总之，通过采用本发明所述的施工方法，其施工质量达到了国家验收标准，获得了良好的社会效益和经济效益。

附图说明

图1为本发明所述实施例的施工示意图

图中：1-桩基2-承台  3-第一施工段4-第二施工段  5-第三施工段6-第四施工段

具体实施方式

实施例：以某大学体育馆大跨度钢筋混凝土拱形梁为例进行说明，

一、工程概况：该工程中有两道平行的钢筋混凝土拱南北向跨越体育馆上空，用以支承其屋盖；该拱的中心跨度为115m，拱顶高度为32m；拱的两端为实体断面，中部为矩形空腔断面；截面尺寸为高2.5m，宽1.5m，空腔部分壁厚为400mm；两道拱轴线距离为24米，两拱之间为钢结构拱形网壳。

二、施工方案：

1、拱底基础由桩基和承台组成，承台为箱形基础，每个拱脚下均设计了一个箱形基础，平面尺寸为18.5m×10.5m；

2、支撑体系采用碗扣式脚手架搭设，并沿拱结构轴线两端对称搭设，根据拱结构跨度以及荷载，经过计算得出脚手架横向间距为900mm，纵向间距为1200mm，水平步距为1200mm，在中部立杆两侧450mm处分别增设一道立杆，采用扣件式脚手架搭设，并增加双向水平杆，以承受上部较大荷载；

3、经测量定位后，在支撑体系上搭建整体式弧形底模，拱结构的预拱度可根据公式σ_x＝ασ(1-4x²/L²)逐点确定；

4、模板采用钢制大模板，弧形底模整套设施，侧模和顶模按施工段数量周转使用，因顶模高度影响混凝土浇筑，所以顶模随砼施工高度随支随打，单块顶模加工成窄条，其沿拱体弧向方向的宽度为1-1.5米，这样，不仅更有利于排气，振捣方便，而且拆模后拱体表面观感质量高；

5、如图1所示，将拱结构划分为四个施工段，第一、二、三施工段顺次沿拱跨方向对称施工，其中每一施工段的施工顺序如下，在弧形底模上绑底筋→绑侧壁和顶部钢筋→安装预埋件→支侧模→支施工段法向模板→清理杂物→支顶模→浇筑混凝土，为减少每段混凝土收缩变形，在第二、三、四施工段施工时，每段先浇筑2m长微膨胀混凝土；位于拱顶的第四施工段为合龙段，当施工到合龙段时，钢筋绑扎完成后，拱结构在施工过程中由于受到各种因素影响已产生弹性挠度和下沉变形，此时根据实际尺寸制作弧形合龙底模可调装置并安装在支撑体系上，然后支侧模，浇筑微膨胀混凝土。拱结构合龙段施工时的环境温度控制在5-15℃；

6、在施工过程中待混凝土终凝后拆除顶模、侧模以及法向模板，由于底模拆除及支撑体系落架必须在拱体合龙后并且砼强度达到100％设计强度后才能进行，应制定拆除方案，由中部向两边逐段对称拆除底模，按照先高后低、先中间后两边，分段对称施工的原则拆除支撑体系。