大跨度空腹夾層板混凝土澆筑施工方法分析及應(yīng)用

孫鳳嬌

(中鐵十六局集團第四工程有限公司，北京市懷柔區(qū)迎賓中路2號 101400)

通常情況下，普通結(jié)構(gòu)大跨度施工，例如體育場館等，大部分為單層建筑，采用鋼結(jié)構(gòu)大梁或者大截面預(yù)應(yīng)力梁，梁高高，層高高，但有效層高低，嚴(yán)重影響空間合理利用?？崭箠A層板結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，可進行多層大跨度建筑建設(shè)，有效將多個單層大跨度建筑合并為一棟建筑，大大節(jié)省了土地占用[1]。空腹夾層板結(jié)構(gòu)具有跨度大、無預(yù)應(yīng)力、層高占用少、梁體中空等特點，空間利用率極高，且安裝工程配合空腹安裝，更有效的提高了空間的利用，該結(jié)構(gòu)不僅有效提升了空間的利用，且減少了投資成本[2]。但其結(jié)構(gòu)新穎，尚無有效合理的施工工藝，以配合現(xiàn)澆空腹夾層板結(jié)構(gòu)的施工。文中著重分析空腹夾層板結(jié)構(gòu)混凝土施工方法，尋求最優(yōu)施工方式，并成功的應(yīng)用到施工項目，取得了較好的成效。

1 工程概況

貴州省老干部活動設(shè)施改擴建工程±0.000以上結(jié)構(gòu)采用空腹夾層板形式。正交斜放混凝土空腹夾層板結(jié)構(gòu)，跨度為23.4 m，此結(jié)構(gòu)形式為世界首例。正交正放混凝土空腹夾層板，跨度為31.2 m。組合空腹夾層板，跨度為39.0 m，其下肋為U形鋼板、混凝土組合的形式[3]?？崭箠A層板結(jié)構(gòu)為中空形式，結(jié)構(gòu)通透感強，中空部分可以用于消防、暖通及電氣等安裝工程，尤為適用大型公共建筑，節(jié)省了大量土地等資源?？崭箠A層板結(jié)構(gòu)為新型結(jié)構(gòu)，施工難度大，工藝復(fù)雜，下肋結(jié)構(gòu)尺寸小，混凝土量小，澆筑難度大。

2 空腹夾層板結(jié)構(gòu)本身特點對混凝土施工的影響

空腹夾層板結(jié)構(gòu)將井字梁樓蓋實心肋梁的中間挖空，形成上肋和下肋，僅保留肋梁交點處的混凝土作為“剪力鍵”，剪力鍵主要用以傳遞剪力，使上下肋協(xié)同工作，圖1為空腹夾層板空間圖[4]。

圖1 空腹夾層板空間圖Fig.1 Spatial diagram of open-web sandwich plate

空腹夾層板結(jié)構(gòu)復(fù)雜，傳統(tǒng)施工工藝無法滿足空腹夾層板施工要求?？崭箠A層板下肋結(jié)構(gòu)僅為框梁結(jié)構(gòu)，且跨度大，無預(yù)應(yīng)力，下肋結(jié)構(gòu)尺寸較小，其中正交斜放上下肋橫截面尺寸為350 mm×250 mm；正交正放上下肋橫截面尺寸為300 mm×200 mm；組合空腹夾層板上下肋橫截面尺寸為400 mm×350 mm，薄板厚度為100 mm，剪力鍵尺寸見表1。模板及支架支撐復(fù)雜，剪力鍵高度較大，施工極為不便，且中間中空無作業(yè)面，人員施工作業(yè)不安全[5]。澆筑下肋混凝土?xí)r較為困難，不易振搗，極易出現(xiàn)混凝土澆筑不密實的情況，形成質(zhì)量隱患。

表1 剪力鍵尺寸參數(shù)表

3 空腹夾層板結(jié)構(gòu)混凝土澆筑施工方法分析

為了提高施工速度，同時保證結(jié)構(gòu)的安全性，本工程在施工之前做了3種混凝土澆筑方式的1:1網(wǎng)格模型對比試驗，從而得到了較為適宜的澆筑方法。

3.1 施工方法

3.1.1 一次澆筑成型的施工方法

一次性安裝空腹夾層板結(jié)構(gòu)所有模板，利用剪力鍵貫通位置澆筑混凝土，通過混凝土自流性，自動灌滿下肋結(jié)構(gòu)。單條下肋長度為2.6 m，中間部位混凝土不易到達，剪力鍵處易造成混凝土堆積，混凝土振搗施工極為不便。下肋處混凝土振搗，由于剪力鍵高度有限，存在漏振、過振現(xiàn)象，形成嚴(yán)重質(zhì)量問題，且底部布滿支架，工人移動較難，燈光暗淡，容易造成工人墜落危險，施工效率極低[6]。一次性澆筑成型示意圖，如圖2所示。

圖2 一次性澆筑成型示意圖Fig.2 Schematic diagram of one-time-concretingshaping

3.1.2 兩次澆筑成型的施工方法

(1)在下肋1/3位置留設(shè)施工縫

將上下肋及薄板的模板一次性搭設(shè)完畢，預(yù)留上肋底部模板不安裝，利用上肋底部進行混凝土施工，采用細石混凝土，第一次僅澆筑空腹夾層板下肋混凝土，在空腹夾層板與實腹梁交接位置的下肋1/3處，留設(shè)60°斜角的施工縫。二次澆筑前，對混凝土接縫處，進行鑿毛處理，確保其連接緊密。下肋混凝土接縫在下肋1/3處，鑿毛處理極為不便，且不能有效的處理干凈底部的殘渣，容易造成混凝土夾渣的可能性。鑿毛同時綁扎剪力鍵、上肋和薄板的鋼筋，第二次進行整個面層混凝土施工。二次混凝土施工，在下肋靠近梁端處，接縫處混凝土不易到達，且振搗不易，部分區(qū)域需人工運送混凝土進行澆筑，加大了人工成本，降低了施工效率。對下肋的整體性不易滿足，影響其整個空腹夾層板協(xié)同受力情況[7]。兩次澆筑成型，下肋1/3位置留設(shè)施工縫示意圖，如圖3(a)所示。

(2)在上肋底部、下肋頂部平面留設(shè)施工縫

模板一次性搭設(shè)完畢，預(yù)留上肋底部模板不安裝，利用上肋底部進行混凝土施工，第一次澆筑完成下肋以及剪力鍵(至上肋底部平面)混凝土，實腹梁處的混凝土澆筑到下肋頂部平面處，保證下肋結(jié)構(gòu)的整體性。第二次澆筑上肋及薄板混凝土，同時澆筑完成實腹梁剩余部分混凝土[8]。兩次澆筑成型，在上肋底部、下肋頂部平面留設(shè)施工縫的施工方法示意圖，如圖3(b)所示。

(a)下肋1/3位置留設(shè)施工縫

(b)在上肋底部、下肋頂部平面留設(shè)施工縫圖3 兩次澆筑成型施工示意圖Fig.3 Schematic diagram of twice pouring molding construction

3.2 施工方法對比分析

3.2.1 施工難易程度

方法1，下肋中間部分混凝土不易到達，剪力鍵處容易堆積混凝土，下肋振搗工作難度大，危險性高。方法2，下肋與剪力鍵交接處的施工縫難以處理，接縫處處理較難，需人工提運混凝土澆筑，加大了人力物力的消耗。方法3，施工最為方便，確保了下肋的整體性，人員不存在在下部支架內(nèi)施工，施工便捷。

3.2.2 施工質(zhì)量

方法1，一次成型的施工方式由于鋼筋密集，以及混凝土流動性較差，難以實現(xiàn)，混凝土不易滿布，容易出現(xiàn)嚴(yán)重質(zhì)量問題。方法2，接縫處在空腹夾層板與實腹梁交接處的下肋1/3位置，施工縫處容易出現(xiàn)質(zhì)量問題，且不易處理。方法3，接縫在上肋底部、下肋頂部平面留設(shè)，下肋為一個整體，無豎向施工縫，施工質(zhì)量最好，效果最佳。

3.2.3 施工工期

方法1，一次性成型的方法由于鋼筋較密以及混凝土流動性不能滿足，其尚不可行，工人振搗不便，移動速度慢，大大降低了混凝土施工效率，整體澆筑時間較長。方法2，下肋接縫處理難度大，且無法有效的清理殘渣，下肋接縫數(shù)量多，工人操作極為不便，該施工方法的澆筑時間最長。方法3，現(xiàn)場兩次澆筑成型，在上肋底部、下肋頂部平面留設(shè)施工縫，施工縫在板面處理，鑿毛容易，采用工業(yè)吸塵器清理雜物，施工便捷，且節(jié)省人力物力，該施工方法施工效率最高。

3.2.4 小結(jié)

綜合上述分析對比，方法3為空腹夾層板混凝土施工的最優(yōu)施工方法，施工操作方便，工人無安全隱患，結(jié)構(gòu)質(zhì)量能得到保證，大大提高了施工效率，有效的解決了空腹夾層板混凝土澆筑困難，降低了施工成本，該施工方法值得推廣應(yīng)用。

4 空腹夾層板混凝土施工方法應(yīng)用

4.1 模板安裝

模板安裝采取多次安裝的形式，待支架完成后，安裝空腹夾層板下肋模板，完成后綁扎下肋鋼筋，之后安裝下肋側(cè)模、剪力鍵側(cè)模及上肋薄板底模，預(yù)留上肋底板模板不安裝，待下肋混凝土完成后在鋪設(shè)上肋底板模板，最后一次性施工上肋、薄板及普通結(jié)構(gòu)。模板安裝方式如圖4、圖5所示。

4.2 混凝土澆筑施工

空腹夾層板結(jié)構(gòu)現(xiàn)澆混凝土施工時，采用一次性搭設(shè)支架模板體系，分次澆筑混凝土的形式施工，從而保證混凝土連接緊密，施工便捷。

圖4 第一次支架搭設(shè)立面細部圖Fig.4 Vertical details of the first support erection

圖5 第二次模板安裝立面細部圖Fig.5 Vertical details of the second formwork installation

首先完成空腹夾層板柱子的鋼筋模板施工，澆筑柱子混凝土，混凝土澆筑至與梁體交接處下10 cm位置，同時搭設(shè)一次性支架模板體系，綁扎下肋鋼筋。第二次混凝土施工單獨澆筑下肋混凝土，下肋混凝土澆筑采用地泵接管至樓層板，采用布料機或吊管形式布料，利用可調(diào)速的地泵，泵送混凝土至樓層板，第二次混凝土澆筑至下肋頂位置，四周框梁澆筑至下肋頂板，剪力鍵澆筑至上肋底板位置。完成第二次澆筑后及時對框梁及剪力鍵進行鑿毛處理，利用工業(yè)吸塵器，清理梁內(nèi)及板面雜物，有效的保證其混凝土的接觸面。同時鋪設(shè)上肋底板模板，并綁扎鋼筋等，在下肋混凝土完成后，即可封閉上肋底板模板，大大節(jié)省了工期，同時避免了工人的長時間誤工。最后采用地泵澆筑第三次空腹夾層板混凝土，完成整層空腹夾層板混凝土澆筑[9]，如圖6所示。

4.3 應(yīng)用效果

兩次澆筑成型，在上肋底部、下肋頂部平面留設(shè)施工縫的施工方法的使用，重點解決了空腹夾層板下肋尺寸小，工作面小的難題，相比人工提運澆筑方式和塔吊或吊車吊料斗的澆筑方式，澆筑速度提高3倍以上。有效地節(jié)約了施工材料成本及人工成本，且可流水施工，加快施工工期，提高了作業(yè)效率。本施工方法在貴州省老干部活動設(shè)施改擴建項目得到了應(yīng)用，證明了該方法有效，大大的縮短了施工工期，且經(jīng)濟效益尤為顯著[10]。

圖6 空腹夾層板混凝土澆筑過程示意圖Fig.6 Schematic diagram of concrete pouring process of open web sandwich plate

5 結(jié)論

空腹夾層板結(jié)構(gòu)為新型結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)的施工工藝無法滿足其施工要求，文中重點詳述了空腹夾層板混凝土施工的難點所在，同時分析多種應(yīng)對辦法，通過分析對比，得出最佳施工方法，此方法的應(yīng)用為空腹夾層結(jié)構(gòu)的應(yīng)用推廣奠定了基礎(chǔ)。