大跨度拱板三維波紋鋼板混凝土施工技術及裂縫控制研究

南鐵雷

（中國水電建設集團十五工程局有限公司，陜西 咸陽 712000）

1 工程概況及主要施工方案

大跨度拱板三維波紋鋼板混凝土直墻拱結(jié)構(gòu)倉儲建筑物，是在兩側(cè)直型墻澆筑完成。利用三維波紋鋼板作內(nèi)模，人工搭設扇形滿堂腳手架作為內(nèi)支撐，為后續(xù)拱板鋼筋制安、混凝土澆筑等工序創(chuàng)造施工條件。鋼筋制安時，將拱板上的環(huán)向鋼筋視為拱形梁，人工在地面先分別獨立加工完后，再用塔吊等將鋼筋梁逐榀吊至三維波紋鋼的凹槽內(nèi)安裝。

外模采用標準復合材料模板，模板和槽鋼制成的弧形骨架通過活動銷釘連接固定，外模隨混凝土澆筑同步安裝。骨架（外模）和三維波紋鋼板，通過φ20螺桿拉筋與肋板上的連接螺栓、￠28主筋焊接固定，使內(nèi)、外模板連成整體。模板加固完成、質(zhì)檢合格后，按照“分層——對稱——連續(xù)”的原則，從兩側(cè)拱腳對稱上升完成拱板混凝土澆筑。

2 施工工藝流程及操作要點

2.1 施工工藝流程

施工工藝流程如下：直墻澆筑→三維波紋鋼板安裝→內(nèi)支撐腳手架搭設→鋼筋制安→外模安裝→拱板混凝土澆筑。

2.2 操作要點

2.2.1 三維波紋鋼板安裝

拱板三維波紋鋼板吊裝前，在直墻混凝土上已完成預埋支撐鋼板施工。頂拱三維波紋鋼板吊裝完后，利用原三維波紋鋼板拱腳兩端的割除件，將頂拱與直墻上的預埋鋼板焊接連成整體。

（1）三維波紋鋼板除銹、防腐。加工成型后的三維波紋鋼板，在地面由人工用砂輪除銹、并涂刷防腐漆。除銹、防腐施工完成后，在地面以榀為單位進行拼裝。

（2）地面拼裝。三維波紋鋼板在地面上以榀為單位拼裝。用自制小推車在拼裝場地內(nèi)完成轉(zhuǎn)用，人工用小撬杠對孔后，采用8.8級螺栓逐塊拼裝。單榀拼裝從兩端開始，按照大小頭依次向外搭接，將中間一塊單元板扣于最外側(cè)。榀與榀連接應采用錯縫搭接。

（3）三維波紋鋼板吊裝。拼裝后的波紋鋼板拱帶采用25t汽車吊按照由中間向兩端的順序吊裝。每組吊裝單元設2個吊點，并設兩根1cm厚鋼板加強吊點剛度，吊點宜位于約1/3跨度處。

每單元吊裝過程中，利用全站儀免棱鏡功能測量，對拱頂、兩側(cè)拱腰處三點找平控制，并進行橫向平整度控制。若不滿足規(guī)范和設計要求，用倒鏈、正反絲杠對單榀進行調(diào)整。

（4）螺栓連接。三維波紋板鋼單元吊裝就位后，對兩組單元的搭接處采用8.8級螺栓連接拼裝。連接螺栓用線繩和吸鐵石從下至上穿過安裝孔位，由人工手持電鉆在拱板三維波紋鋼板外側(cè)安裝。連接螺栓應緊固、可靠，外露絲扣不應少于2扣，連接方向宜從跨中向拱腳的次序進行。若螺栓孔的相應位置不對位時，用小撬杠對孔，不隨意擴孔或打孔[1]。

（5）定位焊接。頂拱波紋鋼板吊裝完后，將原波紋鋼板拱腳兩端的割除件與直墻混凝土上的預埋鐵板焊接、固定，使弧形波紋鋼板與直墻預埋鋼板連接成整體。三維波紋鋼板拱形結(jié)構(gòu)及定位允許偏差應滿足精度要求。

（6）三維波紋襯板空隙混凝土澆筑。頂部波紋鋼板與直墻預埋鋼板焊接完成后，利用建筑物內(nèi)部搭設的滿堂腳手架，安裝木模板，進行建筑物內(nèi)部三維波紋襯板空隙混凝土澆筑。填空混凝土由人工入倉，用￠10振搗棒振搗。

（7）防腐涂料涂裝。拱板混凝土澆筑完成、三維波紋鋼板內(nèi)支撐拆除后，對三維波紋鋼板內(nèi)襯進行防腐涂裝。

防腐、除銹按照噴砂除銹→噴涂底漆→噴涂中漆→噴涂面漆的順序，根據(jù)設計依次施工。

2.2.2 內(nèi)支撐腳手架搭設

三維波紋鋼板采用人工搭設扇形滿堂腳手架作為內(nèi)支撐。

內(nèi)支撐腳手架支撐于庫內(nèi)地坪混凝土面上，架體下鋪設木墊板，木墊板寬度300mm，厚度50mm，統(tǒng)一按進深方向設置。

滿堂腳手架采用￠48.3mm×3.5mm鋼管。立桿沿三維波紋鋼每榀設置13道，橫向水平桿由低至高共布設6層。立桿頂部安裝頂托和木楔，支撐于波紋鋼板波谷處，作為三維波紋鋼板的支撐體。

豎向剪刀撐橫向每5跨設置一道，縱向每隔6m從底至頂連續(xù)設置；水平剪刀撐共設3層，其中掃地桿層設置一層，架體中部設置一層，滿堂支架頂部設一層。內(nèi)支撐滿堂腳手架搭設如圖1所示。

圖1 內(nèi)支撐滿堂腳手架搭設

2.2.3 鋼筋制安的要點

（1）預埋件安裝。波紋鋼板及內(nèi)支撐腳手架施工完后，按照設計圖紙對預埋件的規(guī)格、尺寸等進行檢查，確認無誤后由專業(yè)桁吊廠家進行預埋件安裝。

（2）鋼筋制安步驟如下：①鋼筋梁制作。在預制鋼筋梁的混凝土地面上，用墨線分別彈出每種弧形鋼筋的長度。人工將制好的鋼筋沿弧長分段擺放，并用直螺紋套筒連接成整體。接頭鋼筋在中間擰緊，套筒每端外露不超過兩個有效絲，且不少于1個有效絲。鋼筋接頭面積百分率符合規(guī)范要求。主筋連接完后，按照圖紙間距，將箍筋套入受力主筋。待主筋調(diào)整至設計位置后，再將箍筋和主筋綁扎成整體，形成鋼筋梁骨架。②鋼筋梁吊運入倉。人工配合塔吊或履帶吊，將加工好的鋼筋梁逐榀吊至波紋鋼凹槽內(nèi)。鋼筋吊裝完成后，人工用撬杠等將鋼筋梁調(diào)整至設計位置。③鋼筋安裝。人工用電動液壓鉗將直墻預埋的主筋逐根彎曲后，用鐵絲將鋼筋梁上的￠28主筋與預彎鋼筋綁扎連接成整體，再將鋼筋梁搭接區(qū)外的原套入箍筋（一般預留5支），逐根移至拱腳搭接區(qū)綁扎牢固。鋼筋梁初步安裝完后，先將底層縱向￠16分布鋼筋逐根穿入鋼筋梁內(nèi)，再安裝拱板剩余￠28弧形主筋，最后安裝頂層￠16分布鋼筋，并按圖紙間距安裝￠12掛鉤鋼筋，使拱板鋼筋連接成整體[2]。

2.2.4 拱板混凝土外模安裝

拱板內(nèi)模采用三維波紋鋼板，由滿堂腳手架支撐；外模采用1.5m×0.6m（長×寬）復合材料模板，外模固定在145mm槽鋼加工的弧形骨架上，骨架間距為1.66m，用φ20拉筋（螺桿）與三維波紋板肋板上的連接螺栓焊接固定。外側(cè)模板用塔吊吊至施工面，沿庫長方向通長設置，并按照“平行空倉”的原則，逐層隨混凝土澆筑同步安裝。即先安裝最底層模板，每層混凝土振搗完成后再安裝下一層模板，保證混凝土入倉、振搗最大自由面高度不得超過兩層模板。拱板外模安裝如圖2所示。

圖2 拱板外模安裝

2.2.5 拱板混凝土澆筑

（1）混凝土澆筑?；炷劣?0m3罐車運至施工現(xiàn)場后，用兩臺SY5502THB60混凝土汽車泵從兩側(cè)同時入倉。混凝土澆筑時，按照“分層--對稱--連續(xù)”的原則，從兩側(cè)拱腳對稱上升澆筑，避免失穩(wěn)。拱板混凝土每層澆筑厚度為0.3～0.5m，用軟軸插入振搗棒振搗。拱板外側(cè)模板隨混凝土澆筑同步扣模安裝[3]。

（2）拆模、養(yǎng)護。拱板混凝土為大體積、高標號混凝土，單倉澆筑歷時較長，故澆筑完成24h后拆模。三維波紋鋼板內(nèi)支撐在混凝土立方體抗壓強度達到設計強度80%后，即可拆除。

養(yǎng)護采取涂刷養(yǎng)護劑與灑水覆蓋相結(jié)合的方式，即模板拆除后，先在混凝土外表面涂刷養(yǎng)護劑，再覆蓋土工布并灑水養(yǎng)護不少于14d，確保表面持續(xù)濕潤。

3 裂縫控制研究

根據(jù)已成型段施工效果觀察，澆筑完成后第2d，拱頂及側(cè)墻開始出現(xiàn)多條裂縫，至第7d裂縫數(shù)量趨于穩(wěn)定，其中單側(cè)直墻約14條呈規(guī)律性豎直分布，間距約5m。針對出現(xiàn)的上述問題，項目積極采取應對措施，旨在減少裂縫對結(jié)構(gòu)主體安全的影響，從原材料控制、配合比優(yōu)化、施工過程控制、成品保護及養(yǎng)生等方面積極改進，收效明顯，裂縫數(shù)量減少約60%。

3.1 原材料控制

（1）水泥。本結(jié)構(gòu)屬于大體積混凝土施工，推薦選用水化熱較低的水泥，如硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥或礦渣硅酸鹽水泥。

（2）骨料。骨料優(yōu)選潔凈、級配良好、含泥量較低的中砂和級配良好、空隙率較小的粗骨料，并要求符合國家現(xiàn)行有關混凝土用骨料的標準規(guī)定。根據(jù)項目周邊考察情況，細骨料選用河砂，粗骨料選用人工骨料，花崗巖、反擊破生產(chǎn)工藝。

（3）摻合料。為改善混凝土性能應在其中摻入礦物摻合料，所用摻合料應符合GB 1596用于水泥和混凝土中的粉煤灰、GB/T 18046用于水泥和混凝土中的?；郀t礦渣粉等規(guī)定。本項目根據(jù)試驗確定，粉煤灰選用Ⅱ級粉煤灰。

（4）外加劑。宜采用減水劑改善工作性能，降低用水量，減少收縮，本項目選用KLPCA-R型緩凝聚羧酸高性能減水劑，現(xiàn)場應用效果較好。

3.2 配合比設計優(yōu)化

依據(jù)施工圖紙中的設計指標要求，針對各單體C50直墻拱混凝土配合比設計試驗時，主要從以下幾個方面予以考慮及優(yōu)化。

（1）在滿足混凝土設計技術指標要求的前提下，混凝土力爭選擇較大的粉煤灰摻量，以降低混凝土的絕熱溫升，降低混凝土內(nèi)部溫度，減輕溫控壓力。按照經(jīng)驗和施工規(guī)范要求，混凝土選擇5%、10%、15%、20%粉煤灰摻量進行試驗。根據(jù)試驗結(jié)果確定出滿足混凝土設計技術指標和相關規(guī)范技術要求的最大粉煤灰摻量的混凝土配合比。對各種不同粉煤灰摻量、不同水膠比的混凝土配合比，采用系列試驗設計方法同時進行[4]。

（2）配合比設計表中砂石骨料均以氣干狀態(tài)為準進行試驗，施工中應根據(jù)骨料實際含水率進行配合比調(diào)整。

（3）試驗中注重研究混凝土拌和物的性能，確定出和易性、抗分離性、均勻性好的混凝土配合比，盡可能的使混凝土有良好的施工性能。

（4）混凝土配合比設計全部采用緩凝聚羧酸高性能減水劑進行試驗，混凝土的初凝時間控制在10h左右（室內(nèi)標準試驗條件下）。

3.3 施工過程控制

在施工過程中應加強對粗骨料的檢驗頻次，及時根據(jù)級配情況適當調(diào)整各粒級粗骨料摻配比例，保證混凝土和易性，滿足規(guī)范和施工技術要求。

外加劑對混凝土的性能影響較大，施工必須檢驗每批次進貨減水劑的減水率和摻量、引氣劑的引氣量和摻量，如與報告中的試驗結(jié)果不符時，應調(diào)整外加劑的摻量，保證混凝土的性能、含氣量等技術要求[5]。

拌合站混凝土攪拌時間不少于90s。嚴格控制入倉口坍落度，不宜超過180mm；試驗人員應根據(jù)天氣、結(jié)合現(xiàn)場實際情況進行動態(tài)控制。

澆搗工作。澆搗時，振搗捧要快插慢拔，正確掌握振搗時間，避免過振或漏振，應提倡采用二次振搗，以排除泌水、混凝土內(nèi)部的水分和氣泡。

3.4 養(yǎng)生及成品保護

混凝土養(yǎng)護在混凝土裂縫的防治工作中，對新澆混凝土的早期養(yǎng)護工作尤為重要。以保證混凝土在早期盡可能少產(chǎn)生收縮。對于大體積混凝土，養(yǎng)護時間為14~28d?；炷恋慕禍睾捅毓ぷ鳎簩τ诤翊篌w積混凝土，施工時應充分考慮水泥水化熱問題。采取必要的降溫措施（埋設散熱孔、通水排熱等），避免水化熱高峰的集中出現(xiàn)、降低峰值。澆搗成型后，表面覆蓋薄膜、濕麻袋等進行養(yǎng)護，以防止由于混凝土內(nèi)外溫差過大而引起的溫度裂縫。

夏季應注意混凝土的澆搗溫度，采用低溫入模、低溫養(yǎng)護，必要時經(jīng)試驗可采用冰塊，以降低混凝土原材料的溫度。

4 結(jié)語

本工程采用三維波紋鋼板作為內(nèi)模，即解決了傳統(tǒng)拱形內(nèi)模安裝、支撐、加固耗時較長的問題，又加快了施工進度。外模采用標準復合材料模板，模板和骨架由活動銷釘連接固定，可隨混凝土澆筑同步安裝，即提高了施工效率，又滿足了施工質(zhì)量。整體通過科學合理的施工組織及制定切實可行的裂縫預防措施，取得了一定的社會效益和經(jīng)濟效益。在施工過程中總結(jié)的各項流程、關鍵技術、施工方法等，可為類似工程施工提供參考經(jīng)驗。