大跨度混凝土拱形屋面結(jié)構施工工藝的分析與應用

李忠林

（中交二航局建筑工程有限公司，湖北 武漢 430056）

文章研究的出發(fā)點在于確保大跨度結(jié)構的廣泛應用需基于深入地施工工藝研究。進步的材料、精細的計算模型和施工過程的數(shù)字化為施工方法提供了新契機，如高效的模具系統(tǒng)和預應力施工等，對工程質(zhì)量有著顯著的促進作用。施工環(huán)境的復雜性，包括各種自然和地理因素，決定了施工工藝的選擇需考慮多樣性和適應性。考慮到大跨度結(jié)構的公共性質(zhì)，構建它們時不僅要追求經(jīng)濟效益，還要關注在社會和環(huán)境層面的綜合影響。

1 工程概況

項目總建筑面積為4 473.46 m2，項目占地面積為46 006.45 m2，擬建15棟建筑物及附屬構筑物。其中13棟建筑為非落地拱結(jié)構。拱頂?shù)闹误w系整個放置于基礎筏板上，基礎筏板厚度為400 mm，混凝土強度為C30 P8，待混凝土強度達到要求后方可在上搭設模板支撐體系。

2 大跨度混凝土拱形屋面結(jié)構施工工藝分析

2.1 支撐體系

在施工大跨度混凝土拱形屋面時，支撐體系的構建和管理對確保工程的結(jié)構安全及施工品質(zhì)發(fā)揮著至關重要的作用。該體系主要負責承載包括模板和新澆筑混凝土在內(nèi)的重量，因此其穩(wěn)定性是項目成功的關鍵之一。特別地，支撐體系安放在設計用以均勻分配荷載的基礎筏板上是一項重要的施工步驟。基礎筏板，厚度達400 mm，采用C30 P8等級的混凝土制成，不僅為支撐體系提供了堅固的基礎，也保證了足夠的承載能力和剛性來應對施工中的各類荷載。這里的C30 P8混凝土，即具有30 MPa的抗壓強度和P8級的抗?jié)B性能，確保了結(jié)構的耐久性和穩(wěn)定性。施工前必須確保基礎筏板混凝土強度達到設計要求，這一點通過現(xiàn)場的樣品測試來驗證。只有確認混凝土強度符合規(guī)定后，才能開始搭設模板支撐體系。這個體系的設計必須考慮到施工過程中可能遇到的所有荷載類型，以確保其在整個建設階段的剛性和穩(wěn)定性，避免因荷載變化造成的結(jié)構變形或塌陷。

2.2 拱形屋面結(jié)構梁底（板底）定位

在大跨度混凝土拱形屋面結(jié)構施工中，梁底（或板底）的精確定位是一個關鍵步驟，對整個結(jié)構的穩(wěn)定性和功能性有著直接影響。此環(huán)節(jié)旨在確保拱形結(jié)構的幾何形狀、尺寸及位置準確無誤，為后續(xù)建設打下堅實基礎。首先，根據(jù)設計要求，工程團隊通過先進的測量工具，比如全站儀和激光掃描儀等，進行初步的梁底位置測量。這些設備能提供高精度數(shù)據(jù)，幫助確立梁底的具體位置。在此過程中，對拱頂?shù)那屎托倍冉o予特別關注是至關重要的，因為這影響到屋面的整體穩(wěn)定性和外觀效果。測量后，根據(jù)得到的數(shù)據(jù)安放和調(diào)整梁底模板。這一步驟需要極其精確，以避免任何偏差，防止結(jié)構在受力時性能下降或出現(xiàn)安全問題。施工團隊將通過反復的檢測和調(diào)整，確保每個環(huán)節(jié)均滿足設計規(guī)范。同時，梁底定位過程也需考慮與其他結(jié)構元素的協(xié)同，如拱形屋面與支撐柱和墻體的連接，要求施工隊伍全面考慮整體結(jié)構的協(xié)調(diào)一致。在此過程中，持續(xù)與設計團隊溝通，保持施工執(zhí)行與設計初衷的一致性至關重要。最后，定位完成后需進行包括負荷測試和穩(wěn)定性評估在內(nèi)的一系列檢查，這些是驗證結(jié)構安全性和功能性，確保其符合預期。

2.3 拱形梁模板安裝方式

在大跨度混凝土拱形屋面結(jié)構施工中，拱形梁模板的正確安裝至關重要，它決定了施工的質(zhì)量和結(jié)構的穩(wěn)固性。模板的設計和安裝涉及精確的幾何參數(shù)考量，選材（包括木材、鋼材或塑料）需結(jié)合經(jīng)濟性和實用性，同時保證足夠的強度、剛度和適應性，以承擔混凝土澆筑時的壓力并貼合拱形結(jié)構的特征。支撐系統(tǒng)的設計與布置是確保模板穩(wěn)定性和施工安全的關鍵。包括立柱、橫梁和斜撐等，它們的布局需基于拱形梁的規(guī)模、形態(tài)及預期負荷進行精確計算，以確保整個模板系統(tǒng)的堅固和精確性。模板安裝需通過專業(yè)測量工具進行精確定位和調(diào)整，保證其與設計參數(shù)完全吻合。安裝后的檢查和調(diào)整環(huán)節(jié)同樣關鍵，這確保了模板系統(tǒng)的穩(wěn)固性和密封性，避免混凝土澆筑時的泄漏，并考慮了混凝土填充的均勻性，以及振搗工藝和設備的合理布置。

2.4 混凝土澆筑

在施工大跨度混凝土拱形屋面時，混凝土的澆筑過程顯得尤為關鍵，直接決定了結(jié)構的穩(wěn)固性與耐用性。此過程需綜合考慮混凝土的具體配比、逐步的澆筑步驟、選用的澆筑技術以及后續(xù)的養(yǎng)護策略?；炷恋呐浔仍O計須滿足結(jié)構強度與耐久性的要求，同時兼顧其流動性以適應拱形結(jié)構的特點，保證優(yōu)良的抗裂和控制收縮性能。針對特定的結(jié)構設計和環(huán)境條件，精心調(diào)整水泥、骨料及添加劑的比例至關重要。澆筑時，采取從拱腳至拱頂?shù)捻樞?，有助于保障結(jié)構的均勻性和連續(xù)性，防止施工接縫的產(chǎn)生。在整個澆筑過程中，保持混凝土密實、無缺陷，控制好澆筑速度以防止分層或離析現(xiàn)象，是確保質(zhì)量的基本要求。就澆筑技術而言，選擇合適的方法（如直接、滑模或泵送）對提高工效、確?；炷辆鶆蛐杂兄苯佑绊憽１盟蜐仓蚱涓咝院瓦m應性，在大跨度結(jié)構中尤為常見。養(yǎng)護是確?；炷吝_到預期性能的重要步驟。通過濕布覆蓋、噴水等方式保持濕潤，可以有效避免裂縫產(chǎn)生，促進混凝土強度的提高和穩(wěn)定發(fā)展。

3 大跨度混凝土拱形屋面結(jié)構施工工藝應用

3.1 屋面拱形模板的安裝及加固措施

在建筑實踐中，大跨度的混凝土拱形屋面結(jié)構以其優(yōu)美的外觀和卓越的結(jié)構性能受到偏愛。這一結(jié)構類別的建造技術要求高度精密，特別是模板的搭建和加固環(huán)節(jié)，對整個工程的質(zhì)量和穩(wěn)定性起著決定性作用。拱形模板不僅是成型拱形結(jié)構的核心環(huán)節(jié)，而且安裝的準確性直接關系到最終混凝土成型的準確度和結(jié)構品質(zhì)。在模板安裝的前期，精確測量和定位至關重要。借助先進的測繪設備和技術，保證了基準線和支點的準確布置，為模板的正確安放打下了堅實的基礎。制作模板時，依據(jù)設計要求和結(jié)構特點來選取合適的材料，如木材、鋼材或復合材料，確保模板具備準確的外形和適當?shù)膭傂砸缘挚够炷潦┕さ膲毫?。在模板的安裝與支撐階段，構建穩(wěn)固的支撐系統(tǒng)是至關重要的。通常利用鋼管和支架等構件搭建一套堅固的臨時支撐體系，以保障模板在澆筑混凝土期間的穩(wěn)定性。支撐系統(tǒng)的設計要考慮拱形結(jié)構特性和施工階段可能遭遇的各種負荷，以保障其足夠的強度和穩(wěn)定性。關鍵部位的模板，特別是在拱肋和拱頂?shù)葏^(qū)域，需特別加固，以避免施工期間的移位或形變。

3.2 施工方法及操作要求

在建設大跨度的混凝土拱形屋面結(jié)構時，優(yōu)良的施工準備工作對于項目的成功至關重要。項目團隊應首先對工作人員進行詳細的技術說明，覆蓋進度計劃、品質(zhì)目標、作業(yè)布置、操作關鍵點、注意事項以及品質(zhì)和安全標準。與此同時，項目團隊需與設計、業(yè)主、監(jiān)理等利益相關者充分溝通，共同解決圖紙上的疑問，并記錄在會審摘要中。

在技術籌備方面，確定模板的施工策略和總體部署計劃至關重要，同時還需要與設備安裝方面進行緊密配合，注重對嵌件等敏感部分的保護措施。項目還須制定專門的模板支架施工方案，并在方案通過評審之后才能執(zhí)行。對于不同區(qū)域的模板及高支模結(jié)構，施工人員應得到專項的技術說明，明確施工流程和操作技巧?，F(xiàn)場的準備工作涉及工房的設置、加工車間和道路的建設、施工電力的接入，并及時安排模板、木梁、鋼管、機械設備和人員的到場。所有到場的支架和配件必須經(jīng)過復檢，并在驗收合格后進行分類存放并明確標記。在確保施工基礎穩(wěn)固方面，高支模的立柱必須承載足夠的重量，此外，筏板厚度、混凝土強度和基礎的承載力也需達到施工要求。立柱支撐時應使用統(tǒng)一尺寸的木墊板。支架搭建需地面平整，必要時進行地面找平。地基的承載力應滿足JGJ162標準。模板支撐系統(tǒng)的搭建應符合規(guī)定，確保結(jié)構尺寸、形態(tài)和相互位置的準確性，同時保障足夠的承載力、剛度和穩(wěn)定性，并應易于安裝。支撐層級多時，上下層的支點應保持垂直對齊。當跨度超過4 m的混凝土板采用現(xiàn)澆法時，模板需形成拱形。高于2 m的豎向模板安裝時，應避免站在下層模板上操作，并采取臨時固定措施。若支架立柱或頂表面傾斜，必須采取加固措施，掃地桿和水平拉桿的設置也要根據(jù)設計要求進行。

3.3 支撐架使用

在大跨度混凝土拱形屋面結(jié)構施工中，支撐架的應用及混凝土的正確澆筑是施工成功的關鍵要素。為降低對結(jié)構的沖擊和震動，天泵澆筑法被優(yōu)先考慮。施工前，確保所有隱蔽工作和模板都已通過驗收，同時詳盡規(guī)劃混凝土采購，內(nèi)容涵蓋工程地點、施工區(qū)域、強度等級、所需總量、添加劑類型、坍落度及預定澆筑時間等。此外，提前24 h確認混凝土供應的可行性，以保障澆筑工作的順暢執(zhí)行。

在混凝土澆筑前，派遣專人至攪拌站進行監(jiān)督，確?；炷临|(zhì)量達標。通過檢查混凝土配比和實際坍落度后，確認無誤即可開始澆筑，過程中需定期抽樣檢測。模板和支撐結(jié)構必須具備充分的強度和穩(wěn)定性，以承受混凝土泵送時產(chǎn)生的側(cè)向壓力。保護鋼筋不受損害，防止?jié)仓^程中發(fā)生位移或變形，必要時進行加固。首先完成主體剪力墻的澆筑，待柱體混凝土強度達到75%以上時，再著手高支模區(qū)域和結(jié)構拱頂?shù)氖┕ぁ９绊敐仓獜闹醒胂騼蓚?cè)均衡對稱進行，力求一次成型，避免設置施工縫。泵送混凝土時，保持布料管出口至模板內(nèi)側(cè)距離不小于50 mm，避免直接對準模板或鋼筋。

3.4 監(jiān)測監(jiān)控

施工大跨度混凝土拱形屋面結(jié)構要求精細的過程控制和實時監(jiān)測，確保工程安全和施工效率。此過程涉及密集追蹤關鍵指標如應力、位移、溫差及支撐應力等。制定監(jiān)測計劃，包括目標設定、監(jiān)測點的精確布局、選擇合適監(jiān)測設備及定期數(shù)據(jù)收集是必需的。監(jiān)測點應選擇在結(jié)構的關鍵部位，如拱基、頂點和肋部，以及支撐結(jié)構，從而全面評估施工各階段對安全性和穩(wěn)定性的影響。從施工前的準備工作開始，包括對基礎和支撐結(jié)構的初始評估，監(jiān)測工作貫穿整個施工周期。隨工程進展，根據(jù)工程實際需要調(diào)整監(jiān)測頻次和點位。特別是在混凝土澆筑期間，需密切關注溫度變化和收縮情況，采取適當措施控制熱影響。同時，監(jiān)控工作也包括評估動態(tài)環(huán)境因素，如風荷載和振動的影響，尤其是在關鍵的結(jié)構轉(zhuǎn)換階段。

3.5 拱形屋面模板的雙面支模保證砼振搗密實(防滲水)及砼面的觀感

在建造大跨度混凝土拱形屋面時，確?；炷翝仓_到高密實度以抵御水滲透，同時維持表面光潔度，是施工中的核心任務。此過程的關鍵環(huán)節(jié)之一便是雙面支模技術的有效運用。雙面支模設計涉及精心制作的內(nèi)外模板，兩者需要以一定的強度和準確度相結(jié)合。這些模板不僅要能夠承載混凝土的重量，還要在振搗時保持穩(wěn)定，以促進混凝土顆粒緊湊排列，消除空氣泡并充實結(jié)構。振搗工具的恰當選擇和使用是確?；炷撩軐嵍群蜏p少滲漏的關鍵。整個振搗過程應均勻進行，避免因不均勻作業(yè)導致的材料強度不一或表面不平。養(yǎng)護階段同樣重要，適宜的養(yǎng)護環(huán)境有助于混凝土逐步硬化和減少缺陷。

3.6 砼振搗密實的影響因素及控制措施

在實施大跨度混凝土拱形屋面結(jié)構的施工過程中，混凝土的振搗密實性是確保結(jié)構強度和耐久性的關鍵。這一過程受多個變量影響，包括混凝土配比、振搗設備、操作技術和環(huán)境條件?；炷恋呐浔纫脑O計以優(yōu)化其流動性和可振搗性，這要求合理配置水泥、水、骨料和外加劑的比例。適宜的配比不僅有助于振搗作業(yè)，還能防止水分過多導致的離析。振搗設備的選擇應當考慮施工的具體需求，而振搗棒的尺寸、頻率和幅度應與混凝土的黏度和施工深度匹配。正確的設備能夠更有效地排除氣泡，確?；炷恋木|(zhì)性。操作技術包括逐層振搗和控制振搗時間，以及科學地設置振搗點間距，確保每部分混凝土都得到適當?shù)奶幚?，避免出現(xiàn)密實度不均或物料分層的問題。

4 結(jié)語

總之，在大跨度混凝土拱形屋面結(jié)構施工工藝的應用中，優(yōu)化施工工藝的目的是確保公共建筑滿足安全、耐用和功能性的高要求。文章全面分析了施工技術，為行業(yè)專家提供了實用的見解，推動了建筑技術的發(fā)展，對于增強建筑項目質(zhì)量與工作效率具有顯著影響。