□文/馬慧利 沈曉龍 趙岳晴

馬鞍形雙曲面屋面超大混凝土環(huán)梁施工工藝

□文/馬慧利 沈曉龍 趙岳晴

文章敘述了如何突破高空馬鞍形雙曲面大體積混凝土環(huán)梁的施工瓶頸，合理劃分施工段，綜合BIM技術(shù)進(jìn)行三維空間定位，特殊節(jié)點部位進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新。在保證安全、高質(zhì)量施工的前提下縮短工期、節(jié)約造價、空間定位精準(zhǔn)。

跳倉法；高空；馬鞍形；雙曲面；大體積混凝土；環(huán)梁

1 工程概況

天津理工大學(xué)體育館屋頂為索穹頂結(jié)構(gòu)，目前為國內(nèi)規(guī)模最大、技術(shù)最為先進(jìn)的索穹頂結(jié)構(gòu)。其他索穹頂結(jié)構(gòu)各拉索著力點多依托于鋼結(jié)構(gòu)，而依托屋面混凝土環(huán)梁結(jié)構(gòu)的情況實屬罕見。屋面混凝土環(huán)梁厚度1 m，環(huán)梁平面投影為4個不同圓心、不同半徑扇形組成的橢圓形，空間形式為不規(guī)則馬鞍形雙曲面，南北對稱，東西對稱，最大跨度117.4 m，環(huán)梁外側(cè)標(biāo)高18.192～25.809 m、內(nèi)側(cè)標(biāo)高為21.868～27.250 m，寬度5.805～7.418 m不等，為索結(jié)構(gòu)提供附著支撐，見圖1。

圖1 雙曲面環(huán)梁

2 工藝特點及創(chuàng)新

1）本著“逆坡”的原則，采用“由低到高、由外而內(nèi)，分層澆筑”的混凝土施工順序，避免了高空馬鞍形雙曲面大體積混凝土結(jié)構(gòu)由于施工順序、結(jié)構(gòu)變形、結(jié)構(gòu)標(biāo)高不規(guī)則變化、冬季施工限制等可能引起的質(zhì)量通病，保證了工程質(zhì)量。

2）屋面環(huán)梁坡向角度在10°～19°范圍內(nèi)時，垂直于坡向增設(shè)2道緩沖帶，緩沖帶間隔2.5 m，每一道緩沖帶不得形成閉合圓弧。該方法有效減小混凝土沖擊力，保證架體、模板穩(wěn)定性，同時也有效制約了骨料堆積、集中滑移等現(xiàn)象產(chǎn)生。

3）采用膨脹加強帶替代原設(shè)計的后澆帶做法，避開后澆帶工藝的時間限制，縮短工期，有效節(jié)約成本。本工藝實施時間恰巧處于冬季，氣溫較低，膨脹較弱，在后期使用過程中不易受季節(jié)性溫度變化影響產(chǎn)生收縮裂縫。

4）采用了索結(jié)構(gòu)，索構(gòu)件鋼制預(yù)埋件受力大，有效避免了節(jié)點部位鋼筋密度過大無法振搗的難題，保證了混凝土澆筑質(zhì)量，一次就位。

3 工藝原理

馬鞍形雙曲面屋面超大混凝土環(huán)梁施工是通過BIM技術(shù)進(jìn)行空間定位，采用輪扣滿堂支撐體系，對大體積混凝土施工順序進(jìn)行充分分解，按照對稱分區(qū)、水平向由中線到兩側(cè)、徑向由外到內(nèi)、斷面由底面到頂面分層澆筑的原則進(jìn)行施工，混凝土添加一定劑量外加劑，滿足水化熱、伸縮變形、和易性等要求，全面提升混凝土構(gòu)件的施工質(zhì)量。

4 施工工藝流程及操作要點

4.1 工藝流程

架體支設(shè)→混凝土環(huán)梁空間定位→支模及綁扎鋼筋→埋件定位與安裝→測溫點布置→澆筑混凝土→收面→養(yǎng)護(hù)→測溫→監(jiān)測→拆模。

4.2 操作要點

4.2.1 架體支設(shè)

1）根據(jù)立桿及橫桿的設(shè)計組合，從底部向頂部依次安裝立桿、橫桿并用儀器控制水平框架的縱向垂直度、橫向水平度。斜撐通過扣件與支架連接，保證架體與主體結(jié)構(gòu)拉結(jié)牢靠。

2）支撐架搭設(shè)完畢后，對其平面位置，頂部各點標(biāo)高，節(jié)點連接及縱橫向穩(wěn)定性進(jìn)行復(fù)核。

4.2.2 混凝土環(huán)梁空間定位

應(yīng)用BIM模擬建造技術(shù)進(jìn)行仿真建模，以跨為單位，重新確定測設(shè)點數(shù)量?；炷镰h(huán)梁平面投影為4個不同圓心、不同半徑的橢圓形，共計31跨，每跨圓弧部分曲率均不一致，坡向角度4°～19°不等，坡度為4°～10°時間每跨分為4個扇形單元，分別確定末端點的空間位置，然后進(jìn)行近似連接，通過人工支模進(jìn)行調(diào)整，形成“近似”弧線；坡度為11°～19°時，重新確定扇形單元數(shù)量，增加測設(shè)點數(shù)量至10個，導(dǎo)出構(gòu)件空間位置坐標(biāo)數(shù)據(jù)并以此為依據(jù)進(jìn)行測設(shè)定位。

4.2.3 支模及綁扎鋼筋

鋪設(shè)底模板時，模板邊緣大于結(jié)構(gòu)尺寸10 cm左右。根據(jù)定位坐標(biāo)將雙曲面環(huán)形結(jié)構(gòu)內(nèi)圓、外圓水平投影線放出并根據(jù)內(nèi)圓放線位置支設(shè)內(nèi)圓側(cè)模板。以內(nèi)圓模板位置為起始點布設(shè)結(jié)構(gòu)徑向第1層鋼筋，鋼筋長度按照該跨最長鋼筋長度在地面進(jìn)行統(tǒng)一切割。環(huán)形鋼筋布置完成后用手持切割機(jī)對徑向鋼筋外圓端進(jìn)行統(tǒng)一切割調(diào)整。以外圓模板位置為起始點布設(shè)徑向第2層鋼筋，鋼筋長度同樣以該跨最長鋼筋長度為準(zhǔn)統(tǒng)一加工，固定位置后統(tǒng)一采用手持式切割機(jī)切割調(diào)整。第3層鋼筋同理。

4.2.4 埋件定位與安裝

根據(jù)BIM模型導(dǎo)出數(shù)據(jù)確定預(yù)埋件的預(yù)埋位置，確定定位參照點，利用塔吊將預(yù)埋件吊裝至安裝位置處進(jìn)行安裝、復(fù)核、固定，見圖2。

圖2 埋件安裝

4.2.5 測溫點布置

按照大體積混凝土施工規(guī)范及混凝土冬季施工要求設(shè)置測溫點，將電偶測溫導(dǎo)線預(yù)埋在混凝土板下、板中、板上、混凝土表面與保溫棉氈被間4個部位并將其固定在鋼筋上，見圖3。

圖3 溫點埋設(shè)

4.2.6 澆筑混凝土

1）確定混凝土跳倉分區(qū)及澆筑順序?；炷镰h(huán)梁厚度1 m，構(gòu)件厚度1 m，上口寬度5 482～7 359 mm不等，周長319 m，總體積為2 200 m3，屬于大體積混凝土范疇。原設(shè)計于長軸、短軸位置設(shè)置后澆帶，施工周期長，于是將其變更為膨脹加強帶，塊區(qū)澆筑完成后可直接施工，節(jié)約工期約45 d，見圖4。環(huán)梁整體采用跳倉法澆筑，每一分區(qū)分3層澆筑，首先澆筑1、3分區(qū)由分區(qū)中線位置（標(biāo)高為分區(qū)最低處）向兩側(cè)澆筑，每次澆筑一跨，徑向從外向內(nèi)徑方向平均分3次澆筑。澆筑2、4分區(qū)時從兩端向中線位置（標(biāo)高分區(qū)最高處）澆筑，時間控制及分層方法同1、3分區(qū)，見圖5和圖6。

圖4 膨脹加強帶施工

圖5 環(huán)梁分區(qū)及膨脹加強帶位置

圖6 混凝土澆筑順序

2）設(shè)置混凝土緩沖帶。由于混凝土分3層，結(jié)構(gòu)坡向角度為10°～19°，澆筑混凝土?xí)r流體沖擊力較大，為防止對架體及模板體系的沖擊變形，按照垂直于環(huán)梁徑向方向設(shè)置緩沖帶，見圖7。緩沖帶由快易收口網(wǎng)、龍骨架、定位筋構(gòu)成，定位筋與結(jié)構(gòu)筋綁扎連接，間距0.8～1 m，視結(jié)構(gòu)坡度大小進(jìn)行增減，該緩沖帶連續(xù)長度不得超過3 m，須做交錯處理。

圖7 緩沖帶位置

3）確定混凝土各項指標(biāo)。屋面環(huán)梁混凝土強度等級C35，坍落度為（160±10）mm、（180±10）mm，施工時摻入適量高性能抗裂劑以及其他冬季施工必要外加劑。

膨脹加強帶采用C40微膨脹混凝土，呈梯形，帶上口寬3 m，下口寬1 m，帶兩側(cè)加快易收口網(wǎng)，達(dá)到免拆模效果，膨脹加強帶的鋼筋與后澆帶鋼筋配筋相同。

4）混凝土振搗。澆筑混凝土?xí)r采用二次振搗方式，振搗時振搗棒要快插慢拔且必須插入下層≥50 mm（根據(jù)分層厚度，在振動棒上作紅漆刻度線來控制）。

鋼制埋件部位鋼筋密度很大，采用30級振搗棒，振搗時間控制在35～45 s范圍內(nèi)，使上部懸浮骨料盡量下沉，埋件部位混凝土密實無空腔，保證振搗質(zhì)量。在振搗過程中，不得觸及鋼筋，模板，以免發(fā)生移位，跑模現(xiàn)象。

4.2.7 收面

1）混凝土振搗完成后，按預(yù)定標(biāo)高使用大杠刮平，使表面無凸出石子。如表面泌水應(yīng)及時集中排除，重新用大杠再次刮平。

2）混凝土表面泌水處理。支模時在混凝土澆筑前進(jìn)方向側(cè)模底部留孔，用以排出泌水和浮漿。表面浮漿較厚時，宜在混凝土初凝前加入粒徑為1～2 cm的石子，均勻鋪撒后表面用木抹子抹平。在混凝土終凝前1 h左右應(yīng)進(jìn)行再次抹壓，使混凝土表面更加密實。

4.2.8 養(yǎng)護(hù)

環(huán)梁大體積混凝土處于冬期施工，側(cè)面采用帶模養(yǎng)護(hù)方式，側(cè)面模板拆除時間需同時滿足拆模臨界強度和大體積混凝土的溫度規(guī)定，面層采用一層塑料薄膜加兩層保溫材料組成的保溫保濕養(yǎng)護(hù)法。

大體積混凝土在養(yǎng)護(hù)時間應(yīng)以測溫結(jié)果來確定，不少于14 d。在整個養(yǎng)護(hù)期內(nèi)，混凝土表面應(yīng)始終保持濕潤狀態(tài)，對摻有膨脹劑的混凝土尤應(yīng)蓄水保護(hù)。但氣溫低于5℃時，不得澆水養(yǎng)護(hù)和蓄水養(yǎng)護(hù)。保溫材料的厚度和蓄水厚度應(yīng)經(jīng)過計算。確保混凝土內(nèi)外溫差≯25℃，降溫速度≯1.5℃/d。

4.2.9 測溫

混凝土澆筑體在入模溫度基礎(chǔ)上的溫升值不宜＞50℃。里表溫差（不含混凝土收縮的當(dāng)量溫度）不宜＞25℃。降溫速率不宜＞2.0℃/d。表面與大氣溫差不宜＞20℃。測溫應(yīng)從混凝土硬化后至撤除保溫時為止，中間不得間斷。測溫不少于20 d。

測溫的時間間隔應(yīng)符合以下規(guī)定：

1）混凝土澆筑后1～3 d內(nèi)2 h一次；

2）混凝土澆筑后4～7 d內(nèi)4 h一次；

3）混凝土澆筑后8 d以后至撤除保溫時，8 h一次；

4）撤除保溫后，每天一次；

5）測溫結(jié)果應(yīng)隨時檢查，當(dāng)各項溫差＞18℃時應(yīng)引起注意，超過20℃時應(yīng)報技術(shù)人員，以便根據(jù)情況采取必要措施，確保各種溫差保持在控制范圍內(nèi)。

4.2.10 監(jiān)測

環(huán)梁混凝土澆筑后嚴(yán)密監(jiān)測其標(biāo)高及支撐體系的變化，于是在環(huán)梁外側(cè)均勻布置20個監(jiān)測點，按照以下要求進(jìn)行監(jiān)測。

1）環(huán)梁混凝土達(dá)到上人強度后復(fù)測一次，4 d后復(fù)測一次；支撐體系在澆筑混凝土前后各測量一次，澆筑混凝土后測量一次。

2）測量后及時分析監(jiān)測數(shù)據(jù)，主要查看混凝土澆筑前后的標(biāo)高變化，平面位置變形變化，分析支撐體系是否出現(xiàn)大的變形。

4.2.11 拆模

拆模前，制作試拆模臨界強度試塊，達(dá)到拆模臨界強度后方可拆除側(cè)模。

5 質(zhì)量保證措施

1）空間定位數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、詳細(xì)。

2）嚴(yán)格按照規(guī)范要求布設(shè)測溫點，按照測溫標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行實時測溫。

3）鋼制預(yù)埋件定位安裝誤差控制在±3 mm以內(nèi)，滿足后期索結(jié)構(gòu)施工要求。

4）嚴(yán)格控制混凝土外加劑的摻入量，按照不同區(qū)域、位置限制混凝土塌落度。

5）嚴(yán)格按照既定澆筑順序進(jìn)行施工，不允許顛倒或打亂。坡度在10°～19°范圍內(nèi)必須設(shè)置緩沖帶，不得不設(shè)或漏設(shè)。

6）混凝土養(yǎng)護(hù)過程嚴(yán)格按照大體積混凝土及混凝土冬期施工標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

6 結(jié)語

通過采用該施工工藝實現(xiàn)了環(huán)梁的精確定位，減少鋼筋廢料，保證了環(huán)梁保護(hù)層厚度，坡向大體積混凝土的分層、分區(qū)澆筑收效良好，至今無裂縫產(chǎn)生。同時將原有后澆帶變更為膨脹加強帶，節(jié)約大量工期。

□沈曉龍、趙岳晴/天津天一建設(shè)集團(tuán)有限公司。

TU751.9

C

1008-3197（2016）06-01-04

10.3969/j.issn.1008-3197.2016.06.001

2016-11-07

馬慧利/男，1989出生，助理工程師，天津天一建設(shè)集團(tuán)有限公司，從事工程管理工作。