薄壁穹顶结构施工工艺及质量控制

张志勇 魏 强

1 工程概况

某印度风格佛殿工程占地面积6 000 m2,建筑面积3 450 m2,由大佛殿、展览中心、讲经堂、柱廊、水池等组成。工程为典型印度风格,框架结构,局部2层;大佛殿屋顶采用薄壁穹顶结构,整个穹顶为双曲薄壳结构,总高度21 m,穹顶直径24 m,呈半球状。穹顶内壁为半径12.08 m的标准半球,外壁为变径半球,壁厚由150 mm渐变125 mm渐变100 mm渐变125 mm渐变150 mm。

作为中印佛教国际友谊工程,工程工期紧,任务重,质量要求起点高。工程所用钢筋90%为三级钢,连接难度大;双曲面薄壳,模板支设难度极高;薄壁穹顶厚度仅为10 cm～15 cm,钢筋净距仅3 cm,只能采用自密实混凝土。

2 总体施工设计

穹顶施工分5个施工段：+7.750 m～+11.40 m为第一施工段,+11.40 m～+13.80 m为第二施工段,+13.80 m～+16.20 m为第三施工段,+16.20 m～+18.6 m为第四施工段,18.6 m以上为第五施工段。

施工顺序：搭设满堂架及外施工架→穹顶内模支设→第一施工段钢筋、外模、混凝土→第二施工段钢筋、外模、混凝土→第三施工段钢筋、外模、混凝土→第四施工段钢筋、外模、混凝土→第五施工段钢筋、模板、混凝土→拆模、养护。

3 模板施工控制

3.1 材料选用

模板选用15 mm厚多层板,50 mm×100 mm方木做龙骨,φ 48×3.5 mm钢管做顶杆、主龙骨。木模板采用环保型脱模剂。

3.2 模板设计

+7.750 m～+18.600 m模板按剪力墙模板设计,模板采用15 mm厚多层板,内竖楞采用50 mm×100 mm方木(平放),间距200 mm,外横楞采用 2φ 48×3.5 mm架子管,布置间距 500 mm,采用φ 14 mm对拉螺栓,间距500 mm×400 mm,元宝形扣件配套使用。+18.60 m以上坡度平缓,按顶板模板设计,只支设底模。

1)方木：平放,中线间距30 cm,净距20 cm。方木和钢楞通过铁丝连接牢靠。2)多层板：15 mm厚,现场放大样,加工成梯形且两腰略带弧度。3)对拉螺栓：采用φ 14圆钢,两端有40 mm×40 mm挡片,用以固定外壁模板和控制壁厚。4)钢楞：采用2φ 48×3.5 mm钢管,加工成与标高相对应半径的圆弧,沿穹顶壁弧向间距50 cm。

3.3 模板支撑体系

支撑系统为扣件式满堂脚手架,立杆间距为1 200 mm×1 200 mm,水平杆在+7.750 m以下为1 700 mm,+7.750 m以上为1 000 mm,800 mm,400 mm。距地20 cm设置扫地杆,立杆底端垫方木和钢板。在靠近穹顶处增加小横杆和小立杆,以加密圆弧形钢楞,小横杆应至少与两根满堂架的立杆连接。第三、第四施工段受力最不利,在半径7.5 m～10 m间加密立杆,间距0.6 m×1.2 m。为保证穹顶满堂架架体稳定性和刚度,将穹顶满堂架与16根框架柱相连接,每根柱每层的连接点不少于两道,同时在满堂架的X,Y,Z三个方向加设剪刀撑,Z方向(水平向)剪刀撑每两步一层。剪刀撑斜杆的接长采用搭接,至少用3个扣件。旋转扣件中心线至主节点的距离不宜大于150 mm。剪刀撑布置示意图见图1。

3.4 模板安装

3.4.1 穹顶内侧模板安装顺序及控制要点

满堂扣件式脚手架→小横杆、小立杆→钢楞→方木→铺设模板→检查、修整。

1)穹顶的曲度主要靠钢楞的位置及弧度来控制。2)按间距20 cm沿竖向放置方木,方木与钢楞间用双道8号铁丝捆绑牢靠,防止方木移位。3)沿环向分层铺设模板,模板用钉子定在方木上。铺设好一层模板后,要用同穹顶内径一致的弧形套模检查,发现不到位的地方要及时调整。上下两层模板应错缝铺设,模板接缝间加海绵胶,上面用黄色宽塑料胶带铺贴。4)每个施工段外模板支设前,要测量钢楞标高和半径,检查内模是否移位,若发生位移,及时调整后再安装外模板。

3.4.2 穹顶外侧模板安装顺序及技术要点

钢筋绑扎完毕经验收合格后方可安装外模板。外模是变半径双曲面,位置全靠对拉螺栓控制,对拉螺栓上的挡片一个顶在内模上,一个顶在外模上,通过挡片间距的变化,达到外模变径的效果。对拉螺栓应先与板钢筋焊接在一起,固定好位置,然后再覆盖上外模板,通过上紧螺帽使外模紧压在螺栓挡片上。

3.5 模板的拆除

每一施工段混凝土浇筑后3 d方可拆除外模板,具体为配置两个施工段的外模板,第二施工段混凝土浇完后拆除第一施工段外模板,第三施工段混凝土浇完后拆除第二施工段外模板,第四施工段混凝土浇完后拆除第三施工段外模板,拆除顺序为从上至下;最后一个施工段混凝土浇筑后28 d,且强度达到100%后方可拆除内模板,拆除顺序为从上至下。脱模困难时,可用撬棍在模板底部撬动、晃动,严禁用大锤砸模板。

4 钢筋施工

1)板顶部和板底部钢筋间距的控制。对于10 cm厚的板,顶部和底部钢筋的间距仅有3 cm,可放置3 cm厚混凝土垫块,垫块要和钢筋绑扎牢靠。对于12.5 cm～15 cm厚的板,要在钢筋网片间加马蹄筋,间距50 cm×50 cm,横放竖放错开。2)纵向钢筋的固定。用铁丝将横向钢筋与贯穿穹顶的满堂架立杆相连接、固定,纵向钢筋通过与横向钢筋的绑扎固定位置。3)钢筋保护层。穹顶钢筋保护层按板设计,厚度15 mm。采用15 mm厚混凝土垫块,垫块要与纵向钢筋绑扎牢靠,间距50 cm×50 cm。

5 混凝土施工

5.1 工艺流程

混凝土施工工艺流程如图2所示。

5.2 施工控制要点

1)模板：要求模板有较高的强度和刚度。为避免漏浆与胀模,在浇筑前一定要检查模板的牢固性。2)密封：模板接缝要尽量少,且应保证严密不漏浆,接缝最大宽度不能大于2 mm,拼缝的部位用胶布贴缝。3)垫块：混凝土垫块必须垫铺均匀,且牢牢固定,以免钢筋移位。4)保湿：与其接触的物件、器具必须保持充分湿润,特别是模板。5)振捣：在浇筑时应辅助以模板外侧振动的方式代替振捣进行施工,注意振捣点均匀分部,严禁就一个点长时间振捣,以免造成混凝土离析。6)浇筑：混凝土泵送前应用高强砂浆进行试泵,以湿润和密封管壁,减小管壁对混凝土拌合物的阻力,保证自密实混凝土泵送顺利进行。7)浇筑间距：自密实混凝土筑点间的水平间距不宜大于5 m,垂直下落最大距离不宜大于2 m。当垂直下落距离不能满足要求时,宜采用导管法浇筑。8)质控指标：本次确定现场质控指标为：坍落度：240 mm～260 mm;坍落扩展度：≥580 mm。另外混凝土流淌要均匀,中间不鼓包,周边不泌水,粘聚性要好。9)养护：混凝土初凝之后,宜采取湿麻布覆盖,并及时浇水,以使混凝土能及时散热,养护龄期不宜少于14 d。另外,拆模时间也要延长,应大于3 d,最好7 d以后。

5.3 施工缝留设及处理措施

1)每一施工段施工后留设一道水平施工缝,施工缝上做凹槽形榫头,做法见图3。2)下一个施工段施工前应先对施工缝进行处理。a.在施工缝处继续浇筑混凝土时,已浇筑的混凝土的抗压强度必须达到1.2 MPa以上。b.注意施工缝位置附近需弯钢筋时,要做到钢筋周围的混凝土不受松动和损坏。钢筋上的油污、水泥砂浆及浮锈等杂物也应清除。

5.4 第五施工段混凝土浇筑(此施工段混凝土按顶板施工)

此段穹顶坡度较小,仅有底层模板,要求混凝土坍落度在140 mm～160 mm之间,以防止流淌。混凝土自下而上分层浇筑,振动棒适当点振,确保密实但又不能使混凝土大量流淌,待混凝土将要初凝时,用套模套出精确弧度,然后分三遍收光,最后覆盖塑料薄膜。

6 结语

该工程按照高标准、高规格的要求,实现了过程精品控制,穹顶结构混凝土外观尺寸准确,棱角整齐,内实外光,基本达到清水混凝土效果,受到印方和国内专家的充分肯定,也证明了事前所设计的施工工艺及质量控制要点的准确性,为今后同类工程的施工积累了宝贵的经验。