大跨度预应力钢筋混凝土空腹网架施工技术

刘传林

摘 要 本文以大跨度钢筋混凝土空腹网架施工生产实践为基础，就该技术的施工工艺及施工过程中的质量控制进行了阐述，提出了该施工技术的质量控制要点及关键点。

关键词 大跨度 空腹网架 施工工艺 控制要点

现代火车站通常要求有大空间的候车大厅，为了降低进站天桥的高度，满足功能需求，建筑的层高不宜高，而空调等设备管线占去较大的空间，留给结构的高度受到很大的限制，采用实腹式井字梁结构往往不容易满足建筑的需求而不得不采用空腹式结构。混凝土空腹网架将大型空调管等放入空腹内，可最大限度地满足建筑的功能需求。空腹式结构主要有钢筋砼空腹网架结构和钢网架结构，两者各有优缺点，其中钢筋砼空腹网架结构在结构整体刚度、耐久性、防火性、防腐蚀性方面有明显的优势。

1 空腹网架的特点

1.1 大跨度、大荷载 、高空间

1.2 钢筋混凝土空腹网架比钢结构网架整体刚度要好，结构整体协同受力性能更优。

1.3 钢筋混凝土空腹网架耐久性、防火性均比钢结构有明显的优势。

1.4 钢筋混凝土空腹网架可将各种大型的设备、管、线等均置于网架内部，各种管线的位置及固定更为方便、灵活，且管线布置整齐、美观，最大限度的满足建筑的功能需求。

图1 网架架立面图

1.5 钢筋混凝土空腹网架较普通实腹式井字梁结构减少了构件的截面尺寸，大大的减少钢筋、混凝土的用量，节约施工成本。

2 空腹网架施工工艺原理

2.1 根据大跨度、重荷载的结构特点，通过计算确定网架空腹梁的起拱值，采用梁下模板预起拱方法起拱，密切检测施工各阶段拱值变化并及时修正及调整。

2.2 根据设计施工图纸，钢筋混凝土施工技术、预应力钢筋混凝土施工技术及施工现场条件等要求进行综合优化，确定施工顺序及关键部位的交叉节点的作业办法。

2.3 合理安排钢筋绑扎、模板支设、混凝土浇筑的施工顺序。采取小模型样板工序、绘制三维控制节点、现场预控定位等方法措施确保工程施工质量。

2.4 针对节点部位钢筋分布密集且小空间的特点，制定针对性的钢筋绑扎和混凝土浇筑质量技术控制措施。

3 施工工艺及操作要点

3.1 施工工艺流程

场地夯实碾压平整→弹线定位→搭设碗扣架支撑体系→安装下弦杆底模→支架预压→安装下弦杆钢筋同时预应力预埋→安装竖杆钢筋→安装斜腹杆钢筋→安装下弦杆侧模→浇筑下弦杆混凝土→安装网架洞口模→安装上弦杆钢筋→安装上弦杆侧模、顶板模板→安装顶板钢筋→浇筑网架竖杆、腹杆、上弦杆、顶板混凝土→网架、顶板混凝土强度达到100%后拆模→预应力张拉、灌浆、固定。

3.2 现场施工工艺

3.2.1 场地平整：搭设支撑体系的地面必须平整并夯实（可采用3：7灰土回填夯实和浇筑100mmC20素混凝土垫层）同时做好支撑地面四周的排水（可设置排水沟或者积水坑）。

3.2.2 弹线定位：根据网架梁布置位置及支撑设计计算确定的支撑体系的布置图，弹线画出支撑杆件位置。

3.2.3 搭设碗扣件及支撑体系：

对于搭设高度较高（4米以上）一般应尽量选择碗扣件满堂红支撑体系，搭设高度较低（4米以下）可选择满堂红钢管脚手架。支撑体系（网架下弦梁下部）一般间距不应超过1200×1200mm，步距不超过1200mm。四周部位控制在900×900mm以内。确保施工脚手架安全。为了增加立杆的有效传力面积，支撑体系下垫支通常的脚手板（250×50×4000mm），在碗扣架立杆下面沿纵向垫通长脚手板，要求垫板在一条直线上，确保支撑体系统一协同受力。

3.2.4 安装下弦底模

下弦底模安装，模板起拱是关键。模板的起拱高度按照跨度的1/1000～3/1000进行控制。由于跨度很大（32×36m）双向空腹梁中心起拱高度达70～100mm。考虑自重荷载及基础因素中心预起拱值应控制在120mm。预起拱是沿空腹梁在立柱支撑上设置控制点（梁中两侧1/3跨度范围内每1.8m设置一个点，支座1/3跨度每隔3.6m设置一处），起拱时通过梁底背楞方木+木楔达到起拱效果。下弦模板底模板将承受较大的结构自重及施工荷载，应采用厚度18mm以上木胶合板。

3.2.5 支架预压

模板安装完毕后，对其进行预压。为保证预压荷载的合理分布，模拟混凝土浇筑顺序进行加载。第一步加载下弦杆钢筋混凝土重量；第二步加载腹杆、竖杆、上弦杆、顶板钢筋重量；第三步加载腹杆、竖杆、上弦杆、顶板混凝土重量。考虑到混凝土振捣产生的动荷载及小型机具设备荷载。预压值按照混凝土实体重力荷载的1.1倍考虑。

3.2.6 安装下弦杆、竖杆、斜腹杆钢筋安装

（1） 钢筋加工

钢筋加工前对网架各细部节点进行三维放样，以确定各钢筋空间定位位置。根据受力特点和构造要求，确定钢筋的叠放顺序，同时做好钢筋标号工作，对每个标号钢筋确定精确加工尺寸。三维钢筋大样绘制相当重要；钢筋混凝土空腹网架施工有别于一般的混凝土结构施工的关键，是网架施工前准备工作的核心之一，是钢筋精确加工精确安装的关键。

图2下弦、竖杆、斜腹杆钢筋三维效果图 图3上弦、竖杆、斜腹杆钢筋三维效果图

（2） 钢筋安装

① 下弦杆钢筋安装是竖杆、斜腹杆钢筋安装的基础，同时对预应力波纹管的预埋也有很大的关系，安装时按照如下顺序进行安装：下弦杆底部纵向受力钢筋→下弦杆内外侧箍筋（内侧箍筋先不绑扎固定）→下弦杆上部纵向受力钢筋→焊接预应力波纹管定位筋→安装预应力波纹管→下弦杆内侧箍筋绑扎固定）→安装竖杆钢筋（含支座附加钢筋）→安装斜腹杆钢筋

② 下弦杆箍筋安装时，为保证波纹管在上下纵向钢筋间的位置，需在波纹管穿完后再进行绑扎固定。

竖杆钢筋安装前，应在下弦钢筋安装完毕后，使用油漆在模板上画出其位置，根据油漆点位置。准确定位。同时注意锚固段弯钩位置的摆放，与避免预应力波纹管和斜腹杆锚固段钢筋发生冲突。

③ 网架端节点是关键部位，该处承受网架支座的垂直和水平方向压力，上下弦杆之间水平剪力和预加应力的水平预应力，因而端节点区域应力比较复杂，混凝土较易出现裂缝。因此在预应力下弦部锚固区增加钢筋网片，螺旋钢筋以承受预应力或环向张力。钢筋网片可采用（φ10@100）

3.2.7 下弦杆混凝土浇筑

下弦杆混凝土浇筑前，计算浇筑面积、方量，分析浇筑区域的平面特点，计算所需运输及浇筑设备数量，制定并绘制详细的施工现场混凝土浇筑行走路线。采用分层分段浇筑，尽量缩短混凝土浇筑接茬时间，避免冷缝的出现。特别是下弦杆与竖杆、腹杆相交处和制作端部。

3.2.8 网架洞口模板安装

由于混凝土空腹网架的结构特点，在竖杆内、腹杆内易形成垃圾死角，难以清除，同时不可能每个竖杆内留置清扫口。因此网架洞口模板合模前，其内部杂物、垃圾必须清理干净。同时在施工上弦及顶板钢筋混凝土时要做好杂物、垃圾的管理，保证内干净。模板拼接全部采用45°角拼接，保证网架内节点混凝土成型线条棱角分明。

3.2.9 安装上弦钢筋

（1） 上弦钢筋安装与下弦钢筋钢筋安装有类似之处。按照如下顺序进行安装：上弦杆底部纵向受力钢筋→下弦杆内外侧箍筋→上弦杆上部纵向受力钢筋→安装斜腹杆箍筋

（2） 竖杆、腹杆纵向受力钢筋应锚固在上弦杆内伸主梁底，且加直钩36d，且大于150mm（这点必须保证，竖杆、斜腹杆是联系上弦的关键构件，是力传递的核心节点，锚固长度的保证是整体受力的有效保证，也是控制交汇处裂缝的关键）。

3.2.10 安装上弦侧模

上、下弦梁侧模板与空腹洞口模板之间的节点是混凝土漏浆的主要原因，必须拼接严密，施工时在洞口模板的侧面粘贴10mm海绵条，合侧模时顶紧。

3.2.11安装顶板模板

（1） 顶板模板安装与普通顶板安装方法相同。

（2） 顶板后浇带模板处理：顶板后浇带采用单独的支撑体系，与下弦支撑体系分开，后浇带浇筑达到设计强度100%后再拆除。

3.2.12 竖杆、腹杆、上弦、顶板混凝土浇筑

竖杆与斜腹杆、上弦杆相交处是两处钢筋特别密集的部位，普通粒径石子配制的混凝土很难下料，同时振捣棒难以进入。因此，浇筑这个部位时，需配制小粒径（石子）高强度细石混凝土，同时采用小直径（20或者30型）振捣棒。

3.2.13 预应力张拉

预应力构件应在混凝土达到设计强度及网架全部构架施工完毕后方可张拉，采用超张程序，张拉应力校正后及时进行锚固，预应力孔道灌浆、预应力钢筋端部处理。

3.2.14 孔道灌浆

对结束预应力张拉的孔道要及时灌注水泥浆，其水泥强度等级不低于425#，水灰比不大于0.5，水泥浆抗压强度不低于30N/mm2，可掺入适量的减水剂或微膨胀剂。灌浆工作应缓慢均匀地进行，不得中断，并应排气通顺。

3.2.13 张拉端多余预应力筋切除及封锚

为保证预应力张拉端锚具的耐久性，张拉后的张拉槽应用同标号的混凝土进行封闭。

4. 质量控制措施

4.1 施工过程要把握钢筋加工制作、安装；严格控制模板工程质量，加强定型洞口模板加工、安装精度，做好后浇带、施工缝处模板支设。混凝土细部施工、预应力施加等关键作业的质量控制。即要做到深度规划、精心组织，全面检查、验证并留存记录。

4.2 要做好缩小模型的样板施工，提前熟悉施工工艺流程，提前发现问题并认真做好质量预控，制定详细的质量控制措施。

4.3 承载面支模前要认真进行加荷支模验算，绘制模板支撑图，严格照图施工。钢筋安装及混凝土浇筑过程中要进行变形观测，防止钢筋混凝土结构超量变形。

4.4 钢筋混凝土细部要配置高强细石混凝土，并指派责任心强、技术全面的技工操作，通常要手工扦插和机械振捣相结合，保证浇筑质量。

4.5 预应力混凝土施工由专业班组执行。

五、应用前景

从1986年在我国建成第一个钢筋混凝土空腹网架结构至今，各类型钢筋混凝土空腹网架结构相继建成，由于这类结构的适应性好，造型美观，实用性强，经济指标、防火防锈性能好且施工方便并能就地取材，所以其发展前景是广阔的，特别是现在大规模的铁路建设，对高空间、大跨度舒适候车环境和建筑美观的追求，在将来的车站建设中，这类结构有着广阔的推广应用前景。