大跨度拱结构施工技术研究

高俊明

【摘 要】大跨度拱结构一般常用于桥梁工程，但随着建筑业的发展，各专业相互融合，互相渗透，拱结构越来越多的在房屋建筑工程中得到应用。拱结构是建筑物的主要受力构件，其特点是跨度大、高度高、支撑体系设计复杂、技术含量高、施工难度大。目前国内跨度超过100m的现浇混凝土拱结构尚不多见，研究大跨度拱结构施工工艺对工程的正常使用和工程创优具有深远意义。某体育馆设计有两道跨度115m的钢筋混凝土拱，用以承受上部屋盖结构，整个体育馆尺寸为104×80m，是目前国内跨度最大的钢筋混凝土拱结构。本文主要介绍该拱拱的施工方法。

【关键词】拱结构；混凝土结构；施工技术

1.大跨度拱施工的技术难点

某体育馆工程占地面积19000m2，建筑面积16966m2，设观众席6722座；体育馆主体结构为两道南北向平行的钢筋混凝土拱跨越体育馆上空，用以支撑其屋盖，跨度115m，拱顶高度32m；拱的截面尺寸高2.5m，宽1.5m；拱的两端为实体断面，中部为矩形空腔断面，壁厚400mm；拱脚基础由桩基和箱型基础承台组成，两道拱轴线距离24m，两拱之间和两侧的屋架为曲面螺栓球节点网壳结构。结合本工程具体特点制定施工方案，主要技术难点如下：

1.1结构预拱度的计算问题

拱在施工时和落架后会产生弹性及非弹性变形，所以在支撑体系搭设和弧形底模安装时必须考虑预留一定量的结构变形值，即结构预拱度。

1.2预压方案的优化问题

由于钢筋混凝土拱结构施工通常的做法都是采用预压方案，即在支撑体系及模板安装之后要求施加与结构设计荷载相当的预压荷载。预压荷载的方法一般是堆积沙袋等，不仅施工周期长、工程成本高、而且安全隐患多。

1.3大长细比结构砼裂缝质量通病的预防问题

施工缝的预留位置、方向和数量的研究。

1.4拱施工过程和落架引起的应力转换对拱结构的影响问题

为了掌握第一手资料，专门联合大专院校结构力学试验中心对拱的施工全过程进行应力应变监测。

1.5技术标准的选择问题

2.工艺原理

对拱进行施工段划分，并进行对称施工，最后合龙。通过对拱结构划分施工段和利用模板自由间隙等措施实现“ 免预压”施工。支撑体系采用满堂脚手架方案，顺序从中间向两端进行；模板采用异型模板，拱底模为弧形钢制模板，侧模为扇形钢制模板；钢筋和混凝土应从两端向中间施工；底模的拆除应按照由高到低，先中间后两边的顺序进行。拱圈平顺光滑，可使拱圈达到清水混凝土效果，不必抹灰，避免质量通病。

3.工艺流程

桩基→土方工程→承台→碾压支撑体系基础→支撑体系→拱底模板→第一施工段 （钢筋、模板、混凝土）→第二施工段→合龙→拆模。

4.施工工艺

4.1支撑体系的选择与优化

支撑体系是拱施工中需要重点研究的课题之一，在选用时应考虑其安全性、可操作性和经济性等综合因素，支撑体系往往还要考虑与后续工作的衔接问题，本工程经综合分析采用碗扣件满堂脚手架方案。

碗扣件搭设工艺流程：弹线、立杆定位→摆放扫地杆→竖立杆并与扫地杆扣紧→装扫地小横杆、并与立杆和扫地杆扣紧→安装第一步横杆并与各立杆扣紧→安装第二步横杆→加设临时斜撑杆，上端与第二步横杆扣紧（安装与柱连接杆后拆除）→安装第三、第四步大横杆和小横杆→安装二层与柱拉杆→接立杆→加设剪刀撑→铺设脚手板，绑扎防护栏及挡脚板。

施工要点：

（1）结合图纸要求拱下部地面做法支撑架基础做如下处理。1）将自然地坪用8t压路机碾压密实，压实系数不小于0.9。2）用级配砂石（含卵石不少于30%）回填至-0.40m。3）拱下浇注150mm厚C20混凝土宽度10m（中心线两端各5m）。

（2）每根立杆底部设一个可调支座，横向及立面均每隔6m设一道剪刀撑，连续设置；（3）由于整个体系立面为弧形，上部需配置异型杆件，局部步距需调整为600mm。

4.2模板工程

模板工程工艺流程：支底模→（绑底筋）→（绑侧壁钢筋安装预埋件）→支侧模→清理杂物→支顶模→（浇筑混凝土）→拆模。

4.3钢筋工程

钢筋工程的工艺流程为：绑扎底部钢筋→绑扎侧壁钢筋及腹筋→安装预埋件→绑扎顶部钢筋。

（1）画箍筋间距并摆放箍筋，先穿拱上部纵向受力钢筋，用钢管架起穿箍筋，将箍筋按已画好的间距逐个分开，最后穿下部钢筋。

（2）侧壁竖向钢筋在拱内设计以箍筋的形式绑扎，开口方向均向上，并应相互错开，同箍筋一起先放置在底模上，绑扎时应先沿纵向通长穿一根钢管支撑起钢筋骨架后再绑扎。侧壁水平筋绑扎时应先在竖向筋上画出位置线，注意起步筋应距底模450mm，在下部及齐胸处绑扎2道水平筋固定，接着绑扎其余水平筋，最后绑扎拉结筋。

（3）绑扎时，应逐点扎牢，箍筋及拉结筋末端应加工成135°弯钩，平直部分不小于10d，箍筋及拉结筋间距均为200mm。

（4）按照图纸要求安装预埋件。预埋件全部采用穿孔塞焊的焊接方式，为保证预埋件位置准确，在定做模板时按图纸将预埋件位置留出螺栓口，安装时用螺栓加固于模板上，保证预埋件安装位置准确。

（5）顶部钢筋绑扎方法大致与顶部钢筋相同，注意马凳不得直接放置在模板上。

（6）拱内主要纵向受力钢筋采用直螺纹连接，合龙部分无法使用时采用冷挤压接头，保证同一截面接头数量不超过50%相邻接头错开 1400mm，绑扎时应使用“八字扣”，严禁使用顺扣，钢筋底部垫块采用硬质花岗岩，为了防止垫块发生滑移，在花岗岩上锯出2mm宽3～5mm深细槽，用绑线将垫块绑扎在钢筋上；侧壁采用定制的塑料垫块，间距1000mm梅花形布置。

4.4混凝土工程

（1）作业准备。及时确定混凝土配比，并备齐保温材料如草袋子、塑料布、棉被等以及作业所需的工具如振捣棒、木抹子、锹等。

（2）汽车泵泵送。混凝土采用汽车泵泵送至浇筑点，布料时应注意布料高度，不得超高，保证每次布料高度不大于500mm。

（3）拱脚及实心拱部分施工。拱脚混凝土亦属于大体积混凝土，施工时也应参照承台板大体积混凝土的有关技术措施施工。

（4）拱体混凝土施工。拱体混凝土施工应预先划分施工段，按施工段确定每次浇筑混凝土量和施工缝留置的位置和方向。

4.5落架

落架和底模的拆除同步进行。由于落架涉及到拱体应力转换，故落架和底模的拆除应安照由高到低、先中间后两边的顺序进行。

（1）为拆模方便，在拱顶的钢制底模上预设一块八字型模板作为母板，先从该母板开始拆除，按照施工段的划分由中部向两端逐段拆除。

（2）为使拱体均匀的降落和受力，支撑体系各点降落应分三次循环逐渐完成，按照预拱分配值各点底部均卸落1/3，每次间歇24h，间歇后应将松动的顶托顶紧，使拱体落实三次循环，直至全拱各点均脱落拱底。

5.结语

采用“免预压法”能够保证拱结构的施工质量，并（下转第119页）（上接第47页）且能够大大提高施工进度，有效降低工程成本。大跨度拱结构施工缝的留设位置和数量应结合施工段划分，其缝线方向为法向方向。 落架时拱结构将发生应力转换，必须制定科学合理的拆模方案，保证拱结构的施工质量和安全。

【参考文献】

[1]刘祖绳.建筑施工手册（第 4 版）[M].北京：中国建筑工业出版社，2003：23-125.

[2]GB 50204-2002，混凝土结构工程施工质量验收规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2002.