马鞍形双曲面屋面超大混凝土环梁施工工艺
2016-02-05马慧利沈晓龙赵岳晴
□文/马慧利 沈晓龙 赵岳晴
马鞍形双曲面屋面超大混凝土环梁施工工艺
□文/马慧利 沈晓龙 赵岳晴
文章叙述了如何突破高空马鞍形双曲面大体积混凝土环梁的施工瓶颈，合理划分施工段，综合BIM技术进行三维空间定位，特殊节点部位进行技术创新。在保证安全、高质量施工的前提下缩短工期、节约造价、空间定位精准。
跳仓法；高空；马鞍形；双曲面；大体积混凝土；环梁
1 工程概况
天津理工大学体育馆屋顶为索穹顶结构，目前为国内规模最大、技术最为先进的索穹顶结构。其他索穹顶结构各拉索着力点多依托于钢结构，而依托屋面混凝土环梁结构的情况实属罕见。屋面混凝土环梁厚度1 m，环梁平面投影为4个不同圆心、不同半径扇形组成的椭圆形，空间形式为不规则马鞍形双曲面，南北对称，东西对称，最大跨度117.4 m，环梁外侧标高18.192～25.809 m、内侧标高为21.868～27.250 m，宽度5.805～7.418 m不等，为索结构提供附着支撑，见图1。
图1 双曲面环梁
2 工艺特点及创新
1）本着“逆坡”的原则，采用“由低到高、由外而内，分层浇筑”的混凝土施工顺序，避免了高空马鞍形双曲面大体积混凝土结构由于施工顺序、结构变形、结构标高不规则变化、冬季施工限制等可能引起的质量通病，保证了工程质量。
2）屋面环梁坡向角度在10°～19°范围内时，垂直于坡向增设2道缓冲带，缓冲带间隔2.5 m，每一道缓冲带不得形成闭合圆弧。该方法有效减小混凝土冲击力，保证架体、模板稳定性，同时也有效制约了骨料堆积、集中滑移等现象产生。
3）采用膨胀加强带替代原设计的后浇带做法，避开后浇带工艺的时间限制，缩短工期，有效节约成本。本工艺实施时间恰巧处于冬季，气温较低，膨胀较弱，在后期使用过程中不易受季节性温度变化影响产生收缩裂缝。
4）采用了索结构，索构件钢制预埋件受力大，有效避免了节点部位钢筋密度过大无法振捣的难题，保证了混凝土浇筑质量，一次就位。
3 工艺原理
马鞍形双曲面屋面超大混凝土环梁施工是通过BIM技术进行空间定位，采用轮扣满堂支撑体系，对大体积混凝土施工顺序进行充分分解，按照对称分区、水平向由中线到两侧、径向由外到内、断面由底面到顶面分层浇筑的原则进行施工，混凝土添加一定剂量外加剂，满足水化热、伸缩变形、和易性等要求，全面提升混凝土构件的施工质量。
4 施工工艺流程及操作要点
4.1 工艺流程
架体支设→混凝土环梁空间定位→支模及绑扎钢筋→埋件定位与安装→测温点布置→浇筑混凝土→收面→养护→测温→监测→拆模。
4.2 操作要点
4.2.1 架体支设
1）根据立杆及横杆的设计组合，从底部向顶部依次安装立杆、横杆并用仪器控制水平框架的纵向垂直度、横向水平度。斜撑通过扣件与支架连接，保证架体与主体结构拉结牢靠。
2）支撑架搭设完毕后，对其平面位置，顶部各点标高，节点连接及纵横向稳定性进行复核。
4.2.2 混凝土环梁空间定位
应用BIM模拟建造技术进行仿真建模，以跨为单位，重新确定测设点数量。混凝土环梁平面投影为4个不同圆心、不同半径的椭圆形，共计31跨，每跨圆弧部分曲率均不一致，坡向角度4°～19°不等，坡度为4°～10°时间每跨分为4个扇形单元，分别确定末端点的空间位置，然后进行近似连接，通过人工支模进行调整，形成“近似”弧线；坡度为11°～19°时，重新确定扇形单元数量，增加测设点数量至10个，导出构件空间位置坐标数据并以此为依据进行测设定位。
4.2.3 支模及绑扎钢筋
铺设底模板时，模板边缘大于结构尺寸10 cm左右。根据定位坐标将双曲面环形结构内圆、外圆水平投影线放出并根据内圆放线位置支设内圆侧模板。以内圆模板位置为起始点布设结构径向第1层钢筋，钢筋长度按照该跨最长钢筋长度在地面进行统一切割。环形钢筋布置完成后用手持切割机对径向钢筋外圆端进行统一切割调整。以外圆模板位置为起始点布设径向第2层钢筋，钢筋长度同样以该跨最长钢筋长度为准统一加工，固定位置后统一采用手持式切割机切割调整。第3层钢筋同理。
4.2.4 埋件定位与安装
根据BIM模型导出数据确定预埋件的预埋位置，确定定位参照点，利用塔吊将预埋件吊装至安装位置处进行安装、复核、固定，见图2。
图2 埋件安装
4.2.5 测温点布置
按照大体积混凝土施工规范及混凝土冬季施工要求设置测温点，将电偶测温导线预埋在混凝土板下、板中、板上、混凝土表面与保温棉毡被间4个部位并将其固定在钢筋上，见图3。
图3 温点埋设
4.2.6 浇筑混凝土
1）确定混凝土跳仓分区及浇筑顺序。混凝土环梁厚度1 m，构件厚度1 m，上口宽度5 482～7 359 mm不等，周长319 m，总体积为2 200 m3，属于大体积混凝土范畴。原设计于长轴、短轴位置设置后浇带，施工周期长，于是将其变更为膨胀加强带，块区浇筑完成后可直接施工，节约工期约45 d，见图4。环梁整体采用跳仓法浇筑，每一分区分3层浇筑，首先浇筑1、3分区由分区中线位置（标高为分区最低处）向两侧浇筑，每次浇筑一跨，径向从外向内径方向平均分3次浇筑。浇筑2、4分区时从两端向中线位置（标高分区最高处）浇筑，时间控制及分层方法同1、3分区，见图5和图6。
图4 膨胀加强带施工
图5 环梁分区及膨胀加强带位置
图6 混凝土浇筑顺序
2）设置混凝土缓冲带。由于混凝土分3层，结构坡向角度为10°～19°，浇筑混凝土时流体冲击力较大，为防止对架体及模板体系的冲击变形，按照垂直于环梁径向方向设置缓冲带，见图7。缓冲带由快易收口网、龙骨架、定位筋构成，定位筋与结构筋绑扎连接，间距0.8～1 m，视结构坡度大小进行增减，该缓冲带连续长度不得超过3 m，须做交错处理。
图7 缓冲带位置
3）确定混凝土各项指标。屋面环梁混凝土强度等级C35，坍落度为（160±10）mm、（180±10）mm，施工时掺入适量高性能抗裂剂以及其他冬季施工必要外加剂。
膨胀加强带采用C40微膨胀混凝土，呈梯形，带上口宽3 m，下口宽1 m，带两侧加快易收口网，达到免拆模效果，膨胀加强带的钢筋与后浇带钢筋配筋相同。
4）混凝土振捣。浇筑混凝土时采用二次振捣方式，振捣时振捣棒要快插慢拔且必须插入下层≥50 mm（根据分层厚度，在振动棒上作红漆刻度线来控制）。
钢制埋件部位钢筋密度很大，采用30级振捣棒，振捣时间控制在35～45 s范围内，使上部悬浮骨料尽量下沉，埋件部位混凝土密实无空腔，保证振捣质量。在振捣过程中，不得触及钢筋，模板，以免发生移位，跑模现象。
4.2.7 收面
1）混凝土振捣完成后，按预定标高使用大杠刮平，使表面无凸出石子。如表面泌水应及时集中排除，重新用大杠再次刮平。
2）混凝土表面泌水处理。支模时在混凝土浇筑前进方向侧模底部留孔，用以排出泌水和浮浆。表面浮浆较厚时，宜在混凝土初凝前加入粒径为1～2 cm的石子，均匀铺撒后表面用木抹子抹平。在混凝土终凝前1 h左右应进行再次抹压，使混凝土表面更加密实。
4.2.8 养护
环梁大体积混凝土处于冬期施工，侧面采用带模养护方式，侧面模板拆除时间需同时满足拆模临界强度和大体积混凝土的温度规定，面层采用一层塑料薄膜加两层保温材料组成的保温保湿养护法。
大体积混凝土在养护时间应以测温结果来确定，不少于14 d。在整个养护期内，混凝土表面应始终保持湿润状态，对掺有膨胀剂的混凝土尤应蓄水保护。但气温低于5℃时，不得浇水养护和蓄水养护。保温材料的厚度和蓄水厚度应经过计算。确保混凝土内外温差≯25℃，降温速度≯1.5℃/d。
4.2.9 测温
混凝土浇筑体在入模温度基础上的温升值不宜＞50℃。里表温差（不含混凝土收缩的当量温度）不宜＞25℃。降温速率不宜＞2.0℃/d。表面与大气温差不宜＞20℃。测温应从混凝土硬化后至撤除保温时为止，中间不得间断。测温不少于20 d。
测温的时间间隔应符合以下规定：
1）混凝土浇筑后1～3 d内2 h一次；
2）混凝土浇筑后4～7 d内4 h一次；
3）混凝土浇筑后8 d以后至撤除保温时，8 h一次；
4）撤除保温后，每天一次；
5）测温结果应随时检查，当各项温差＞18℃时应引起注意，超过20℃时应报技术人员，以便根据情况采取必要措施，确保各种温差保持在控制范围内。
4.2.10 监测
环梁混凝土浇筑后严密监测其标高及支撑体系的变化，于是在环梁外侧均匀布置20个监测点，按照以下要求进行监测。
1）环梁混凝土达到上人强度后复测一次，4 d后复测一次；支撑体系在浇筑混凝土前后各测量一次，浇筑混凝土后测量一次。
2）测量后及时分析监测数据，主要查看混凝土浇筑前后的标高变化，平面位置变形变化，分析支撑体系是否出现大的变形。
4.2.11 拆模
拆模前，制作试拆模临界强度试块，达到拆模临界强度后方可拆除侧模。
5 质量保证措施
1）空间定位数据准确、详细。
2）严格按照规范要求布设测温点，按照测温标准进行实时测温。
3）钢制预埋件定位安装误差控制在±3 mm以内，满足后期索结构施工要求。
4）严格控制混凝土外加剂的掺入量，按照不同区域、位置限制混凝土塌落度。
5）严格按照既定浇筑顺序进行施工，不允许颠倒或打乱。坡度在10°～19°范围内必须设置缓冲带，不得不设或漏设。
6）混凝土养护过程严格按照大体积混凝土及混凝土冬期施工标准进行。
6 结语
通过采用该施工工艺实现了环梁的精确定位，减少钢筋废料，保证了环梁保护层厚度，坡向大体积混凝土的分层、分区浇筑收效良好，至今无裂缝产生。同时将原有后浇带变更为膨胀加强带，节约大量工期。
□沈晓龙、赵岳晴/天津天一建设集团有限公司。
TU751.9
C
1008-3197（2016）06-01-04
10.3969/j.issn.1008-3197.2016.06.001
2016-11-07
马慧利/男，1989出生，助理工程师，天津天一建设集团有限公司，从事工程管理工作。
