大跨度拱板三维波纹钢板混凝土施工技术及裂缝控制研究

南铁雷

（中国水电建设集团十五工程局有限公司，陕西 咸阳 712000）

1 工程概况及主要施工方案

大跨度拱板三维波纹钢板混凝土直墙拱结构仓储建筑物，是在两侧直型墙浇筑完成。利用三维波纹钢板作内模，人工搭设扇形满堂脚手架作为内支撑，为后续拱板钢筋制安、混凝土浇筑等工序创造施工条件。钢筋制安时，将拱板上的环向钢筋视为拱形梁，人工在地面先分别独立加工完后，再用塔吊等将钢筋梁逐榀吊至三维波纹钢的凹槽内安装。

外模采用标准复合材料模板，模板和槽钢制成的弧形骨架通过活动销钉连接固定，外模随混凝土浇筑同步安装。骨架（外模）和三维波纹钢板，通过φ20螺杆拉筋与肋板上的连接螺栓、¢28主筋焊接固定，使内、外模板连成整体。模板加固完成、质检合格后，按照“分层——对称——连续”的原则，从两侧拱脚对称上升完成拱板混凝土浇筑。

2 施工工艺流程及操作要点

2.1 施工工艺流程

施工工艺流程如下：直墙浇筑→三维波纹钢板安装→内支撑脚手架搭设→钢筋制安→外模安装→拱板混凝土浇筑。

2.2 操作要点

2.2.1 三维波纹钢板安装

拱板三维波纹钢板吊装前，在直墙混凝土上已完成预埋支撑钢板施工。顶拱三维波纹钢板吊装完后，利用原三维波纹钢板拱脚两端的割除件，将顶拱与直墙上的预埋钢板焊接连成整体。

（1）三维波纹钢板除锈、防腐。加工成型后的三维波纹钢板，在地面由人工用砂轮除锈、并涂刷防腐漆。除锈、防腐施工完成后，在地面以榀为单位进行拼装。

（2）地面拼装。三维波纹钢板在地面上以榀为单位拼装。用自制小推车在拼装场地内完成转用，人工用小撬杠对孔后，采用8.8级螺栓逐块拼装。单榀拼装从两端开始，按照大小头依次向外搭接，将中间一块单元板扣于最外侧。榀与榀连接应采用错缝搭接。

（3）三维波纹钢板吊装。拼装后的波纹钢板拱带采用25t汽车吊按照由中间向两端的顺序吊装。每组吊装单元设2个吊点，并设两根1cm厚钢板加强吊点刚度，吊点宜位于约1/3跨度处。

每单元吊装过程中，利用全站仪免棱镜功能测量，对拱顶、两侧拱腰处三点找平控制，并进行横向平整度控制。若不满足规范和设计要求，用倒链、正反丝杠对单榀进行调整。

（4）螺栓连接。三维波纹板钢单元吊装就位后，对两组单元的搭接处采用8.8级螺栓连接拼装。连接螺栓用线绳和吸铁石从下至上穿过安装孔位，由人工手持电钻在拱板三维波纹钢板外侧安装。连接螺栓应紧固、可靠，外露丝扣不应少于2扣，连接方向宜从跨中向拱脚的次序进行。若螺栓孔的相应位置不对位时，用小撬杠对孔，不随意扩孔或打孔[1]。

（5）定位焊接。顶拱波纹钢板吊装完后，将原波纹钢板拱脚两端的割除件与直墙混凝土上的预埋铁板焊接、固定，使弧形波纹钢板与直墙预埋钢板连接成整体。三维波纹钢板拱形结构及定位允许偏差应满足精度要求。

（6）三维波纹衬板空隙混凝土浇筑。顶部波纹钢板与直墙预埋钢板焊接完成后，利用建筑物内部搭设的满堂脚手架，安装木模板，进行建筑物内部三维波纹衬板空隙混凝土浇筑。填空混凝土由人工入仓，用¢10振捣棒振捣。

（7）防腐涂料涂装。拱板混凝土浇筑完成、三维波纹钢板内支撑拆除后，对三维波纹钢板内衬进行防腐涂装。

防腐、除锈按照喷砂除锈→喷涂底漆→喷涂中漆→喷涂面漆的顺序，根据设计依次施工。

2.2.2 内支撑脚手架搭设

三维波纹钢板采用人工搭设扇形满堂脚手架作为内支撑。

内支撑脚手架支撑于库内地坪混凝土面上，架体下铺设木垫板，木垫板宽度300mm，厚度50mm，统一按进深方向设置。

满堂脚手架采用¢48.3mm×3.5mm钢管。立杆沿三维波纹钢每榀设置13道，横向水平杆由低至高共布设6层。立杆顶部安装顶托和木楔，支撑于波纹钢板波谷处，作为三维波纹钢板的支撑体。

竖向剪刀撑横向每5跨设置一道，纵向每隔6m从底至顶连续设置；水平剪刀撑共设3层，其中扫地杆层设置一层，架体中部设置一层，满堂支架顶部设一层。内支撑满堂脚手架搭设如图1所示。

图1 内支撑满堂脚手架搭设

2.2.3 钢筋制安的要点

（1）预埋件安装。波纹钢板及内支撑脚手架施工完后，按照设计图纸对预埋件的规格、尺寸等进行检查，确认无误后由专业桁吊厂家进行预埋件安装。

（2）钢筋制安步骤如下：①钢筋梁制作。在预制钢筋梁的混凝土地面上，用墨线分别弹出每种弧形钢筋的长度。人工将制好的钢筋沿弧长分段摆放，并用直螺纹套筒连接成整体。接头钢筋在中间拧紧，套筒每端外露不超过两个有效丝，且不少于1个有效丝。钢筋接头面积百分率符合规范要求。主筋连接完后，按照图纸间距，将箍筋套入受力主筋。待主筋调整至设计位置后，再将箍筋和主筋绑扎成整体，形成钢筋梁骨架。②钢筋梁吊运入仓。人工配合塔吊或履带吊，将加工好的钢筋梁逐榀吊至波纹钢凹槽内。钢筋吊装完成后，人工用撬杠等将钢筋梁调整至设计位置。③钢筋安装。人工用电动液压钳将直墙预埋的主筋逐根弯曲后，用铁丝将钢筋梁上的¢28主筋与预弯钢筋绑扎连接成整体，再将钢筋梁搭接区外的原套入箍筋（一般预留5支），逐根移至拱脚搭接区绑扎牢固。钢筋梁初步安装完后，先将底层纵向¢16分布钢筋逐根穿入钢筋梁内，再安装拱板剩余¢28弧形主筋，最后安装顶层¢16分布钢筋，并按图纸间距安装¢12挂钩钢筋，使拱板钢筋连接成整体[2]。

2.2.4 拱板混凝土外模安装

拱板内模采用三维波纹钢板，由满堂脚手架支撑；外模采用1.5m×0.6m（长×宽）复合材料模板，外模固定在145mm槽钢加工的弧形骨架上，骨架间距为1.66m，用φ20拉筋（螺杆）与三维波纹板肋板上的连接螺栓焊接固定。外侧模板用塔吊吊至施工面，沿库长方向通长设置，并按照“平行空仓”的原则，逐层随混凝土浇筑同步安装。即先安装最底层模板，每层混凝土振捣完成后再安装下一层模板，保证混凝土入仓、振捣最大自由面高度不得超过两层模板。拱板外模安装如图2所示。

图2 拱板外模安装

2.2.5 拱板混凝土浇筑

（1）混凝土浇筑。混凝土由10m3罐车运至施工现场后，用两台SY5502THB60混凝土汽车泵从两侧同时入仓。混凝土浇筑时，按照“分层--对称--连续”的原则，从两侧拱脚对称上升浇筑，避免失稳。拱板混凝土每层浇筑厚度为0.3～0.5m，用软轴插入振捣棒振捣。拱板外侧模板随混凝土浇筑同步扣模安装[3]。

（2）拆模、养护。拱板混凝土为大体积、高标号混凝土，单仓浇筑历时较长，故浇筑完成24h后拆模。三维波纹钢板内支撑在混凝土立方体抗压强度达到设计强度80%后，即可拆除。

养护采取涂刷养护剂与洒水覆盖相结合的方式，即模板拆除后，先在混凝土外表面涂刷养护剂，再覆盖土工布并洒水养护不少于14d，确保表面持续湿润。

3 裂缝控制研究

根据已成型段施工效果观察，浇筑完成后第2d，拱顶及侧墙开始出现多条裂缝，至第7d裂缝数量趋于稳定，其中单侧直墙约14条呈规律性竖直分布，间距约5m。针对出现的上述问题，项目积极采取应对措施，旨在减少裂缝对结构主体安全的影响，从原材料控制、配合比优化、施工过程控制、成品保护及养生等方面积极改进，收效明显，裂缝数量减少约60%。

3.1 原材料控制

（1）水泥。本结构属于大体积混凝土施工，推荐选用水化热较低的水泥，如硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥。

（2）骨料。骨料优选洁净、级配良好、含泥量较低的中砂和级配良好、空隙率较小的粗骨料，并要求符合国家现行有关混凝土用骨料的标准规定。根据项目周边考察情况，细骨料选用河砂，粗骨料选用人工骨料，花岗岩、反击破生产工艺。

（3）掺合料。为改善混凝土性能应在其中掺入矿物掺合料，所用掺合料应符合GB 1596用于水泥和混凝土中的粉煤灰、GB/T 18046用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉等规定。本项目根据试验确定，粉煤灰选用Ⅱ级粉煤灰。

（4）外加剂。宜采用减水剂改善工作性能，降低用水量，减少收缩，本项目选用KLPCA-R型缓凝聚羧酸高性能减水剂，现场应用效果较好。

3.2 配合比设计优化

依据施工图纸中的设计指标要求，针对各单体C50直墙拱混凝土配合比设计试验时，主要从以下几个方面予以考虑及优化。

（1）在满足混凝土设计技术指标要求的前提下，混凝土力争选择较大的粉煤灰掺量，以降低混凝土的绝热温升，降低混凝土内部温度，减轻温控压力。按照经验和施工规范要求，混凝土选择5%、10%、15%、20%粉煤灰掺量进行试验。根据试验结果确定出满足混凝土设计技术指标和相关规范技术要求的最大粉煤灰掺量的混凝土配合比。对各种不同粉煤灰掺量、不同水胶比的混凝土配合比，采用系列试验设计方法同时进行[4]。

（2）配合比设计表中砂石骨料均以气干状态为准进行试验，施工中应根据骨料实际含水率进行配合比调整。

（3）试验中注重研究混凝土拌和物的性能，确定出和易性、抗分离性、均匀性好的混凝土配合比，尽可能的使混凝土有良好的施工性能。

（4）混凝土配合比设计全部采用缓凝聚羧酸高性能减水剂进行试验，混凝土的初凝时间控制在10h左右（室内标准试验条件下）。

3.3 施工过程控制

在施工过程中应加强对粗骨料的检验频次，及时根据级配情况适当调整各粒级粗骨料掺配比例，保证混凝土和易性，满足规范和施工技术要求。

外加剂对混凝土的性能影响较大，施工必须检验每批次进货减水剂的减水率和掺量、引气剂的引气量和掺量，如与报告中的试验结果不符时，应调整外加剂的掺量，保证混凝土的性能、含气量等技术要求[5]。

拌合站混凝土搅拌时间不少于90s。严格控制入仓口坍落度，不宜超过180mm；试验人员应根据天气、结合现场实际情况进行动态控制。

浇捣工作。浇捣时，振捣捧要快插慢拔，正确掌握振捣时间，避免过振或漏振，应提倡采用二次振捣，以排除泌水、混凝土内部的水分和气泡。

3.4 养生及成品保护

混凝土养护在混凝土裂缝的防治工作中，对新浇混凝土的早期养护工作尤为重要。以保证混凝土在早期尽可能少产生收缩。对于大体积混凝土，养护时间为14~28d。混凝土的降温和保温工作：对于厚大体积混凝土，施工时应充分考虑水泥水化热问题。采取必要的降温措施（埋设散热孔、通水排热等），避免水化热高峰的集中出现、降低峰值。浇捣成型后，表面覆盖薄膜、湿麻袋等进行养护，以防止由于混凝土内外温差过大而引起的温度裂缝。

夏季应注意混凝土的浇捣温度，采用低温入模、低温养护，必要时经试验可采用冰块，以降低混凝土原材料的温度。

4 结语

本工程采用三维波纹钢板作为内模，即解决了传统拱形内模安装、支撑、加固耗时较长的问题，又加快了施工进度。外模采用标准复合材料模板，模板和骨架由活动销钉连接固定，可随混凝土浇筑同步安装，即提高了施工效率，又满足了施工质量。整体通过科学合理的施工组织及制定切实可行的裂缝预防措施，取得了一定的社会效益和经济效益。在施工过程中总结的各项流程、关键技术、施工方法等，可为类似工程施工提供参考经验。