大跨度拱結(jié)構(gòu)施工技術(shù)研究

高俊明

【摘 要】大跨度拱結(jié)構(gòu)一般常用于橋梁工程，但隨著建筑業(yè)的發(fā)展，各專業(yè)相互融合，互相滲透，拱結(jié)構(gòu)越來越多的在房屋建筑工程中得到應(yīng)用。拱結(jié)構(gòu)是建筑物的主要受力構(gòu)件，其特點(diǎn)是跨度大、高度高、支撐體系設(shè)計(jì)復(fù)雜、技術(shù)含量高、施工難度大。目前國(guó)內(nèi)跨度超過100m的現(xiàn)澆混凝土拱結(jié)構(gòu)尚不多見，研究大跨度拱結(jié)構(gòu)施工工藝對(duì)工程的正常使用和工程創(chuàng)優(yōu)具有深遠(yuǎn)意義。某體育館設(shè)計(jì)有兩道跨度115m的鋼筋混凝土拱，用以承受上部屋蓋結(jié)構(gòu)，整個(gè)體育館尺寸為104×80m，是目前國(guó)內(nèi)跨度最大的鋼筋混凝土拱結(jié)構(gòu)。本文主要介紹該拱拱的施工方法。

【關(guān)鍵詞】拱結(jié)構(gòu)；混凝土結(jié)構(gòu)；施工技術(shù)

1.大跨度拱施工的技術(shù)難點(diǎn)

某體育館工程占地面積19000m2，建筑面積16966m2，設(shè)觀眾席6722座；體育館主體結(jié)構(gòu)為兩道南北向平行的鋼筋混凝土拱跨越體育館上空，用以支撐其屋蓋，跨度115m，拱頂高度32m；拱的截面尺寸高2.5m，寬1.5m；拱的兩端為實(shí)體斷面，中部為矩形空腔斷面，壁厚400mm；拱腳基礎(chǔ)由樁基和箱型基礎(chǔ)承臺(tái)組成，兩道拱軸線距離24m，兩拱之間和兩側(cè)的屋架為曲面螺栓球節(jié)點(diǎn)網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)。結(jié)合本工程具體特點(diǎn)制定施工方案，主要技術(shù)難點(diǎn)如下：

1.1結(jié)構(gòu)預(yù)拱度的計(jì)算問題

拱在施工時(shí)和落架后會(huì)產(chǎn)生彈性及非彈性變形，所以在支撐體系搭設(shè)和弧形底模安裝時(shí)必須考慮預(yù)留一定量的結(jié)構(gòu)變形值，即結(jié)構(gòu)預(yù)拱度。

1.2預(yù)壓方案的優(yōu)化問題

由于鋼筋混凝土拱結(jié)構(gòu)施工通常的做法都是采用預(yù)壓方案，即在支撐體系及模板安裝之后要求施加與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)荷載相當(dāng)?shù)念A(yù)壓荷載。預(yù)壓荷載的方法一般是堆積沙袋等，不僅施工周期長(zhǎng)、工程成本高、而且安全隱患多。

1.3大長(zhǎng)細(xì)比結(jié)構(gòu)砼裂縫質(zhì)量通病的預(yù)防問題

施工縫的預(yù)留位置、方向和數(shù)量的研究。

1.4拱施工過程和落架引起的應(yīng)力轉(zhuǎn)換對(duì)拱結(jié)構(gòu)的影響問題

為了掌握第一手資料，專門聯(lián)合大專院校結(jié)構(gòu)力學(xué)試驗(yàn)中心對(duì)拱的施工全過程進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)。

1.5技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的選擇問題

2.工藝原理

對(duì)拱進(jìn)行施工段劃分，并進(jìn)行對(duì)稱施工，最后合龍。通過對(duì)拱結(jié)構(gòu)劃分施工段和利用模板自由間隙等措施實(shí)現(xiàn)“ 免預(yù)壓”施工。支撐體系采用滿堂腳手架方案，順序從中間向兩端進(jìn)行；模板采用異型模板，拱底模為弧形鋼制模板，側(cè)模為扇形鋼制模板；鋼筋和混凝土應(yīng)從兩端向中間施工；底模的拆除應(yīng)按照由高到低，先中間后兩邊的順序進(jìn)行。拱圈平順光滑，可使拱圈達(dá)到清水混凝土效果，不必抹灰，避免質(zhì)量通病。

3.工藝流程

樁基→土方工程→承臺(tái)→碾壓支撐體系基礎(chǔ)→支撐體系→拱底模板→第一施工段 （鋼筋、模板、混凝土）→第二施工段→合龍→拆模。

4.施工工藝

4.1支撐體系的選擇與優(yōu)化

支撐體系是拱施工中需要重點(diǎn)研究的課題之一，在選用時(shí)應(yīng)考慮其安全性、可操作性和經(jīng)濟(jì)性等綜合因素，支撐體系往往還要考慮與后續(xù)工作的銜接問題，本工程經(jīng)綜合分析采用碗扣件滿堂腳手架方案。

碗扣件搭設(shè)工藝流程：彈線、立桿定位→擺放掃地桿→豎立桿并與掃地桿扣緊→裝掃地小橫桿、并與立桿和掃地桿扣緊→安裝第一步橫桿并與各立桿扣緊→安裝第二步橫桿→加設(shè)臨時(shí)斜撐桿，上端與第二步橫桿扣緊（安裝與柱連接桿后拆除）→安裝第三、第四步大橫桿和小橫桿→安裝二層與柱拉桿→接立桿→加設(shè)剪刀撐→鋪設(shè)腳手板，綁扎防護(hù)欄及擋腳板。

施工要點(diǎn)：

（1）結(jié)合圖紙要求拱下部地面做法支撐架基礎(chǔ)做如下處理。1）將自然地坪用8t壓路機(jī)碾壓密實(shí)，壓實(shí)系數(shù)不小于0.9。2）用級(jí)配砂石（含卵石不少于30%）回填至-0.40m。3）拱下澆注150mm厚C20混凝土寬度10m（中心線兩端各5m）。

（2）每根立桿底部設(shè)一個(gè)可調(diào)支座，橫向及立面均每隔6m設(shè)一道剪刀撐，連續(xù)設(shè)置；（3）由于整個(gè)體系立面為弧形，上部需配置異型桿件，局部步距需調(diào)整為600mm。

4.2模板工程

模板工程工藝流程：支底?！ń壍捉睿ń墏?cè)壁鋼筋安裝預(yù)埋件）→支側(cè)模→清理雜物→支頂?！仓炷粒鹉?。

4.3鋼筋工程

鋼筋工程的工藝流程為：綁扎底部鋼筋→綁扎側(cè)壁鋼筋及腹筋→安裝預(yù)埋件→綁扎頂部鋼筋。

（1）畫箍筋間距并擺放箍筋，先穿拱上部縱向受力鋼筋，用鋼管架起穿箍筋，將箍筋按已畫好的間距逐個(gè)分開，最后穿下部鋼筋。

（2）側(cè)壁豎向鋼筋在拱內(nèi)設(shè)計(jì)以箍筋的形式綁扎，開口方向均向上，并應(yīng)相互錯(cuò)開，同箍筋一起先放置在底模上，綁扎時(shí)應(yīng)先沿縱向通長(zhǎng)穿一根鋼管支撐起鋼筋骨架后再綁扎。側(cè)壁水平筋綁扎時(shí)應(yīng)先在豎向筋上畫出位置線，注意起步筋應(yīng)距底模450mm，在下部及齊胸處綁扎2道水平筋固定，接著綁扎其余水平筋，最后綁扎拉結(jié)筋。

（3）綁扎時(shí)，應(yīng)逐點(diǎn)扎牢，箍筋及拉結(jié)筋末端應(yīng)加工成135°彎鉤，平直部分不小于10d，箍筋及拉結(jié)筋間距均為200mm。

（4）按照?qǐng)D紙要求安裝預(yù)埋件。預(yù)埋件全部采用穿孔塞焊的焊接方式，為保證預(yù)埋件位置準(zhǔn)確，在定做模板時(shí)按圖紙將預(yù)埋件位置留出螺栓口，安裝時(shí)用螺栓加固于模板上，保證預(yù)埋件安裝位置準(zhǔn)確。

（5）頂部鋼筋綁扎方法大致與頂部鋼筋相同，注意馬凳不得直接放置在模板上。

（6）拱內(nèi)主要縱向受力鋼筋采用直螺紋連接，合龍部分無法使用時(shí)采用冷擠壓接頭，保證同一截面接頭數(shù)量不超過50%相鄰接頭錯(cuò)開 1400mm，綁扎時(shí)應(yīng)使用“八字扣”，嚴(yán)禁使用順扣，鋼筋底部墊塊采用硬質(zhì)花崗巖，為了防止墊塊發(fā)生滑移，在花崗巖上鋸出2mm寬3～5mm深細(xì)槽，用綁線將墊塊綁扎在鋼筋上；側(cè)壁采用定制的塑料墊塊，間距1000mm梅花形布置。

4.4混凝土工程

（1）作業(yè)準(zhǔn)備。及時(shí)確定混凝土配比，并備齊保溫材料如草袋子、塑料布、棉被等以及作業(yè)所需的工具如振搗棒、木抹子、鍬等。

（2）汽車泵泵送?；炷敛捎闷嚤帽盟椭翝仓c(diǎn)，布料時(shí)應(yīng)注意布料高度，不得超高，保證每次布料高度不大于500mm。

（3）拱腳及實(shí)心拱部分施工。拱腳混凝土亦屬于大體積混凝土，施工時(shí)也應(yīng)參照承臺(tái)板大體積混凝土的有關(guān)技術(shù)措施施工。

（4）拱體混凝土施工。拱體混凝土施工應(yīng)預(yù)先劃分施工段，按施工段確定每次澆筑混凝土量和施工縫留置的位置和方向。

4.5落架

落架和底模的拆除同步進(jìn)行。由于落架涉及到拱體應(yīng)力轉(zhuǎn)換，故落架和底模的拆除應(yīng)安照由高到低、先中間后兩邊的順序進(jìn)行。

（1）為拆模方便，在拱頂?shù)匿撝频啄Ｉ项A(yù)設(shè)一塊八字型模板作為母板，先從該母板開始拆除，按照施工段的劃分由中部向兩端逐段拆除。

（2）為使拱體均勻的降落和受力，支撐體系各點(diǎn)降落應(yīng)分三次循環(huán)逐漸完成，按照預(yù)拱分配值各點(diǎn)底部均卸落1/3，每次間歇24h，間歇后應(yīng)將松動(dòng)的頂托頂緊，使拱體落實(shí)三次循環(huán)，直至全拱各點(diǎn)均脫落拱底。

5.結(jié)語(yǔ)

采用“免預(yù)壓法”能夠保證拱結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量，并（下轉(zhuǎn)第119頁(yè)）（上接第47頁(yè)）且能夠大大提高施工進(jìn)度，有效降低工程成本。大跨度拱結(jié)構(gòu)施工縫的留設(shè)位置和數(shù)量應(yīng)結(jié)合施工段劃分，其縫線方向?yàn)榉ㄏ蚍较颉?落架時(shí)拱結(jié)構(gòu)將發(fā)生應(yīng)力轉(zhuǎn)換，必須制定科學(xué)合理的拆模方案，保證拱結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量和安全。

【參考文獻(xiàn)】

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