薄壁穹頂結構施工工藝及質量控制

張志勇 魏 強

1 工程概況

某印度風格佛殿工程占地面積6 000 m2,建筑面積3 450 m2,由大佛殿、展覽中心、講經堂、柱廊、水池等組成。工程為典型印度風格,框架結構,局部2層;大佛殿屋頂采用薄壁穹頂結構,整個穹頂為雙曲薄殼結構,總高度21 m,穹頂直徑24 m,呈半球狀。穹頂內壁為半徑12.08 m的標準半球,外壁為變徑半球,壁厚由150 mm漸變125 mm漸變100 mm漸變125 mm漸變150 mm。

作為中印佛教國際友誼工程,工程工期緊,任務重,質量要求起點高。工程所用鋼筋90%為三級鋼,連接難度大;雙曲面薄殼,模板支設難度極高;薄壁穹頂厚度僅為10 cm～15 cm,鋼筋凈距僅3 cm,只能采用自密實混凝土。

2 總體施工設計

穹頂施工分5個施工段：+7.750 m～+11.40 m為第一施工段,+11.40 m～+13.80 m為第二施工段,+13.80 m～+16.20 m為第三施工段,+16.20 m～+18.6 m為第四施工段,18.6 m以上為第五施工段。

施工順序：搭設滿堂架及外施工架→穹頂內模支設→第一施工段鋼筋、外模、混凝土→第二施工段鋼筋、外模、混凝土→第三施工段鋼筋、外模、混凝土→第四施工段鋼筋、外模、混凝土→第五施工段鋼筋、模板、混凝土→拆模、養護。

3 模板施工控制

3.1 材料選用

模板選用15 mm厚多層板,50 mm×100 mm方木做龍骨,φ 48×3.5 mm鋼管做頂桿、主龍骨。木模板采用環保型脫模劑。

3.2 模板設計

+7.750 m～+18.600 m模板按剪力墻模板設計,模板采用15 mm厚多層板,內豎楞采用50 mm×100 mm方木(平放),間距200 mm,外橫楞采用 2φ 48×3.5 mm架子管,布置間距 500 mm,采用φ 14 mm對拉螺栓,間距500 mm×400 mm,元寶形扣件配套使用。+18.60 m以上坡度平緩,按頂板模板設計,只支設底模。

1)方木：平放,中線間距30 cm,凈距20 cm。方木和鋼楞通過鐵絲連接牢靠。2)多層板：15 mm厚,現場放大樣,加工成梯形且兩腰略帶弧度。3)對拉螺栓：采用φ 14圓鋼,兩端有40 mm×40 mm擋片,用以固定外壁模板和控制壁厚。4)鋼楞：采用2φ 48×3.5 mm鋼管,加工成與標高相對應半徑的圓弧,沿穹頂壁弧向間距50 cm。

3.3 模板支撐體系

支撐系統為扣件式滿堂腳手架,立桿間距為1 200 mm×1 200 mm,水平桿在+7.750 m以下為1 700 mm,+7.750 m以上為1 000 mm,800 mm,400 mm。距地20 cm設置掃地桿,立桿底端墊方木和鋼板。在靠近穹頂處增加小橫桿和小立桿,以加密圓弧形鋼楞,小橫桿應至少與兩根滿堂架的立桿連接。第三、第四施工段受力最不利,在半徑7.5 m～10 m間加密立桿,間距0.6 m×1.2 m。為保證穹頂滿堂架架體穩定性和剛度,將穹頂滿堂架與16根框架柱相連接,每根柱每層的連接點不少于兩道,同時在滿堂架的X,Y,Z三個方向加設剪刀撐,Z方向(水平向)剪刀撐每兩步一層。剪刀撐斜桿的接長采用搭接,至少用3個扣件。旋轉扣件中心線至主節點的距離不宜大于150 mm。剪刀撐布置示意圖見圖1。

3.4 模板安裝

3.4.1 穹頂內側模板安裝順序及控制要點

滿堂扣件式腳手架→小橫桿、小立桿→鋼楞→方木→鋪設模板→檢查、修整。

1)穹頂的曲度主要靠鋼楞的位置及弧度來控制。2)按間距20 cm沿豎向放置方木,方木與鋼楞間用雙道8號鐵絲捆綁牢靠,防止方木移位。3)沿環向分層鋪設模板,模板用釘子定在方木上。鋪設好一層模板后,要用同穹頂內徑一致的弧形套模檢查,發現不到位的地方要及時調整。上下兩層模板應錯縫鋪設,模板接縫間加海綿膠,上面用黃色寬塑料膠帶鋪貼。4)每個施工段外模板支設前,要測量鋼楞標高和半徑,檢查內模是否移位,若發生位移,及時調整后再安裝外模板。

3.4.2 穹頂外側模板安裝順序及技術要點

鋼筋綁扎完畢經驗收合格后方可安裝外模板。外模是變半徑雙曲面,位置全靠對拉螺栓控制,對拉螺栓上的擋片一個頂在內模上,一個頂在外模上,通過擋片間距的變化,達到外模變徑的效果。對拉螺栓應先與板鋼筋焊接在一起,固定好位置,然后再覆蓋上外模板,通過上緊螺帽使外模緊壓在螺栓擋片上。

3.5 模板的拆除

每一施工段混凝土澆筑后3 d方可拆除外模板,具體為配置兩個施工段的外模板,第二施工段混凝土澆完后拆除第一施工段外模板,第三施工段混凝土澆完后拆除第二施工段外模板,第四施工段混凝土澆完后拆除第三施工段外模板,拆除順序為從上至下;最后一個施工段混凝土澆筑后28 d,且強度達到100%后方可拆除內模板,拆除順序為從上至下。脫模困難時,可用撬棍在模板底部撬動、晃動,嚴禁用大錘砸模板。

4 鋼筋施工

1)板頂部和板底部鋼筋間距的控制。對于10 cm厚的板,頂部和底部鋼筋的間距僅有3 cm,可放置3 cm厚混凝土墊塊,墊塊要和鋼筋綁扎牢靠。對于12.5 cm～15 cm厚的板,要在鋼筋網片間加馬蹄筋,間距50 cm×50 cm,橫放豎放錯開。2)縱向鋼筋的固定。用鐵絲將橫向鋼筋與貫穿穹頂的滿堂架立桿相連接、固定,縱向鋼筋通過與橫向鋼筋的綁扎固定位置。3)鋼筋保護層。穹頂鋼筋保護層按板設計,厚度15 mm。采用15 mm厚混凝土墊塊,墊塊要與縱向鋼筋綁扎牢靠,間距50 cm×50 cm。

5 混凝土施工

5.1 工藝流程

混凝土施工工藝流程如圖2所示。

5.2 施工控制要點

1)模板：要求模板有較高的強度和剛度。為避免漏漿與脹模,在澆筑前一定要檢查模板的牢固性。2)密封：模板接縫要盡量少,且應保證嚴密不漏漿,接縫最大寬度不能大于2 mm,拼縫的部位用膠布貼縫。3)墊塊：混凝土墊塊必須墊鋪均勻,且牢牢固定,以免鋼筋移位。4)保濕：與其接觸的物件、器具必須保持充分濕潤,特別是模板。5)振搗：在澆筑時應輔助以模板外側振動的方式代替振搗進行施工,注意振搗點均勻分部,嚴禁就一個點長時間振搗,以免造成混凝土離析。6)澆筑：混凝土泵送前應用高強砂漿進行試泵,以濕潤和密封管壁,減小管壁對混凝土拌合物的阻力,保證自密實混凝土泵送順利進行。7)澆筑間距：自密實混凝土筑點間的水平間距不宜大于5 m,垂直下落最大距離不宜大于2 m。當垂直下落距離不能滿足要求時,宜采用導管法澆筑。8)質控指標：本次確定現場質控指標為：坍落度：240 mm～260 mm;坍落擴展度：≥580 mm。另外混凝土流淌要均勻,中間不鼓包,周邊不泌水,粘聚性要好。9)養護：混凝土初凝之后,宜采取濕麻布覆蓋,并及時澆水,以使混凝土能及時散熱,養護齡期不宜少于14 d。另外,拆模時間也要延長,應大于3 d,最好7 d以后。

5.3 施工縫留設及處理措施

1)每一施工段施工后留設一道水平施工縫,施工縫上做凹槽形榫頭,做法見圖3。2)下一個施工段施工前應先對施工縫進行處理。a.在施工縫處繼續澆筑混凝土時,已澆筑的混凝土的抗壓強度必須達到1.2 MPa以上。b.注意施工縫位置附近需彎鋼筋時,要做到鋼筋周圍的混凝土不受松動和損壞。鋼筋上的油污、水泥砂漿及浮銹等雜物也應清除。

5.4 第五施工段混凝土澆筑(此施工段混凝土按頂板施工)

此段穹頂坡度較小,僅有底層模板,要求混凝土坍落度在140 mm～160 mm之間,以防止流淌。混凝土自下而上分層澆筑,振動棒適當點振,確保密實但又不能使混凝土大量流淌,待混凝土將要初凝時,用套模套出精確弧度,然后分三遍收光,最后覆蓋塑料薄膜。

6 結語

該工程按照高標準、高規格的要求,實現了過程精品控制,穹頂結構混凝土外觀尺寸準確,棱角整齊,內實外光,基本達到清水混凝土效果,受到印方和國內專家的充分肯定,也證明了事前所設計的施工工藝及質量控制要點的準確性,為今后同類工程的施工積累了寶貴的經驗。