大跨度拱板三維波紋鋼板混凝土施工技術及裂縫控制研究

南鐵雷

（中國水電建設集團十五工程局有限公司，陜西 咸陽 712000）

1 工程概況及主要施工方案

大跨度拱板三維波紋鋼板混凝土直墻拱結構倉儲建筑物，是在兩側直型墻澆筑完成。利用三維波紋鋼板作內模，人工搭設扇形滿堂腳手架作為內支撐，為后續拱板鋼筋制安、混凝土澆筑等工序創造施工條件。鋼筋制安時，將拱板上的環向鋼筋視為拱形梁，人工在地面先分別獨立加工完后，再用塔吊等將鋼筋梁逐榀吊至三維波紋鋼的凹槽內安裝。

外模采用標準復合材料模板，模板和槽鋼制成的弧形骨架通過活動銷釘連接固定，外模隨混凝土澆筑同步安裝。骨架（外模）和三維波紋鋼板，通過φ20螺桿拉筋與肋板上的連接螺栓、￠28主筋焊接固定，使內、外模板連成整體。模板加固完成、質檢合格后，按照“分層——對稱——連續”的原則，從兩側拱腳對稱上升完成拱板混凝土澆筑。

2 施工工藝流程及操作要點

2.1 施工工藝流程

施工工藝流程如下：直墻澆筑→三維波紋鋼板安裝→內支撐腳手架搭設→鋼筋制安→外模安裝→拱板混凝土澆筑。

2.2 操作要點

2.2.1 三維波紋鋼板安裝

拱板三維波紋鋼板吊裝前，在直墻混凝土上已完成預埋支撐鋼板施工。頂拱三維波紋鋼板吊裝完后，利用原三維波紋鋼板拱腳兩端的割除件，將頂拱與直墻上的預埋鋼板焊接連成整體。

（1）三維波紋鋼板除銹、防腐。加工成型后的三維波紋鋼板，在地面由人工用砂輪除銹、并涂刷防腐漆。除銹、防腐施工完成后，在地面以榀為單位進行拼裝。

（2）地面拼裝。三維波紋鋼板在地面上以榀為單位拼裝。用自制小推車在拼裝場地內完成轉用，人工用小撬杠對孔后，采用8.8級螺栓逐塊拼裝。單榀拼裝從兩端開始，按照大小頭依次向外搭接，將中間一塊單元板扣于最外側。榀與榀連接應采用錯縫搭接。

（3）三維波紋鋼板吊裝。拼裝后的波紋鋼板拱帶采用25t汽車吊按照由中間向兩端的順序吊裝。每組吊裝單元設2個吊點，并設兩根1cm厚鋼板加強吊點剛度，吊點宜位于約1/3跨度處。

每單元吊裝過程中，利用全站儀免棱鏡功能測量，對拱頂、兩側拱腰處三點找平控制，并進行橫向平整度控制。若不滿足規范和設計要求，用倒鏈、正反絲杠對單榀進行調整。

（4）螺栓連接。三維波紋板鋼單元吊裝就位后，對兩組單元的搭接處采用8.8級螺栓連接拼裝。連接螺栓用線繩和吸鐵石從下至上穿過安裝孔位，由人工手持電鉆在拱板三維波紋鋼板外側安裝。連接螺栓應緊固、可靠，外露絲扣不應少于2扣，連接方向宜從跨中向拱腳的次序進行。若螺栓孔的相應位置不對位時，用小撬杠對孔，不隨意擴孔或打孔[1]。

（5）定位焊接。頂拱波紋鋼板吊裝完后，將原波紋鋼板拱腳兩端的割除件與直墻混凝土上的預埋鐵板焊接、固定，使弧形波紋鋼板與直墻預埋鋼板連接成整體。三維波紋鋼板拱形結構及定位允許偏差應滿足精度要求。

（6）三維波紋襯板空隙混凝土澆筑。頂部波紋鋼板與直墻預埋鋼板焊接完成后，利用建筑物內部搭設的滿堂腳手架，安裝木模板，進行建筑物內部三維波紋襯板空隙混凝土澆筑。填空混凝土由人工入倉，用￠10振搗棒振搗。

（7）防腐涂料涂裝。拱板混凝土澆筑完成、三維波紋鋼板內支撐拆除后，對三維波紋鋼板內襯進行防腐涂裝。

防腐、除銹按照噴砂除銹→噴涂底漆→噴涂中漆→噴涂面漆的順序，根據設計依次施工。

2.2.2 內支撐腳手架搭設

三維波紋鋼板采用人工搭設扇形滿堂腳手架作為內支撐。

內支撐腳手架支撐于庫內地坪混凝土面上，架體下鋪設木墊板，木墊板寬度300mm，厚度50mm，統一按進深方向設置。

滿堂腳手架采用￠48.3mm×3.5mm鋼管。立桿沿三維波紋鋼每榀設置13道，橫向水平桿由低至高共布設6層。立桿頂部安裝頂托和木楔，支撐于波紋鋼板波谷處，作為三維波紋鋼板的支撐體。

豎向剪刀撐橫向每5跨設置一道，縱向每隔6m從底至頂連續設置；水平剪刀撐共設3層，其中掃地桿層設置一層，架體中部設置一層，滿堂支架頂部設一層。內支撐滿堂腳手架搭設如圖1所示。

圖1 內支撐滿堂腳手架搭設

2.2.3 鋼筋制安的要點

（1）預埋件安裝。波紋鋼板及內支撐腳手架施工完后，按照設計圖紙對預埋件的規格、尺寸等進行檢查，確認無誤后由專業桁吊廠家進行預埋件安裝。

（2）鋼筋制安步驟如下：①鋼筋梁制作。在預制鋼筋梁的混凝土地面上，用墨線分別彈出每種弧形鋼筋的長度。人工將制好的鋼筋沿弧長分段擺放，并用直螺紋套筒連接成整體。接頭鋼筋在中間擰緊，套筒每端外露不超過兩個有效絲，且不少于1個有效絲。鋼筋接頭面積百分率符合規范要求。主筋連接完后，按照圖紙間距，將箍筋套入受力主筋。待主筋調整至設計位置后，再將箍筋和主筋綁扎成整體，形成鋼筋梁骨架。②鋼筋梁吊運入倉。人工配合塔吊或履帶吊，將加工好的鋼筋梁逐榀吊至波紋鋼凹槽內。鋼筋吊裝完成后，人工用撬杠等將鋼筋梁調整至設計位置。③鋼筋安裝。人工用電動液壓鉗將直墻預埋的主筋逐根彎曲后，用鐵絲將鋼筋梁上的￠28主筋與預彎鋼筋綁扎連接成整體，再將鋼筋梁搭接區外的原套入箍筋（一般預留5支），逐根移至拱腳搭接區綁扎牢固。鋼筋梁初步安裝完后，先將底層縱向￠16分布鋼筋逐根穿入鋼筋梁內，再安裝拱板剩余￠28弧形主筋，最后安裝頂層￠16分布鋼筋，并按圖紙間距安裝￠12掛鉤鋼筋，使拱板鋼筋連接成整體[2]。

2.2.4 拱板混凝土外模安裝

拱板內模采用三維波紋鋼板，由滿堂腳手架支撐；外模采用1.5m×0.6m（長×寬）復合材料模板，外模固定在145mm槽鋼加工的弧形骨架上，骨架間距為1.66m，用φ20拉筋（螺桿）與三維波紋板肋板上的連接螺栓焊接固定。外側模板用塔吊吊至施工面，沿庫長方向通長設置，并按照“平行空倉”的原則，逐層隨混凝土澆筑同步安裝。即先安裝最底層模板，每層混凝土振搗完成后再安裝下一層模板，保證混凝土入倉、振搗最大自由面高度不得超過兩層模板。拱板外模安裝如圖2所示。

圖2 拱板外模安裝

2.2.5 拱板混凝土澆筑

（1）混凝土澆筑。混凝土由10m3罐車運至施工現場后，用兩臺SY5502THB60混凝土汽車泵從兩側同時入倉。混凝土澆筑時，按照“分層--對稱--連續”的原則，從兩側拱腳對稱上升澆筑，避免失穩。拱板混凝土每層澆筑厚度為0.3～0.5m，用軟軸插入振搗棒振搗。拱板外側模板隨混凝土澆筑同步扣模安裝[3]。

（2）拆模、養護。拱板混凝土為大體積、高標號混凝土，單倉澆筑歷時較長，故澆筑完成24h后拆模。三維波紋鋼板內支撐在混凝土立方體抗壓強度達到設計強度80%后，即可拆除。

養護采取涂刷養護劑與灑水覆蓋相結合的方式，即模板拆除后，先在混凝土外表面涂刷養護劑，再覆蓋土工布并灑水養護不少于14d，確保表面持續濕潤。

3 裂縫控制研究

根據已成型段施工效果觀察，澆筑完成后第2d，拱頂及側墻開始出現多條裂縫，至第7d裂縫數量趨于穩定，其中單側直墻約14條呈規律性豎直分布，間距約5m。針對出現的上述問題，項目積極采取應對措施，旨在減少裂縫對結構主體安全的影響，從原材料控制、配合比優化、施工過程控制、成品保護及養生等方面積極改進，收效明顯，裂縫數量減少約60%。

3.1 原材料控制

（1）水泥。本結構屬于大體積混凝土施工，推薦選用水化熱較低的水泥，如硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥或礦渣硅酸鹽水泥。

（2）骨料。骨料優選潔凈、級配良好、含泥量較低的中砂和級配良好、空隙率較小的粗骨料，并要求符合國家現行有關混凝土用骨料的標準規定。根據項目周邊考察情況，細骨料選用河砂，粗骨料選用人工骨料，花崗巖、反擊破生產工藝。

（3）摻合料。為改善混凝土性能應在其中摻入礦物摻合料，所用摻合料應符合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爐礦渣粉等規定。本項目根據試驗確定，粉煤灰選用Ⅱ級粉煤灰。

（4）外加劑。宜采用減水劑改善工作性能，降低用水量，減少收縮，本項目選用KLPCA-R型緩凝聚羧酸高性能減水劑，現場應用效果較好。

3.2 配合比設計優化

依據施工圖紙中的設計指標要求，針對各單體C50直墻拱混凝土配合比設計試驗時，主要從以下幾個方面予以考慮及優化。

（1）在滿足混凝土設計技術指標要求的前提下，混凝土力爭選擇較大的粉煤灰摻量，以降低混凝土的絕熱溫升，降低混凝土內部溫度，減輕溫控壓力。按照經驗和施工規范要求，混凝土選擇5%、10%、15%、20%粉煤灰摻量進行試驗。根據試驗結果確定出滿足混凝土設計技術指標和相關規范技術要求的最大粉煤灰摻量的混凝土配合比。對各種不同粉煤灰摻量、不同水膠比的混凝土配合比，采用系列試驗設計方法同時進行[4]。

（2）配合比設計表中砂石骨料均以氣干狀態為準進行試驗，施工中應根據骨料實際含水率進行配合比調整。

（3）試驗中注重研究混凝土拌和物的性能，確定出和易性、抗分離性、均勻性好的混凝土配合比，盡可能的使混凝土有良好的施工性能。

（4）混凝土配合比設計全部采用緩凝聚羧酸高性能減水劑進行試驗，混凝土的初凝時間控制在10h左右（室內標準試驗條件下）。

3.3 施工過程控制

在施工過程中應加強對粗骨料的檢驗頻次，及時根據級配情況適當調整各粒級粗骨料摻配比例，保證混凝土和易性，滿足規范和施工技術要求。

外加劑對混凝土的性能影響較大，施工必須檢驗每批次進貨減水劑的減水率和摻量、引氣劑的引氣量和摻量，如與報告中的試驗結果不符時，應調整外加劑的摻量，保證混凝土的性能、含氣量等技術要求[5]。

拌合站混凝土攪拌時間不少于90s。嚴格控制入倉口坍落度，不宜超過180mm；試驗人員應根據天氣、結合現場實際情況進行動態控制。

澆搗工作。澆搗時，振搗捧要快插慢拔，正確掌握振搗時間，避免過振或漏振，應提倡采用二次振搗，以排除泌水、混凝土內部的水分和氣泡。

3.4 養生及成品保護

混凝土養護在混凝土裂縫的防治工作中，對新澆混凝土的早期養護工作尤為重要。以保證混凝土在早期盡可能少產生收縮。對于大體積混凝土，養護時間為14~28d。混凝土的降溫和保溫工作：對于厚大體積混凝土，施工時應充分考慮水泥水化熱問題。采取必要的降溫措施（埋設散熱孔、通水排熱等），避免水化熱高峰的集中出現、降低峰值。澆搗成型后，表面覆蓋薄膜、濕麻袋等進行養護，以防止由于混凝土內外溫差過大而引起的溫度裂縫。

夏季應注意混凝土的澆搗溫度，采用低溫入模、低溫養護，必要時經試驗可采用冰塊，以降低混凝土原材料的溫度。

4 結語

本工程采用三維波紋鋼板作為內模，即解決了傳統拱形內模安裝、支撐、加固耗時較長的問題，又加快了施工進度。外模采用標準復合材料模板，模板和骨架由活動銷釘連接固定，可隨混凝土澆筑同步安裝，即提高了施工效率，又滿足了施工質量。整體通過科學合理的施工組織及制定切實可行的裂縫預防措施，取得了一定的社會效益和經濟效益。在施工過程中總結的各項流程、關鍵技術、施工方法等，可為類似工程施工提供參考經驗。