大角度雙重檐混凝土坡屋面施工技術

楊 培 青, 楊 衛 兵

(中國水利水電第五局工程有限公司,四川 成都 610066)

1 概 述

民權縣高級中學新校區建設工程位于河南省商丘市民權縣,該項目占地面積約為278 404.32 m2,總投資10.3億元。工程主要包括教學用房、宿舍樓、體育館、食堂、圖書信息樓。該工程所有建筑屋面均采用了大角度雙重檐混凝土坡屋面結構。闡述了針對大角度雙重檐混凝土坡屋面采用的施工技術。

2 大角度雙重檐混凝土坡屋面的理念及結構特點

2.1 大角度雙重檐混凝土坡屋面理念

城市建筑從滿足最基本的居住條件到追求更高的品質是其發展的必然結果。該工程設計方案初選時,縣委縣政府對建筑外形提出了呈現中國傳統文化的要求,并通過了大角度雙重檐混凝土坡屋面設計方案。大角度雙重檐混凝土坡屋面能否順利實現,重點是必須解決大角度雙重檐混凝土坡屋面結構設計、模板支撐體系設計、混凝土澆筑工藝、坡屋面掛瓦施工工藝。坡屋面施工質量能否達到設計要求,關系到整個建筑的外形效果。

該工程中的教學樓、食堂、宿舍樓、圖書信息樓屋面均采用大角度雙重檐混凝土坡屋面結構,坡屋面角度為40°～60°[1],施工完成后均存在混凝土外觀質量成型差、質量缺陷多的質量風險[2]。對此,技術人員針對大角度雙重檐混凝土坡屋面施工開展了施工工藝探討。

2.2 大角度雙重檐混凝土坡屋面的結構特點

大角度雙重檐混凝土坡屋面見圖1。其結構件是由柱、橫梁、斜梁、斜板、上翻梯形梁、局部造型懸挑板組成。斜梁、斜板的傾斜角度為40°～60°,梁寬250 mm,梁高400 mm,板厚150 mm;上翻梯形梁梁寬300 mm,梁高730～940 mm。

圖1 大角度雙重檐混凝土坡屋面示意圖

如何有效解決大角度斜梁、斜板、上翻梯形梁混凝土的密實度、外觀成型質量是該工程能否成敗的關鍵。重點闡述了研究后應用的施工工藝流程及操作要點。

3 施工工藝流程及操作要點

3.1 模板設計深化

針對斜梁、上翻梯形梁模板進行的設計深化:采用了類似“封閉六面體”的模板設計,梁底、梁側、梁頂部模板采用15 mm厚標準膠合板,小梁及背楞采用35 mm×85 mm木方,梁側模采用對拉螺栓加固,對拉螺栓水平間距為600 mm,支撐架采用扣件式腳手架。梁頂部模板每隔1.5～2 m設置梁寬×300 mm的混凝土灌注口,該灌注口底標高同設計梁頂標高,且其頂標高高于梁頂標高200 mm。斜梁、上翻梯形梁模板設計情況見圖2。

圖2 斜梁、上翻梯形梁模板設計圖

針對斜面板模板進行的設計深化:采用類似于“剪力墻”的現澆坡屋面雙層模板結構施工做法[3],板底、板頂模板均采用15 mm厚標準膠合板。板底、板頂模板采用三段式止水定位對拉螺桿,其橫縱間距為600 mm,以確保面板厚度達到150 mm;板頂模板縱向每隔1.5～2 m間距設置300 mm寬橫向的混凝土灌注口,該灌注口底標高同設計板面標高,頂標高高于板面標高200 mm。板底小梁采用35 mm×85 mm木方,支撐架采用扣件式腳手架。斜面板模板設計情況見圖3。

圖3 斜面板模板設計圖

3.2 施工工藝流程

采用大角度雙重檐混凝土坡屋面施工工法,重點解決了傾角為40°～60°斜梁、斜面板及上翻梯形梁施工的難點,確保了構件成型尺寸及混凝土密實度。該工藝原理為:斜梁、上翻梯形梁采用類似“封閉六面體”的模板設計,模板頂部沿梁縱向方向每隔1.5～2 m設置混凝土灌注口(兼作振搗棒入口)。

斜面板采用類似于“剪力墻”的現澆坡屋面雙層模板結構施工方法[4],斜面板的兩側模板均采用三段式止水定位對拉螺桿以確保面板厚度;面層模板縱向每隔1.5～2 m設置橫向混凝土灌注口(兼作振搗棒入口);混凝土采用自下而上分層分段澆筑的方式。灌注口混凝土澆筑完成面的標高應高于板面標高5～10 cm,振搗棒隨混凝土澆筑振搗密實,待混凝土初凝后,拆除灌注口模板,剔除高于設計標高的混凝土,采用高一標號強度的水泥砂漿修面,以確保灌注口混凝土的觀感質量。大角度雙重檐混凝土坡屋面施工工法流程見圖4。

圖4 大角度雙重檐混凝土坡屋面施工工法流程圖

3.3 關鍵施工技術要點

3.3.1 模板安裝前的準備工作

梁板模板安裝前應完成模板安裝方案的深化工作,并按照審批完成的模板設計方案進行現場技術交底,做好梁、板、柱測量定位放線,現場準備好標準膠合板、木方、鋼管、扣件、對拉螺桿等材料。

3.3.2 模板支架的搭設

腳手架搭設前,先在CAD圖紙上將梁板圖紙與平面圖套合并繪制立桿平面布置圖,然后在支撐樓板上預先放出屋脊、屋檐及各斜梁投影線,再根據立桿平面布置圖對照各投影線進行搭設。

模板支架采用扣件式滿堂鋼管腳手架支撐體系(梁板共用)。斜梁支撐體系:平行于梁截面方向的立桿間距應≤0.9 m(根據梁截面尺寸確定梁底增設的立桿個數),梁縱向方向的立桿間距應≤0.9 m。斜面板支撐體系立桿的橫縱間距應≤0.9 m。水平桿橫縱交錯布置,步距不大于1.5 m;掃地桿距地200 mm。由于坡屋面會傳遞模板、混凝土自重及施工等荷載,對支撐系統將產生水平推力作用,為保證滿堂支架體系穩定,設置了水平及豎向剪刀撐,在架體頂部、底部以及豎向每隔3.6 m均設置了連續水平剪刀撐。立桿頂端必須設置縱橫雙向水平桿。對梁底小橫桿和立桿交接處加設保險扣,將斜梁模板支架與斜面板模板支架相互連接、形成整體。

3.3.3 斜梁模板、鋼筋的安裝工藝

(1)梁底模板的安裝:先進行小梁安裝,小梁采用3根35 mm×85 mm木方,間距75 mm;小梁上鋪15 mm厚標準膠合板作為梁底模板,模板與小梁采用釘子固定。

(2)梁鋼筋的綁扎:按照施工圖設計文件進行鋼筋的制作與安裝。鋼筋安裝完成后并經施工、監理驗收合格后方可進行梁頂模板的安裝。

(3)梁側、梁頂模板的安裝:梁頂、梁側模板采用15 mm厚標準膠合板封閉,用釘子固定。沿梁縱向方向、距下部梁端1.5 m處設置梁寬×300 mm的混凝土灌注口,以上每隔1.5～2 m間距設置混凝土灌注口。梁頂模板安裝完成后進行灌注口模板的安裝。

(4)梁模板的加固:對于梁兩側模板中部,采用一道“對拉螺栓+木方”加固,對拉螺栓的水平間距為600 mm。

3.3.4 上翻梯形梁模板與鋼筋的安裝工藝

(1)梁底基層清理:先進行上翻梯形梁底部混凝土鑿毛,清理基層,對預留預埋的鋼筋進行調整,準備進行梁鋼筋的綁扎。

(2)梁鋼筋的綁扎:按照施工圖設計文件進行鋼筋的制作與安裝,待隱蔽工程驗收合格后進行模板封閉。

(3)梁側、梁頂模板的安裝:梁側、梁頂模板采用15 mm厚標準膠合板封閉,用釘子固定。沿梁縱向方向每隔1.5～2 m間距設置混凝土灌注口。梁頂模板安裝完成后進行灌注口模板的安裝。

(4)梁模板的加固:對于梁兩側模板采用兩道“對拉螺栓+木方”加固,第一道距梁底的間距為250 mm,第二道距梁底的間距為600 mm,沿梁縱向方向的水平間距為600 mm。

3.3.5 斜面板模板與鋼筋的安裝工藝

(1)板底模板的安裝:先進行小梁安裝,小梁采用35 mm×85 mm木方,間距200 mm,與主梁鋼管加固牢靠;小梁上鋪15 mm厚標準膠合板作為板底模板,模板與小梁用釘子加固。

(2)板鋼筋的綁扎:按照施工圖設計文件進行鋼筋的制作與安裝,經隱蔽工程驗收合格后進行模板的封閉。

(3)板頂模板的安裝:安裝三段式止水定位對拉螺桿,其橫縱間距為600 mm以確保板厚。板頂采用15 mm厚標準膠合板封閉。斜面板利用木方、三段式止水定位對拉螺桿橫向加固。沿縱向方向在距下部板端1.5 m設置300 mm寬橫向混凝土灌注口,以上每隔1.5～2 m間距設置混凝土灌注口。板頂模板安裝完成后進行灌注口模板的安裝。

(4)底模與支撐架體的連接加固措施:坡屋面混凝土澆筑時受重力作用影響立桿及模板支撐點受到的側向壓力較大。為防止模板下滑,將底模下部的小梁與鋼管主梁采用U型卡箍鐵片(304騎馬卡)加固,U型卡箍鐵片環抱鋼管主梁并通過釘子固定在小梁上,U型卡箍鐵片加固的間距同支撐腳手架立桿間距。鋼管主梁通過U型可調頂托與支撐體系連接牢固。可以通過相鄰鋼管主梁標高差控制小梁及梁板模板的坡度,確保其滿足坡屋面角度的設計要求。

3.3.6 混凝土澆筑

對于鋼筋、模板工程,應待隱蔽工程驗收合格后進行混凝土澆筑。 混凝土澆筑應連續進行,如必須間歇,其時間一定要盡量短。結合鋼筋分布情況,將混凝土振搗密實;鋼筋太密時,必須采取措施避免出現空洞。混凝土振搗采用插入式高頻振動棒,振動棒的插點要均勻、采用交錯式的次序,其移動距離不得超過作用半徑的1.5倍;振動棒要快插慢拔,將振動時間控制在20～30 s。混凝土澆筑順序見圖5。具體的混凝土澆筑順序為:上翻梯形梁→柱→斜梁→斜面板。

圖5 混凝土澆筑順序圖

上翻梯形梁混凝土澆筑:先在梁底部鋪設厚度為2～3 cm、與混凝土同等強度的水泥砂漿,然后采用“趕漿法”由一端向另一端推進。梁分層澆筑,第一層澆筑至梯形斜面位置(700 mm高度位置),第二層澆筑至灌注口頂標高或高于梁頂標高5～10 cm處。

斜梁混凝土澆筑:混凝土柱澆筑完成后進行斜梁混凝土澆筑。斜梁混凝土根據梁長度一次性澆筑或分段澆筑。斜梁混凝土澆筑從低的一端向高的一端采用“趕漿法”推進。對于斜梁部位設置有斜面板時,應先將混凝土澆筑至板底標高,然后將梁板混凝土一起澆筑至設計標高。

斜面板混凝土澆筑:斜梁混凝土澆筑完成后進行斜面板混凝土澆筑。斜面板混凝土根據板的縱向長度一次性澆筑或分段澆筑。斜面板混凝土澆筑從低的一端向高的一端采用“趕漿法”推進。

斜梁、斜面板混凝土的澆筑分段同灌注口分段,將澆筑分段控制在1.5～2 m。灌注口位置的混凝土澆筑至灌注口頂部或高于梁、板頂標高5～10 cm。混凝土應充分振搗以確保斜梁、斜面板、上翻梯形梁頂部混凝土充盈[5]。

為避免混凝土表面出現氣孔等缺陷,分別在上翻梯形梁側模、斜梁及斜面板底模設置了排氣孔,排氣孔的設置分段隨斜面板混凝土澆筑分段。

3.3.7 灌注口模板的拆除及混凝土處理

待混凝土初凝后,拆除灌注口模板,剔除高于梁、板設計頂標高的混凝土并使用比原混凝土高一標號的水泥砂漿進行修補。

3.3.8 混凝土養護及模板拆除

混凝土澆筑完畢,常溫下12 h之內對其進行覆蓋并澆水養護。高溫下6 h之內需澆水養護。對于梁板等水平構件應不間斷澆水,以保證這些關鍵構件始終處于濕潤狀態,養護時間為澆筑后不少于7 d。待混凝土強度達到100%后進行模板及支架的拆除。

4 質量控制要點

(1)采用該工法施工前,必須嚴格控制好模板的穩定性和剛度。按照設計要求控制好斜梁、斜面板、梯形梁斜面的坡度。

(2)上翻梯形梁施工前,必須對新舊混凝土結合面進行鑿毛并用高壓水槍沖洗干凈,鋪筑2～3 cm厚度的同標號水泥砂漿,避免出現爛根等質量通病。

(3)梁板混凝土應分層分段澆筑。混凝土采用“趕漿法”從標高較低的一端向標高較高的一端推進。上層混凝土澆筑必須澆筑至灌注口頂標高或高于設計標高5～10 cm。鑒于灌注口兼作振搗口,因此,需要將澆筑分段控制在1.5～2 m范圍內。混凝土應充分振搗,以確保梁板頂部混凝土充盈。

(4)嚴格控制混凝土塌落度[6],避免其過大。上層混凝土澆筑時,應重點關注下層灌注口情況,避免發生混凝土露漿的情況。

(5)待混凝土初凝后或混凝土強度達到50%時,應及時安排混凝土工剔除高于設計標高的混凝土,并使用高一標號的水泥砂漿進行修補,以確保灌注口混凝土的成型質量。

(6)梁板模板的拆除必須待混凝土達到設計與規范要求的脫模強度。板與梁底模板應在梁板混凝土強度達到設計強度的100%并應具有同條件養護試件拆模試壓報告、經監理工程師審批簽發拆模通知書后方可拆除。

(7)質量檢測。主要檢測項目包括混凝土配合比、混凝土坍落度、模板坡度、支架穩定性、梁板設計高程及坡度等。

5 結 語

通過采取施工設計方案深化等有效措施,圓滿地完成了該工程施工。在主體工程驗收過程中,大角度雙重檐混凝土坡屋面構件尺寸偏差均滿足相關規范允許偏差的要求,混凝土外觀成型質量好;梁頂、斜面板頂部混凝土面未見氣孔缺陷;灌注口混凝土色差較小;上翻梯形梁頂部斜面坡度、斜梁、斜面板坡度均滿足設計坡度要求;五方責任主體、質監站對混凝土外觀成型質量給予了高度評價,該工程順利通過了主體工程驗收,并經質監站推薦榮獲“市優質結構工程”獎。