高空現(xiàn)澆混凝土箱形屋蓋施工技術(shù)----技術(shù)交底

某工程為一大型工業(yè)建筑，平面呈“山”字形，建筑總高約94m。整個結(jié)構(gòu)由9個現(xiàn)澆簡體和框架聯(lián)合組成（圖3-13-1）。筒體和框架共14層，層高6.8m。單個簡體平面尺寸7m×7m，筒體壁厚500mm；框架位于簡體之間，柱截面1.2m×1.2m和1.0m×1.0m，梁截面有350mm×750mm等數(shù)種?；炷翉姸鹊燃?/span>C30。

該工程屋蓋為現(xiàn)澆雙跨非封閉式混凝土箱形屋蓋，局部雙層雙跨。每跨凈長26.8m，坐落在81m高空上（箱底標高+81.6m，箱頂+88.4m）。箱體兩壁為通長深梁，梁寬500mm，高7.8m；箱頂和箱底為主次梁樓面，板厚400mm?；炷翉姸鹊燃?/span>C35。該單層單跨箱形屋蓋重量達723t，混凝土體積300余m3，構(gòu)成了一組超高、超重、大跨的屋蓋結(jié)構(gòu)。

另外，該工程地處北方地區(qū)，氣候干燥，冬季時間長，氣溫低，最低氣溫達-33℃，而箱形屋蓋施工正處冬季。

在81m高空進行如此大型屋蓋施工，突出的難點有二：一是必須解決好高空支模的支撐體系，二是如何保證混凝土在高空的冬期施工質(zhì)量。

第1章 箱形屋蓋模板支撐方案選擇

該工程箱形屋蓋支模的特點是一“高”二“重”。選擇好高空支模方案具有重要的技術(shù)經(jīng)濟意義。在調(diào)研和論證過程中，曾考慮以下3種方案。

第1節(jié) 滿堂腳手架方案

參考市政工程中高架橋和高層建筑中高空連廊的施工經(jīng)驗，采用滿堂鋼管腳手架搭設(shè)到80m高空，相互拉結(jié)形成群柱。然后在上面架設(shè)操作平臺，進行支模。該方案施工簡便，不需要專門腳手器材，但投入大。經(jīng)測算，需用?48鋼管約2000t，投入勞力多，占用場地大，且受力不夠明確，穩(wěn)定性難以控制，在技術(shù)上經(jīng)濟上都不盡合理。

第2節(jié) 斜拉懸索方案

參照斜拉懸索大橋的受力模式，在筒體上方架立鋼架，采用斜拉懸索將支模工作平臺吊起，把箱形屋蓋混凝土自重、模板自重和施工荷載通過懸索傳給簡體結(jié)構(gòu)。這樣可不必自地面搭設(shè)高空支架，理論上較合理。但該方案要求結(jié)構(gòu)設(shè)計作一定變動和修改，技術(shù)難度較大，加上工期緊迫，該方案難以實施。

第3節(jié) 塔架支撐方案

在每跨內(nèi)部設(shè)2個塔架作為箱形屋蓋的中央支座，高78m。該塔架與兩側(cè)筒體相互拉結(jié)，兩個塔架之間也要拉結(jié)，以增加穩(wěn)定性。塔架可用鋼結(jié)構(gòu)或用現(xiàn)澆混凝土框架。采用鋼塔架裝卸方便，施工速度快，但成本高、剛度小、彈性變形大；如用混凝土框架作塔架，自身剛度大，與主體結(jié)構(gòu)連結(jié)方便，型鋼用量少，費用較省。

在塔架頂部再架設(shè)操作平臺，在操作平臺上搭設(shè)腳手支模。這種方案受力明確，安全可靠。4座塔架在屋蓋建成后拆除。

通過分析比較，經(jīng)專家多次評審，最后選用第3方案-一混凝土塔架支撐方案。

第2章 塔架設(shè)計市

塔架及支撐系統(tǒng)委托東南大學(xué)房屋加固與改造工程有限公司設(shè)計。單個混凝土塔架平面尺寸6.0m×7.0m，層高6.8m?；炷翉姸鹊燃?/span>C30。根據(jù)箱形屋蓋分層施工的實際情況，計算結(jié)構(gòu)自重、模板系統(tǒng)自重和施工荷載以確定豎向荷載，水平力考慮風(fēng)載作用，基本風(fēng)壓取0.5kN/m2。按剛性框架進行內(nèi)力分析和截面配筋設(shè)計。塔架柱截面600mm×600mm，梁截面400mm×600mm，不設(shè)各層樓板和樓梯。

混凝土塔架與簡體、塔架與塔架之間采用3道鋼支撐拉結(jié)以增加整體穩(wěn)定。3道鋼支撐分別位于第4、第7和第10層標高。每道鋼支撐高3.40m，跨度l0.4m。采用桁架形式。鋼支撐與筒體和混凝土塔架均按鉸接考慮（圖3-l3-2）。

混凝土塔架基礎(chǔ)：位于A、B軸線的塔架坐落在地下室墻上，不另設(shè)基礎(chǔ)，只將塔架柱筋錨入地下室墻內(nèi)；而E、F軸的室內(nèi)塔架位于砂層夾砂板巖的地基上，需另設(shè)混凝土條形基礎(chǔ)。地基允許承載力按[R]=300kN/m2考慮。

第3章 塔架施工.

4座塔架與主體結(jié)構(gòu)同步施工，每7d左右完成一層，故混凝土塔架施工不占用控制工期。柱、梁采用組合鋼模，腳手架用?48X3.5mm鋼管?，F(xiàn)場設(shè)自動化攪拌站拌制混凝土。用塔吊和料斗運送混凝土分層澆筑，坍落度50~70mm。

根據(jù)設(shè)計位置，在混凝土塔架和筒體相應(yīng)位置預(yù)埋鋼板，拆模后焊上鋼牛腿，待混凝土強度達到90%后，將拉結(jié)用的鋼支撐吊裝到鋼牛腿上臨時固定，然后焊接使支撐與塔架、筒體連成一體。

鋼支撐用型鋼焊接而成，工地上設(shè)臨時鋼結(jié)構(gòu)加工場，加工裝配成桁架后運到預(yù)定位置，由120t·m的塔吊在跨外整體吊裝。

第4章 塔架頂部操作平臺

在混凝土塔架頂部78m高空處架設(shè)操作平臺。操作平臺由跨在塔架與結(jié)構(gòu)之間的鋼桁架和45號工字鋼大梁、l6號槽鋼次梁和擱柵組成。在操作平臺上，架立鋼管扣件式腳手架，箱形大梁下的腳手應(yīng)加密。模板按2‰起拱。箱形底板的支模方法與一般樓面相同。操作平臺中的鋼桁架和工字鋼大梁等同樣要進行強度和撓度驗算。圖3-13-3為高空支模示意。

第5章 塔架拆除

待箱形屋蓋混凝土強度達到100%后，先拆去操作平臺上梁板模板和腳手架。為吊運這些材料下到地面，先在箱形屋蓋的底板上留洞，安裝滑輪組，通過設(shè)在樓面上的卷揚機，逐一將模板、腳手鋼管、工字鋼大梁卸到室內(nèi)地面，再分批卸鋼俯架和鋼支撐。

混凝土塔架拆除采用分層松動爆破法。自上而下，將塔架梁柱分為若干節(jié)，每節(jié)重2t左右，爆破前用鋼絲繩先捆住構(gòu)件，兩端爆開后切割鋼筋，然后將混凝土塊體卸下。

工程實踐表明，該工程所采用的高空支模體系取得了良好的效果。由于混凝土塔架與主體結(jié)構(gòu)同步施工，未增加工程的有效工期。采用混凝土塔架高空支模，剛度大，穩(wěn)定性好，施工操作十分安全，保證了箱形屋蓋支模的精度要求。這套支撐體系共用混凝土790m3，鋼材110t，耗資約320萬元，其中鋼桁架、鋼支撐、鋼梁均可回收利用，初步測算，比原計劃開支節(jié)省100萬元左右。

第6章 箱形屋蓋高空冬期施工

第1節(jié) 施工方案

根據(jù)近5年該地區(qū)氣象資料，最低氣溫-33℃，最高7~9℃，進入冬季常有寒流和大風(fēng)，風(fēng)力4~6級。從11月1日至翌年3月31日為冬期施工時間。結(jié)合本工程結(jié)構(gòu)特點和施工作業(yè)條件，經(jīng)多種方案比較，決定采用綜合蓄熱法施工方案。即熱拌混凝土并在混凝土中摻早強型防凍劑，配合搭設(shè)暖棚等措施，使混凝土達到設(shè)計強度標準值30%后，仍在正溫條件下進行養(yǎng)護，以滿足抗凍臨界強度的要求。

第2節(jié) 施工段劃分

為減小混凝土塔架與頂部鋼桁架的一次性荷載，將每層箱形屋蓋分為3個施工屋施工。在征得設(shè)計單位同意后，水平施工縫分別留在梁高1/3、梁頂和樓面處。這樣，尤如疊合構(gòu)件那樣，首先澆筑的1/3梁截面可以承受上部2/3梁高的施工荷載。在1/3梁高施工縫處，按設(shè)計要求增設(shè)了適量的抗剪銷（型鋼I20，間距2.7m，插入下層混凝土中1.0m，上露出l.0m），以增加結(jié)合面的抗剪能力。

平面上，在中部筒體處（圖3-13-1中⑥、⑦軸）設(shè)1.0m寬后澆帶，以解決混凝土收縮問題。結(jié)構(gòu)封頂后，后澆帶用膨脹性混凝土（摻UEA14.5%，水泥增加10%）澆筑堵封。

第3節(jié) 冬期施工材料選用

采用R525號早強型普硅水泥，中砂和粒徑5~25mm連續(xù)級配的碎石。入冬前將砂、石洗好，控干水分，加蓋草簾一層。

防凍劑：要求選用無氯型防凍劑。為保證工程正常施工，按照混凝土人模溫度較低、坍落度較大的特定條件，要求外加劑不僅具有較好的減水性，且具有良好的可泵性并對鋼筋無腐蝕作用。經(jīng)對多種防凍劑的比較，決定選用某建研院研制生產(chǎn)的FDJ—l型防凍劑，摻量為水泥用量的4.5%，并和SDJ—20型防凍劑（摻量為水泥用量的0.4%）作對比實驗。

實驗結(jié)果表明，加SDJ—20型防凍劑的混凝土試拌實驗坍落度損失較大，不利高空泵送。而摻FDJ—1型防凍劑的混凝土和易性、坍落度等性能都能滿足泵送要求。表3-13-1列出了防凍劑實驗對比結(jié)果。

第4節(jié) 混凝土配合比

根據(jù)工程重要性和工期要求，為確保質(zhì)量，經(jīng)與設(shè)計單位商定，在冬期施工中，將混凝土強度等級由原設(shè)計C35提高為C40。

混凝