81m高空现浇混凝土箱形屋盖施工技术

81m高空现浇混凝土箱形屋盖施工技术某工程为一大型工业建筑，平面呈“山”字形，建筑总高约94m。整个结构由9个现浇简体和框架联合组成（图3-13-1）。筒体和框架共14层，层高6.8m。单个简体平面尺寸7m×7m，筒体壁厚500mm；框架位于简体之间，柱截面1.2m×1.2m和1.0m×1.0m，梁截面有350mm×750mm等数种。混凝土强度等级C30。该工程屋盖为现浇双跨非封闭式混凝土箱形屋盖，局部双层双跨。每跨净长26.8m，坐落在81m高空上（箱底标高+81.6m，箱顶+88.4m）。箱体两壁为通长深梁，梁宽500mm，高7.8m；箱顶和箱底为主次梁楼面，板厚400mm。混凝土强度等级C35。该单层单跨箱形屋盖重量达723t，混凝土体积300余m3，构成了一组超高、超重、大跨的屋盖结构。另外，该工程地处北方地区，气候干燥，冬季时间长，气温低，最低气温达-33℃，而箱形屋盖施工正处冬季。在81m高空进行如此大型屋盖施工，突出的难点有二：一是必须解决好高空支模的支撑体系，二是如何保证混凝土在高空的冬期施工质量。第1章箱形屋盖模板支撑方案选择该工程箱形屋盖支模的特点是一“高”二“重”。选择好高空支模方案具有重要的技术经济意义。在调研和论证过程中，曾考虑以下3种方案。第1节满堂脚手架方案参考市政工程中高架桥和高层建筑中高空连廊的施工经验，采用满堂钢管脚手架搭设到80m高空，相互拉结形成群柱。然后在上面架设操作平台，进行支模。该方案施工简便，不需要专门脚手器材，但投入大。经测算，需用ø48钢管约2000t，投入劳力多，占用场地大，且受力不够明确，稳定性难以控制，在技术上经济上都不尽合理。第2节斜拉悬索方案参照斜拉悬索大桥的受力模式，在筒体上方架立钢架，采用斜拉悬索将支模工作平台吊起，把箱形屋盖混凝土自重、模板自重和施工荷载通过悬索传给简体结构。这样可不必自地面搭设高空支架，理论上较合理。但该方案要求结构设计作一定变动和修改，技术难度较大，加上工期紧迫，该方案难以实施。第3节塔架支撑方案在每跨内部设2个塔架作为箱形屋盖的中央支座，高78m。该塔架与两侧筒体相互拉结，两个塔架之间也要拉结，以增加稳定性。塔架可用钢结构或用现浇混凝土框架。采用钢塔架装卸方便，施工速度快，但成本高、刚度小、弹性变形大；如用混凝土框架作塔架，自身刚度大，与主体结构连结方便，型钢用量少，费用较省。在塔架顶部再架设操作平台，在操作平台上搭设脚手支模。这种方案受力明确，安全可靠。4座塔架在屋盖建成后拆除。通过分析比较，经专家多次评审，最后选用第3方案-一混凝土塔架支撑方案。第2章塔架设计市塔架及支撑系统委托东南大学房屋加固与改造工程有限公司设计。单个混凝土塔架平面尺寸6.0m×7.0m，层高6.8m。混凝土强度等级C30。根据箱形屋盖分层施工的实际情况，计算结构自重、模板系统自重和施工荷载以确定竖向荷载，水平力考虑风载作用，基本风压取0.5kN/m2。按刚性框架进行内力分析和截面配筋设计。塔架柱截面600mm×600mm，梁截面400mm×600mm，不设各层楼板和楼梯。混凝土塔架与简体、塔架与塔架之间采用3道钢支撑拉结以增加整体稳定。3道钢支撑分别位于第4、第7和第10层标高。每道钢支撑高3.40m，跨度l0.4m。采用桁架形式。钢支撑与筒体和混凝土塔架均按铰接考虑（图3-l3-2）。混凝土塔架基础：位于A、B轴线的塔架坐落在地下室墙上，不另设基础，只将塔架柱筋锚入地下室墙内；而E、F轴的室内塔架位于砂层夹砂板岩的地基上，需另设混凝土条形基础。地基允许承载力按[R]=300kN/m2考虑。第3章塔架施工.4座塔架与主体结构同步施工，每7d左右完成一层，故混凝土塔架施工不占用控制工期。柱、梁采用组合钢模，脚手架用ø48X3.5mm钢管。现场设自动化搅拌站拌制混凝土。用塔吊和料斗运送混凝土分层浇筑，坍落度50~70mm。根据设计位置，在混凝土塔架和筒体相应位置预埋钢板，拆模后焊上钢牛腿，待混凝土强度达到90%后，将拉结用的钢支撑吊装到钢牛腿上临时固定，然后焊接使支撑与塔架、筒体连成一体。钢支撑用型钢焊接而成，工地上设临时钢结构加工场，加工装配成桁架后运到预定位置，由120t·m的塔吊在跨外整体吊装。第4章塔架顶部操作平台在混凝土塔架顶部78m高空处架设操作平台。操作平台由跨在塔架与结构之间的钢桁架和45号工字钢大梁、l6号槽钢次梁和搁栅组成。在操作平台上，架立钢管扣件式脚手架，箱形大梁下的脚手应加密。模板按2‰起拱。箱形底板的支模方法与一般楼面相同。操作平台中的钢桁架和工字钢大梁等同样要进行强度和挠度验算。图3-13-3为高空支模示意。第5章塔架拆除待箱形屋盖混凝土强度达到100%后，先拆去操作平台上梁板模板和脚手架。为吊运这些材料下到地面，先在箱形屋盖的底板上留洞，安装滑轮组，通过设在楼面上的卷扬机，逐一将模板、脚手钢管、工字钢大梁卸到室内地面，再分批卸钢俯架和钢支撑。混凝土塔架拆除采用分层松动爆破法。自上而下，将塔架梁柱分为若干节，每节重2t左右，爆破前用钢丝绳先捆住构件，两端爆开后切割钢筋，然后将混凝土块体卸下。工程实践表明，该工程所采用的高空支模体系取得了良好的效果。由于混凝土塔架与主体结构同步施工，未增加工程的有效工期。采用混凝土塔架高空支模，刚度大，稳定性好，施工操作十分安全，保证了箱形屋盖支模的精度要求。这套支撑体系共用混凝土790m3，钢材110t，耗资约320万元，其中钢桁架、钢支撑、钢梁均可回收利用，初步测算，比原计划开支节省100万元左右。第6章箱形屋盖高空冬期施工第1节施工方案根据近5年该地区气象资料，最低气温-33℃，最高7~9℃，进入冬季常有寒流和大风，风力4~6级。从11月1日至翌年3月31日为冬期施工时间。结合本工程结构特点和施工作业条件，经多种方案比较，决定采用综合蓄热法施工方案。即热拌混凝土并在混凝土中掺早强型防冻剂，配合搭设暖棚等措施，使混凝土达到设计强度标准值30%后，仍在正温条件下进行养护，以满足抗冻临界强度的要求。第2节施工段划分为减小混凝土塔架与顶部钢桁架的一次性荷载，将每层箱形屋盖分为3个施工屋施工。在征得设计单位同意后，水平施工缝分别留在梁高1/3、梁顶和楼面处。这样，尤如叠合构件那样，首先浇筑的1/3梁截面可以承受上部2/3梁高的施工荷载。在1/3梁高施工缝处，按设计要求增设了适量的抗剪销（型钢I20，间距2.7m，插入下层混凝土中1.0m，上露出l.0m），以增加结合面的抗剪能力。平面上，在中部筒体处（图3-13-1中⑥、⑦轴）设1.0m宽后浇带，以解决混凝土收缩问题。结构封顶后，后浇带用膨胀性混凝土（掺UEA14.5%，水泥增加10%）浇筑堵封。第3节冬期施工材料选用采用R525号早强型普硅水泥，中砂和粒径5~25mm连续级配的碎石。入冬前将砂、石洗好，控干水分，加盖草帘一层。防冻剂：要求选用无氯型防冻剂。为保证工程正常施工，按照混凝土人模温度较低、坍落度较大的特定条件，要求外加剂不仅具有较好的减水性，且具有良好的可泵性并对钢筋无腐蚀作用。经对多种防冻剂的比较，决定选用某建研院研制生产的FDJ—l型防冻剂，掺量为水泥用量的4.5%，并和SDJ—20型防冻剂（掺量为水泥用量的0.4%）作对比实验。实验结果表明，加SDJ—20型防冻剂的混凝土试拌实验坍落度损失较大，不利高空泵送。而掺FDJ—1型防冻剂的混凝土和易性、坍落度等性能都能满足泵送要求。表3-13-1列出了防冻剂实验对比结果。第4节混凝土配合比根据工程重要性和工期要求，为确保质量，经与设计单位商定，在冬期施工中，将混凝土强度等级由原设计C35提高为C40。混凝土配合比根据混凝土设计强度、可泵性以及气候等条件进行试配后确定，并在施工过程中进行调整优化。该工程实际采用配合比为水泥：水：砂：石子=1：0.41：1.36：2.23，另加防冻剂（为水泥用量4.5%）配制而成。试块先在自然条件下（-10℃~+5℃）养护了3d，然后进行标准条件下养护28d，获得试块强度资料如表3-13-2所示。第5节施工过程及质量保证措施热拌混凝土：在现场设自动化搅拌站，砂、石不加热。现场设0.5t/h锅炉1台，通过蒸汽管将水加热到60℃，先让骨料与热水拌合，最后投入水泥。搅拌时间不少于150s。输送和振捣：混凝土拌和物出罐实测温度+l2~+15℃，满足规范大于+l0℃的要求。用2台HBT80混凝土输送泵运到高空80m处浇筑。室外泵管采用砖砌长廊，墙外抹泥上覆草袋内通暖气的保温措施。实测混凝土入模温度比出罐温度一般高l~3℃，这可能与混凝土在l00余米长的泵管内受到的摩阻力有关。振捣完毕后实测温度高于5℃。为确保结构整体性，一个施工层的梁板均连续施工。保温养护：混凝土浇筑初凝后，覆盖1层塑料薄膜和3层草帘，在箱形屋盖四周外围设挡风竹笆墙。挂l层草袋和1层薄膜；在楼板面和操作平台上，并安设36只火炉烤烘，增加环境温度。为了解混凝土表面温度情况，每天对草帘下表面混凝土测温3次，连续28d。实测表明，高空环境温度比地面尚高2~3℃，在上述保温保湿条件下，持续36h，一般可保证混凝土具有足够的抗冻临界强度。第6节实施效果该工程箱形屋盖冬期施工混凝土量2200m3。拆模后里实外光，棱角清楚，外观良好，试块强度均达到或超过设计要求。经某科研单位现场用回弹仪超声波检测评定，混凝土强度达35.1MPa，受到好评，同时还节约了上百万元施工措施费用。