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1、81m高空現(xiàn)澆混凝土箱形屋蓋施工技術(shù)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(gè)結(jié)構(gòu)由9個(gè)現(xiàn)澆簡(jiǎn)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(gè)簡(jiǎn)體平面尺寸7m7m，筒體壁厚500mm；框架位于簡(jiǎn)體之間，柱截面1.2m1.2m和1.0m1.0m，梁截面有350mm750mm等數(shù)種。混凝土強(qiáng)度等級(jí)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(zhǎng)26.8m，坐落在81m高空上（箱底標(biāo)高+81.6m，箱頂+88.4m）。箱體兩壁為通長(zhǎng)深梁，梁寬500mm，高7.8m；箱頂和箱底為主次梁樓面，板厚400mm。混凝土強(qiáng)度等級(jí)C35。2、該單層單跨箱形屋蓋重量達(dá)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(shí)間長(zhǎng)，氣溫低，最低氣溫達(dá)-33，而箱形屋蓋施工正處冬季。在81m高空進(jìn)行如此大型屋蓋施工，突出的難點(diǎn)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(diǎn)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(jì)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(yàn)，采用滿堂鋼管腳手架搭設(shè)到80m高空，相互拉結(jié)形成群3、柱。然后在上面架設(shè)操作平臺(tái)，進(jìn)行支模。該方案施工簡(jiǎn)便，不需要專門腳手器材，但投入大。經(jīng)測(cè)算，需用48鋼管約2000t，投入勞力多，占用場(chǎng)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(jì)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(tái)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(jiǎn)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(jì)作一定變動(dòng)和修改，技術(shù)難度較大，加上工期緊迫，該方案難以實(shí)施。第3節(jié) 塔架支撐方案在每跨內(nèi)部設(shè)2個(gè)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(gè)塔架之間4、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(fèi)用較省。在塔架頂部再架設(shè)操作平臺(tái)，在操作平臺(tái)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(píng)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(jì)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(jì)。單個(gè)混凝土塔架平面尺寸6.0m7.0m，層高6.8m。混凝土強(qiáng)度等級(jí)C30。根據(jù)箱形屋蓋分層施工的實(shí)際情況，計(jì)算結(jié)構(gòu)自重、模板系統(tǒng)自重和施工荷載以確定豎5、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(jìn)行內(nèi)力分析和截面配筋設(shè)計(jì)。塔架柱截面600mm600mm，梁截面400mm600mm，不設(shè)各層樓板和樓梯。混凝土塔架與簡(jiǎn)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(biāo)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6、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。現(xiàn)場(chǎng)設(shè)自動(dòng)化攪拌站拌制混凝土。用塔吊和料斗運(yùn)送混凝土分層澆筑，坍落度5070mm。根據(jù)設(shè)計(jì)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(qiáng)度達(dá)到90%后，將拉結(jié)用的鋼支撐吊裝到鋼牛腿上臨時(shí)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(shí)鋼結(jié)構(gòu)加工場(chǎng)，加工裝配成桁架后運(yùn)到預(yù)定位置，由120tm的塔吊在跨外整體吊裝。第4章 塔架頂部操作平臺(tái)在混凝土塔架頂部78m高空處架設(shè)操作平臺(tái)。操作平臺(tái)由跨在塔架與結(jié)構(gòu)7、之間的鋼桁架和45號(hào)工字鋼大梁、l6號(hào)槽鋼次梁和擱柵組成。在操作平臺(tái)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(tái)中的鋼桁架和工字鋼大梁等同樣要進(jìn)行強(qiáng)度和撓度驗(yàn)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(qiáng)度達(dá)到100%后，先拆去操作平臺(tái)上梁板模板和腳手架。為吊運(yùn)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(yáng)機(jī)，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(dòng)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)8、件，兩端爆開后切割鋼筋，然后將混凝土塊體卸下。工程實(shí)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(cè)算，比原計(jì)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79，進(jìn)入冬季常有寒流和大風(fēng)，風(fēng)力46級(jí)。從11月1日至翌年3月31日為冬期施工時(shí)間。結(jié)合本工程結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和施工作業(yè)9、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(qiáng)型防凍劑，配合搭設(shè)暖棚等措施，使混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值30%后，仍在正溫條件下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，以滿足抗凍臨界強(qiáng)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(gè)施工屋施工。在征得設(shè)計(jì)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(jì)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10、處（圖3-13-1中、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(hào)早強(qiáng)型普硅水泥，中砂和粒徑525mm連續(xù)級(jí)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(duì)鋼筋無腐蝕作用。經(jīng)對(duì)多種防凍劑的比較，決定選用某建研院研制生產(chǎn)的FDJl型防凍劑，摻量為水泥用量的4.5%，并和SDJ20型防凍劑（摻量為水泥用量的0.4%）作對(duì)比實(shí)驗(yàn)11、。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，加SDJ20型防凍劑的混凝土試拌實(shí)驗(yàn)坍落度損失較大，不利高空泵送。而摻FDJ1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(shí)驗(yàn)對(duì)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(jì)單位商定，在冬期施工中，將混凝土強(qiáng)度等級(jí)由原設(shè)計(jì)C35提高為C40。混凝土配合比根據(jù)混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度、可泵性以及氣候等條件進(jìn)行試配后確定，并在施工過程中進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化。該工程實(shí)際采用配合比為水泥：水：砂：石子=1：0.41：1.36：2.23，另加防凍劑（為水泥用量4.5%）配制而成。試塊先在自然條件下（-10+5）養(yǎng)護(hù)了3d，然后進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)12、護(hù)28d，獲得試塊強(qiáng)度資料如表3-13-2所示。第5節(jié) 施工過程及質(zhì)量保證措施熱拌混凝土：在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)自動(dòng)化攪拌站，砂、石不加熱。現(xiàn)場(chǎng)設(shè)0.5t/h鍋爐1臺(tái)，通過蒸汽管將水加熱到60，先讓骨料與熱水拌合，最后投入水泥。攪拌時(shí)間不少于150s。輸送和振搗：混凝土拌和物出罐實(shí)測(cè)溫度+l2+15，滿足規(guī)范大于+l0的要求。用2臺(tái)HBT80混凝土輸送泵運(yùn)到高空80m處澆筑。室外泵管采用磚砌長(zhǎng)廊，墻外抹泥上覆草袋內(nèi)通暖氣的保溫措施。實(shí)測(cè)混凝土入模溫度比出罐溫度一般高l3，這可能與混凝土在l00余米長(zhǎng)的泵管內(nèi)受到的摩阻力有關(guān)。振搗完畢后實(shí)測(cè)溫度高于5。為確保結(jié)構(gòu)整體性，一個(gè)施工層的梁板均連續(xù)施工。保溫養(yǎng)護(hù)：混凝土澆筑初凝后，覆蓋1層塑料薄膜和3層草簾，在箱形屋蓋四周外圍設(shè)擋風(fēng)竹笆墻。掛l層草袋和1層薄膜；在樓板面和操作平臺(tái)上，并安設(shè)36只火爐烤烘，增加環(huán)境溫度。為了解混凝土表面溫度情況，每天對(duì)草簾下表面混凝土測(cè)溫3次，連續(xù)28d。實(shí)測(cè)表明，高空環(huán)境溫度比地面尚高23，在上述保溫保濕條件下，持續(xù)36h，一般可保證混凝土具有足夠的抗凍臨界強(qiáng)度。第6節(jié) 實(shí)施效果該工程箱形屋蓋冬期施工混凝土量2200m3。拆模后里實(shí)外光，棱角清楚，外觀良好，試塊強(qiáng)度均達(dá)到或超過設(shè)計(jì)要求。經(jīng)某科研單位現(xiàn)場(chǎng)用回彈儀超聲波檢測(cè)評(píng)定，混凝土強(qiáng)度達(dá)35.1MPa，受到好評(píng)，同時(shí)還節(jié)約了上百萬元施工措施費(fèi)用。