專利名稱：大跨度鋼筋混凝土拱形結構免預壓施工工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及建筑施工技術領域，具體為一種大跨度鋼筋混凝土拱形結構免預壓施工工藝。
背景技術：
隨著現代建筑科技和施工技術的發展，大跨度結構在工業和民用建筑設計中的應用越來越多。大跨度鋼筋混凝土拱形結構普遍應用于大跨度場館等建筑工程，由于跨度大、高度高、支撐體系復雜，技術含量高，所以在實際施工中難度較大。更重要的是施工中要考慮結構的預拱度，以消除支撐體系結構的彈性和非彈性變形。目前，在采用分段法現澆混凝土施工中，由于支撐體系結構產生的應力和變形會導致拱底模板沿軸線方向的應力和變形，傳統的施工方法是在施工前對拱結構的底模和支撐體系進行預壓，即將同等重量的沙袋、石塊等重物先堆積在拱結構上，僅這項工作就需要投入大量的勞力、垂直運輸和配重材料，不僅組織困難、占用施工場地、安全隱患多，也給其他工序施工帶來極大的影響，而且工期較長；另外，由于在澆筑拱頂斜面混凝土時，為了排氣和振搗的需要，往往在頂模和側模上開孔，也使拆模后的拱體混凝土表面觀感受到影響，其施工質量往往達不到國家驗收標準。
發明內容
本發明為了解決現有傳統大跨度鋼筋混凝土拱形結構施工中需要對拱結構及其支撐體系進行預壓，不僅要投入大量勞力、垂直運輸和配重材料，施工速度慢，而且拆模后拱體混凝土表面觀感較差等問題，提供一種大跨度鋼筋混凝土拱形結構免預壓施工工藝。
本發明是采用如下技術方案實現的大跨度鋼筋混凝土拱形結構免預壓施工工藝，包括以下步驟(1)基礎工程打樁基、承臺、拱腳；(2)沿拱結構軸線兩端對稱搭設支撐體系；(3)確定預拱度，在支撐體系上搭建整體式弧形底模，弧形底模在拱頂處留有合龍段；(4)對拱結構進行施工段劃分，然后沿拱跨方向對稱分段施工；(5)在每一施工段中，首先在底模上由兩端向中間綁扎鋼筋，然后支側模，設置施工段法向模板，支頂模，頂模的支設隨混凝土施工高度隨支隨打，單塊頂模沿拱體弧向方向的寬度為1-1.5米，最后澆筑混凝土；待混凝土終凝后拆除頂模、側模以及法向模板，法向模板拆除后施工縫為法向，施工縫的處理方法為首先應剔除表面浮漿及松散混凝土，剔到實處露出石子后用水沖洗、濕潤即可，然后進行下一段施工；(6)待施工到最后合龍段時，在支撐體系上安裝弧形合龍底模可調裝置，支側模，澆筑混凝土，拱結構合龍段施工時的環境溫度控制在5-15℃；(7)底模拆除時要求拱體砼強度達到100％設計強度，落架時考慮結構的體系轉換，按照先高后低、先中間后兩邊，分段對稱施工的原則拆除支撐體系。
本發明所述的施工段的劃分長度可根據現場實際需要而定。
本發明所述弧形合龍底模可調裝置是在發明名稱為“大跨度鋼筋砼拱形結構施工技術中弧形合龍底模可調裝置”，專利號為200620023362.3的申請文件中所公開的專利技術，所以在此未做詳細描述。
由于拱結構在施工中以及在拆除支撐體系轉換后會產生下列彈性及非彈性變形A.拱圈由于自重所產生的彈性撓度；B.拱圈因溫度變化所產生的彈性撓度；C.拱圈因承臺受擠和位移而產生的彈性撓度；D.拱圈應混凝土硬化收縮而產生的非彈性變形；E.拱架在設計荷載下的彈性和非彈性下沉；F.支撐體系的彈性變形和基礎受載后的非彈性變形，該拱形結構的預拱度按照以下二次拋物線確定，σx＝ασ(1-4x2/L2)，其中σ為拱頂總預加高度；L為拱圈跨度；X為跨中到任意點的水平距離；α為預拱修正系數，取0.5-1.0，此公式是申請人根據現有方法對預拱度的確定的基礎上并且經過理論分析、計算以及實踐經驗總結得來的。
本發明所述的拱頂合攏部分鋼筋接頭采用冷擠壓或焊接方式連接，其它部位的鋼筋接頭采用直螺紋連接。
由于鋼筋混凝土拱跨距大、高度高、施工荷載大，施工中對支撐體系的強度、剛度、穩定性、整體性有很高的要求，目前支撐體系的種類很多，本發明所述的支撐體系采用碗扣式腳手架搭設。經計算后，支撐體系穩定性較高，在保證搭設質量的前提下，完全可以支撐上部荷載。
本發明從第二施工段開始，每段施工時先澆筑1-2m微膨脹混凝土，以控制每段混凝土收縮變形，產生裂縫，拱頂合龍段混凝土也采用微膨脹混凝土，微膨脹混凝土較設計混凝土標號提高一個等級。
與現有技術相比，本發明之所以能實現免預壓，其根本的創新點就在于拱頂預留有合龍段，使得拱結構在施工過程中所產生的變形完全釋放出來，然后根據合龍段的實際尺寸安裝弧形合龍底模可調裝置，整個施工工藝具有以下優點
1、施工安全、操作簡單；2、預拱度變形可控，預拱度值更加準確，本施工方法對消除支撐體系彈性及非彈性變形能夠預控，從而保證拱形結構的施工精度；3、拱體表面圓順、光滑、拱色澤均勻，未發生砼表面裂紋及蜂窩、麻面、錯臺等質量通病，保證了施工質量，合龍后的拱形梁質量符合設計、施工規范的要求，達到了預期的效果；4、簡化了施工工序，大大縮短了工期，與同類型工程實例比較，工效可提高一倍，為后續工程和工程的總體竣工創造了有利條件；5、避免使用大量的配重材料，減少了大量施工機械和人力的投入，大大降低了工程造價；6、本發明對拱體施工過程中的應力、應變進行全過程監測，通過數據分析和實體檢驗證明了施工工藝的有效和可操作性；總之，通過采用本發明所述的施工方法，其施工質量達到了國家驗收標準，獲得了良好的社會效益和經濟效益。
圖1為本發明所述實施例的施工示意中1-樁基2-承臺 3-第一施工段4-第二施工段 5-第三施工段6-第四施工段具體實施方式
實施例以某大學體育館大跨度鋼筋混凝土拱形梁為例進行說明，一、工程概況該工程中有兩道平行的鋼筋混凝土拱南北向跨越體育館上空，用以支承其屋蓋；該拱的中心跨度為115m，拱頂高度為32m；拱的兩端為實體斷面，中部為矩形空腔斷面；截面尺寸為高2.5m，寬1.5m，空腔部分壁厚為400mm；兩道拱軸線距離為24米，兩拱之間為鋼結構拱形網殼。
二、施工方案1、拱底基礎由樁基和承臺組成，承臺為箱形基礎，每個拱腳下均設計了一個箱形基礎，平面尺寸為18.5m×10.5m；2、支撐體系采用碗扣式腳手架搭設，并沿拱結構軸線兩端對稱搭設，根據拱結構跨度以及荷載，經過計算得出腳手架橫向間距為900mm，縱向間距為1200mm，水平步距為1200mm，在中部立桿兩側450mm處分別增設一道立桿，采用扣件式腳手架搭設，并增加雙向水平桿，以承受上部較大荷載；3、經測量定位后，在支撐體系上搭建整體式弧形底模，拱結構的預拱度可根據公式σx＝ασ(1-4x2/L2)逐點確定；4、模板采用鋼制大模板，弧形底模整套設施，側模和頂模按施工段數量周轉使用，因頂模高度影響混凝土澆筑，所以頂模隨砼施工高度隨支隨打，單塊頂模加工成窄條，其沿拱體弧向方向的寬度為1-1.5米，這樣，不僅更有利于排氣，振搗方便，而且拆模后拱體表面觀感質量高；5、如圖1所示，將拱結構劃分為四個施工段，第一、二、三施工段順次沿拱跨方向對稱施工，其中每一施工段的施工順序如下，在弧形底模上綁底筋→綁側壁和頂部鋼筋→安裝預埋件→支側模→支施工段法向模板→清理雜物→支頂模→澆筑混凝土，為減少每段混凝土收縮變形，在第二、三、四施工段施工時，每段先澆筑2m長微膨脹混凝土；位于拱頂的第四施工段為合龍段，當施工到合龍段時，鋼筋綁扎完成后，拱結構在施工過程中由于受到各種因素影響已產生彈性撓度和下沉變形，此時根據實際尺寸制作弧形合龍底模可調裝置并安裝在支撐體系上，然后支側模，澆筑微膨脹混凝土。拱結構合龍段施工時的環境溫度控制在5-15℃；6、在施工過程中待混凝土終凝后拆除頂模、側模以及法向模板，由于底模拆除及支撐體系落架必須在拱體合龍后并且砼強度達到100％設計強度后才能進行，應制定拆除方案，由中部向兩邊逐段對稱拆除底模，按照先高后低、先中間后兩邊，分段對稱施工的原則拆除支撐體系。
權利要求
1.一種大跨度鋼筋混凝土拱形結構免預壓施工工藝，其特征是包括以下步驟(1)基礎工程打樁基、承臺、拱腳；(2)沿拱結構軸線兩端對稱搭設支撐體系；(3)確定預拱度，在支撐體系上搭建整體式弧形底模，弧形底模在拱頂處留有合龍段；(4)對拱結構進行施工段劃分，然后沿拱跨方向對稱分段施工；(5)在每一施工段中，首先在底模上由兩端向中間綁扎鋼筋，然后支側模，設置施工段法向模板，支頂模，頂模的支設隨混凝土施工高度隨支隨打，單塊頂模沿拱體弧向方向的寬度為1-1.5米，最后澆筑混凝土；待混凝土終凝后拆除頂模、側模以及法向模板，法向模板拆除后施工縫為法向，施工縫的處理方法為首先應剔除表面浮漿及松散混凝土，剔到實處露出石子后用水沖洗、濕潤即可，然后進行下一段施工；(6)待施工到最后合龍段時，在支撐體系上安裝弧形合龍底模可調裝置，支側模，澆筑混凝土，拱結構合龍段施工時的環境溫度控制在5-15℃；(7)底模拆除時要求拱體砼強度達到100％設計強度，落架時考慮結構的體系轉換，按照先高后低、先中間后兩邊，分段對稱施工的原則拆除支撐體系。
2.根據權利要求1所述的大跨度鋼筋混凝土拱形結構免預壓施工工藝，其特征是該拱形結構的預拱度按照以下二次拋物線確定，σx＝ασ(1-4x2/L2)，其中σ為拱頂總預加高度；L為拱圈跨度；X為跨中到任意點水平距離；α為預拱修正系數，取0.5-1.0。
3.根據權利要求1或2所述的大跨度鋼筋混凝土拱形結構免預壓施工工藝，其特征是拱頂合龍部分鋼筋接頭采用冷擠壓或焊接方式連接。
4.根據權利要求1或2所述的大跨度鋼筋混凝土拱形結構免預壓施工工藝，其特征是從第二施工段開始，每段施工時先澆筑1-2m微膨脹混凝土，微膨脹混凝土較設計混凝土標號提高一個等級。
全文摘要
本發明涉及建筑施工技術領域，具體為一種大跨度鋼筋混凝土拱形結構免預壓施工工藝，解決現有傳統大跨度鋼筋混凝土拱形結構施工中需要對拱結構及其支撐體系進行預壓等問題，首先沿拱結構軸線對稱搭設支撐體系，支撐體系上搭建弧形底模，弧形底模在拱頂處留有合龍段，然后對拱結構進行施工段劃分，鋼筋、模板和混凝土從兩端向中間對稱施工，待混凝土終凝后拆除模板，施工到合龍段時，安裝弧形合龍底模可調裝置，支側模，澆筑混凝土。本發明施工安全、操作簡單，拱體表面圓順、光滑，未發生砼表面裂紋及蜂窩、麻面、錯臺等質量通病，保證了施工質量，簡化了施工工序，大大縮短了工期，降低了工程造價，獲得了良好的社會效益和經濟效益。
文檔編號E04B1/342GK101024977SQ20071006160
公開日2007年8月29日 申請日期2007年3月17日 優先權日2007年3月17日
發明者裴健, 李應龍, 王俊龍, 宋翻身, 李偉, 霍志剛, 肖于太, 陳昭怡, 陳維毅, 朱健, 劉耀, 李鳳超, 韓伏龍, 田新奎 申請人:中鐵六局集團太原鐵路建設有限公司