某工程水池长90.0m×宽24.0m×深15.0m, 在施工过程中, 采用阶梯型支撑架体+地锚斜撑+水池内侧回顶+肋板三角形抱箍整体施工工艺, 提升了水池侧壁结构施工质量和施工安全性, 加快了施工进度。

在浇筑混凝土期间, 水池底板、侧墙及与其连接的混凝土构件抗渗等级为P8, 混凝土中添加SY-K膨胀纤维抗裂防水剂并根据水池的结构特点分层分段施工, 从而保证水池的超长抗渗混凝土质量。

通过中国科学院机器人与智能制造创新研究院工程施工实例, 介绍了超高带肋混凝土悬臂结构的施工方法及质量控制方法, 为类似工程提供经验。

本文所介绍的施工技术适用于超高带肋混凝土悬臂结构侧墙施工。

某工程位于沈阳市浑南区创新路135号, 工程水池拖曳式行走试验系统包括主水池和干坞, 东西向布置, 干坞位于水池西侧。水池采用全埋方案, 操作面为地上1层, 注水水面低于地面0.2m。主水池长90m, 宽24m, 水深15m, 两侧池壁顶离地面0.75m, 首末两端池壁与地面齐平。

水池5个步距以下采用阶梯型支撑架体, 内外均搭设3排脚手架, 与传统水池内部搭设满堂架体相比, 该工艺减少架体钢管、扣件投入量约1/2;同时, 缩短架体搭设工期, 节约成本。

水池侧壁添加SY-K膨胀纤维抗裂防水剂的补偿收缩混凝土, 使得混凝土的抗拉强度、韧性、抗渗、抗裂性能等有明显提高, 减少混凝土中的固塑性收缩、干缩、温度变化等因素引起的微裂缝, 大大改善混凝土的阻裂抗渗性能、抗冲击及抗震能力。

支撑架体通过增设地锚斜撑、水池内侧分段回顶、与侧墙主龙骨连接以及与水池肋板形成水平三角形抱箍等措施, 增加了架体稳定性, 抵抗了新浇混凝土对模板的侧压力, 从而保证混凝土成型质量。

通过采用方钢管作为模板次龙骨, 采用大量可周转材料, 具有明显的社会效益和经济效益。

选取水池中间5个轴线作为1个分析单元 (见图1) , 根据工程施工顺序和后续使用将模型分为9个分析阶段 (见图2) :阶段1, 基础筏板施工;阶段2, 丙区水池侧壁和肋板;阶段3 (见图3a) , 甲区水池侧壁和肋板;阶段4 (见图3b) , 水池两侧填土;阶段5 (见图3c) , 封闭后浇带;阶段6 (见图3d) , 上部钢结构施工和水池灌水;阶段7 (见图3e) , 上部钢结构对称荷载作用和水池侧壁拖曳机构自重荷载作用 (包含上部结构恒荷载和活荷载) ;阶段9 (见图3f) , 丙区上部结构偏心荷载 (包含偏心吊车荷载+风荷载) 作用。计算中依次激活整体模型中的各阶段单元和相应荷载, 考虑先成型混凝土对后浇筑混凝土的约束作用。

各阶段分析结果如下。

为方便各施工阶段结果显示, 将分析模型各控制点标于图2中, 各控制点均为位移或内力较大处。根据施工过程的各阶段依次激活模型的各计算单元, 逐步添加土侧向和竖向压力荷载、水竖向和侧向压力荷载、上部结构对称和偏心荷载, 以更好地模拟施工过程中结构的内力和变形变化情况。

阶段1和阶段2仅为施工过程中整体结构的局部单元, 计算结果包含在阶段3中, 此处不再赘述。施工阶段3中激活甲、乙、丙3个施工区域, 各区域通过施工缝断开, 仅考虑自重作用下的内力和位移变化。施工阶段4模拟两侧填土、未封闭后浇带的情况。在施工阶段5封闭后浇带, 内力和位移基本与阶段4相同。施工阶段6模拟上部钢结构施工完成、水池内蓄水后的受力状态, 该阶段上部刚架考虑自重作用。施工阶段7, 8为考虑上部结构使用阶段, 包括吊车荷载和风荷载等对水池结构的偏心荷载作用。

水池上部预埋导轨并设置拖曳行走机构, 故对墙体上部有较严格的位移要求。水平和竖向位移分析结果受基底反力系数影响很大, 故应根据试验结果最终确定基底反力系数取值。在竖向地基反力系数 (基床反力系数) 为3 500k N/m³时, 根据表1, 水池顶点A, B在蓄水前后竖向位移变化为13~18mm, 水平位移变化为± (6~8) mm, 基本能满足上部拖曳行走机构的使用要求。为保证拖曳行走机构运行稳定, 减小水池侧壁位移变化, 使用阶段不建议大规模泄水。对于上部钢结构用房, 位移变化较小, 对结构内力影响也较小, 此处暂不考虑。

根据MIDAS计算结果, A点和B点在自重和土压力作用下竖向位移分别为-106.2mm和-98.15mm, 相应A点和B点根据规范的计算结果分别为-95.56mm和-109.9mm, 两者计算结果基本一致。C点与A, B两点在封闭后浇带前 (阶段5) 竖向位移差为56~68mm, 故在施工乙区底板时应将地板标高降低60mm, 以保证底板平直。

施工工艺流程:地锚预埋→搭设首层架体→搭设斜撑→侧壁内外回顶→与肋板形成三角形抱箍单元体→侧壁、侧壁与回顶架体阴角加腋→浇筑首层混凝土→首层架体与侧墙主龙骨连接加固→搭设2层架体→搭设斜撑→侧壁内外回顶→与肋板形成三角形抱箍单元体→侧壁、侧壁与回顶架体阴角加腋→支护桩冠梁处增设回顶→浇筑2层混凝土。

混凝土底板浇筑前, 在水池内侧底板上距侧墙3 600, 5 400, 7 200mm范围隔一布一设置地锚, 采用ф25钢筋。

侧墙墙厚为600mm, 模板采用15mm木模板, 40mm×40mm×2.5mm方钢做次龙骨, 方钢间距200mm。主龙骨采用ф48×3.0双钢管, 间距为400mm, 利用M12对拉螺杆对拉加固, 水平间距500mm, 纵向间距400mm。根据墙体控制线, 先安装一侧模板, 临时用支撑撑住, 然后再安装另一侧模板, 用线锤校正模板的垂直度。

模板安装时, 应边就位边校正。外侧模板安装就位, 清扫墙内杂物, 再安装内侧模板就位, 模板就位时要保证模板底边与所弹的模板边线相一致, 模板线不可视时用模板控制线 (与模板线平行引动30cm或50cm的直线) 检查模板就位情况。

水池侧壁施工内外均搭设3排落地架, 立杆间距1 200mm, 横距900mm, 步距1 500mm, 距侧墙300mm, 内侧根据部署分区分别于2-1, 2-2, 2-3段内增加1道南北向支撑架体, 其中立杆纵距1 500mm, 横距1 000mm, 步距1 800mm, 转角处分别用6m钢管连接形成加腋。如图4, 5所示。

在水池侧墙底部5个步距以下范围搭设阶梯型支撑架体, 立杆间距1 200mm, 横距1 500mm, 步距1 500mm, 在水池内侧底板上距侧墙3 600, 5 400, 7 200mm范围隔一布一设置地锚, 增加4道斜向支撑, 对侧墙进行回顶, 如图6所示。水池外侧架体与肋板及端柱架体连成整体, 遇到支护桩钢梁处采用钢管进行回顶。

上层施工时, 底部模板拆除后, 重新恢复主龙骨, 次龙骨用木方代替, 落地架增加水平杆与主龙骨连接, 保持架体稳定性。在架体外侧设置竖向剪刀撑, 每道剪刀撑按4跨设置, 剪刀撑斜杆与地面夹角为45°~60°, 且每组剪刀撑处设置挡脚板, 挡板宽200mm。拦腰杆设置在每步脚手架500mm和1 000mm高处。剪刀撑斜杆的接长宜采用搭接, 搭接长度应≥1m, 应采用3个旋转扣件固定, 端部扣件盖板的边缘至杆端应≥100mm。外侧肋板增加钢管斜拉, 一端与侧墙主龙骨连接, 一端与肋板主龙骨连接, 形成三角形抱箍。通过混凝土均匀下料, 肋板自重对侧墙侧压力的分解防止侧墙向内侧倾。如图7所示。

1) 水池侧墙混凝土浇筑池壁混凝土由于高度较大, 分2次浇筑, 浇筑高度分别为7 200, 7 500mm, 施工缝内设止水钢板 (见图8) 。浇筑时采用分层下料、分层振捣的方法, 用标尺杆控制分层厚度 (夜间施工时用手把灯照亮模板内壁) , 每层混凝土厚度≤50cm。振捣棒每隔6m放1台, 不得来回搬动。

2) 施工缝处混凝土浇筑竖向施工缝处必须待已浇筑混凝土的抗压强度≥1.2MPa且不少于留置施工缝后48h才允许继续浇筑。留置施工缝处的混凝土必须振捣密实, 其表面不磨光, 并一直保持湿润状态。在继续浇筑混凝土前, 施工缝混凝土表面必须进行凿毛处理, 剔除浮动石子, 并彻底清除施工缝处松散游离部分, 然后用压力水冲洗干净, 充分湿润后, 刷1∶1水泥砂浆1道, 浇筑之前先预铺同配合比减石子水泥砂浆, 再进行上层混凝土浇筑, 混凝土下料时要避免靠近缝边, 缝边人工插捣, 使新旧混凝土结合密实。水平施工缝:墙、柱在浇筑上一层混凝土前, 必须在顶部沿施工缝弹线, 用无齿锯沿弹线切割以保证施工缝顺直, 切割深度宜为5mm, 沿切割线剔凿直至露出坚硬石子, 剔凿深度宜≤10mm。切割时不得触动钢筋。并彻底清除施工缝处松散游离部分, 然后用压力水冲洗干净, 充分湿润。

3) 后浇带混凝土浇筑等后浇带外混凝土浇筑4个月后, 再浇筑后浇带内混凝土, 浇筑时间选择在日气温较低时, 但不得低于7℃。封闭后浇带的混凝土应采用比两侧混凝土强度等级高一级的补偿收缩混凝土。浇筑后养护时间应≥28d。施工时, 后浇带两边墙、梁必须支撑好, 直到后浇带封闭且混凝土达到设计强度要求后方能拆除。后浇带混凝土施工前, 严防落入杂物及损伤止水带。应清除浮浆、松动石子、松软混凝土层, 并在结合面处洒水湿润, 但不得积水。

施工至第2层, 在支护桩冠梁上每隔2.4m间距布设ф25钢筋地锚, 使用钢管与水池外侧架体回顶, 防止侧墙向外侧倾。

1) 工期效益采取5个步距以下采用阶梯型支撑架体, 内外搭设3排脚手架, 可大幅度缩短架体搭设工期。

2) 经济效益本文5个步距以下采用阶梯型支撑架体, 内外均搭设3排脚手架, 与传统水池内部搭设满堂架体相比, 该方法减少架体钢管、扣件投入量约50%。

3) 社会效益通过增设地锚斜撑, 水池肋板形成水平三角形抱箍等措施, 提高了水池整体的施工质量, 同时通过大量采用可周转材料, 对绿色施工产生很大成果, 整体有明显的社会效益。

本工程超高带肋混凝土悬臂结构水池侧墙整体施工工艺, 通过成熟的工艺流程, 得当的施工质量措施, 严格现场安全管理, 达到预期的施工进度, 有效缓解工期压力。施工进度满足工期需求, 最终混凝土成型质量符合设计和规范要求。