北京建筑大学结构实验室建筑面积为2 264.79m²,高28.525m,为单层框架结构,反力墙结构基础埋深为8m,基础垫层高为1.5m,内部有2层钢筋,混凝土强度等级为C30,反力墙呈L形布置,两面墙之间布置钢楼梯,该实验室反力墙为2座相同的墙体,墙体自地面18m高,长19.8m,宽3.8m,8层,每层12小室,外墙厚1m,隔墙250mm,楼板200mm,每小室反力墙面净空1 250mm×1 800mm,立面有4×3孔,各含1 224个间距为500mm、孔径为100mm的加载孔,反力墙和反力地板共3 512个加载孔,其中反力地板加载孔为1 064个,每孔间距为500mm,孔长为1m。反力台夹层分成3×13个小室,净空长度分别为2 375,2 750,3 925mm,净空宽度分别为2 025,1 250×10,1 750,1 675mm,隔墙厚度均为250mm,对应的顶板即反力地板反力孔分布有12种,孔深1 200mm,如图1所示。

1)反力墙、反力地板加载孔精确定位控制难。根据业主要求,反力墙、反力地板加载孔预埋件的轴线允许误差1.5mm,其余各项指标允许误差0.5mm。

2)对模板体系要求高,反力墙垂直度允许误差10mm,反力台座平整度允许误差2.5mm,墙体厚达1m,对模板侧压力较大。

3)钢筋安装难,钢筋安装量大,预应力筋纵横交错,并且钢筋安装时要保证加载孔套管位置准确、无偏移。

1)预埋件各项安装误差不得超过0.5mm,对埋件精度控制要求高,在施工过程中由于浇筑混凝土及振捣等,不可避免对埋件精度产生影响,普通的定位方法无法满足此工程要求,施工过程中必须采取特殊的加固方法对埋件进行加固,使预埋件能与墙体形成一个整体的受力体系。经综合分析比对后,决定采取设计系列专用模具,包括预埋件焊接成型模具、校正模具、安装模具以及配套的组合支架,用于预埋件的加工和安装。

2)反力墙钢筋安装量大,预应力筋纵横交错,在钢筋安装时优先考虑加载孔预埋件位置准确、牢固,当与埋件位置冲突时,合理调整钢筋间距以保证埋件位置准确无误,但不能减少钢筋数量。

3)经计算得知模板最大侧压力达76.4k N/m²,其支撑系统须具备较高的强度和刚度,本工程反力墙模板采用18mm厚木胶合板,主次龙骨采用钢管和木方,同时在加载孔加设对拉螺栓来满足工程需要。

因反力墙加载孔与墙体平整度等精度要求高,施工中必须组织专业测量队伍进行测量监测,所用仪器必须经过校核,精度必须满足施工要求,测量须贯穿施工全过程,以便产生误差时能够及时校正。

(见图2)

1)反力孔套管预埋件施工是整个反力系统施工的关键,由于预埋件数量多、密度大、精度高,为保证预埋件质量,委托具有专业资质的加工厂进行制作加工,预埋件如图3所示。

2)由于套管制作精度要求高,制作过程中采取焊接成型模具来保证制作精度,把加工好的端头钢板卡在预埋件焊接成型模具的定位槽中,旋转螺杆端头把钢板卡紧后,方可进行施焊作业。先交叉点焊定位,再分多次对称焊接成型,以减少焊接变形,焊接模具定位卡槽的平行或垂直度误差<0.3mm;校正模具的校正柱与校正板的垂直度误差<0.3mm,校正柱直径偏差<0.3mm,如图4所示。

3)在预埋件上预先焊接锁接角码,以便通过等边角钢与反力墙结构主筋进行焊接,把预埋件整体固定,减少预埋件的位移偏差,保证预埋件准确定位。

利用预埋件校正模具,对预埋件进行垂直度校正。校正作业时,要检查预埋件端头钢板与校正板之间是否紧密,如有间隙应校正,确保孔中心与两端头钢板的垂直度符合要求。最后利用车床修平端头钢板,合格的预埋件长度偏差均应<0.3mm,锁接角码如图5所示。

1)反力墙8层,主要层高2m,横向34行孔,竖向36列孔,孔间距500mm,为确保预埋件安装位置的准确性,委托加工厂设计了反力墙预埋件安装模架,安装模架单元取3 500mm×2 000mm,每单元7×4个孔,用└75×5进行焊接。要求安装模架的平整度偏差<0.3mm,孔中心距离偏差<0.3mm,孔径误差<0.3mm,反力墙预埋件模架如图7所示。底层预埋螺栓M8,用双螺母控制调节支架的水平度。

2)利用测量设备、线锤和斜撑组合支架附带可调装置配合作业,进行预埋件安装定位模架的垂直度调整,线锤应与预埋件安装定位模架上的垂直标记线重合。水平校核时,激光找平线应与水平标记线重合。2个反力墙面正交,同时与反力台面正交,两反力墙任意一行反力孔中心线在同一中心平面内;反力台面任意一行或一列反力孔的中心线和与之正交反力墙面反力孔中心线在同一平面内。

3)反力墙预埋件定位后纵横向用角钢整体连接,并利用短钢筋与反力孔套管上的角钢焊接。纵向角钢下端与预埋角钢焊接,上端与临时斜撑支架固定,组成上下两端固定,无转动,无侧移,具有足够强度和刚度的反力孔套管组合支架,在反力墙混凝土浇捣过程中不会产生位移偏差。这套组合支架用于反力孔套管安装、定位和调整;另一套组合模板支架用于反力孔套管安装之后的整体固定,以满足模板体系的受力需要。

(见图8)

1)为确保反力台座预埋件安装精度,委托加工厂加工了反力台座预埋件安装模具。模具由定位圆板、预埋件底部定位模具、顶部定位圆板、顶部定位模具组成,定位圆板为直径略小于预埋件内径的木板,钉在模板上固定预埋件,防止预埋件在浇筑过程中产生滑移。安装时首先在模板面进行木饼定位,预埋件的下端卡在木饼上,可确定预埋件下端端头钢板的精确位置。反力台座预埋件安装模具如图9所示。

2)首先进行反力台座预埋件轴线放样,预埋件定位标志设置于反力台座剪力墙位置,预埋件定位标志是安装反力孔套管的固定参照,也是预埋件轴线放样和复测、安装时检测预埋件的同心度和反力孔套管端头钢板平整度的参照。

3)通过定位模具确定预埋件上端的平整度,利用定位塞子确定反力孔套管的同心度。采用角钢把预埋件纵横锁接,并适当利用短钢筋与预埋件连接角钢焊接,进一步加固预埋件,确保混凝土浇筑过程中无位移偏差。

4)为保证加载槽的精度要求,在施工中需采用定位系统对加载槽进行定位,加载槽定位系统采用角钢组成支架,具体做法为:首先在垫层上放出加载槽定位系统的控制线,校核无误后固定四周支撑角钢,通过支撑角钢放出四周竖向角钢控制线,对竖向角钢进行临时点焊固定,待校核后进行焊接固定,中间焊接拉接角钢,确保支架的整体状态。

加载槽底部钢筋安装完成后进行加载槽安装,首先在支架顶部焊接└50×4的横向角钢作为加载槽支撑,加载槽与支撑架通过连接钢板进行焊接。安装完成后采用钢筋将加载槽连接成一个整体,确保混凝土浇筑时不发生移位,如图10所示。

本工程反力墙中钢筋密集,预应力筋纵横交错,在钢筋安装后对埋件位置调整十分困难,故须首先对埋件位置进行校核,校核采用钢尺对埋件中心进行放线,然后逐个对预埋件进行校核修正。

由于预埋件安装后对底排钢筋安装影响较大,故需先将底排钢筋提前放置,然后进行钢筋安装,竖向主筋在接茬部位采用定位框对伸出的钢筋进行定位,防止浇筑时钢筋移位影响上部预埋件安装。钢筋安装完成后需再次对预埋件进行校核,校核完成后将最外排钢筋与预埋件角钢焊接,防止混凝土浇筑过程中上浮移位。

本工程预应力筋采用缓粘结预应力筋,相对于后张法来说施工较为方便快捷,充分发挥了混凝土的抗压强度和钢材的抗拉强度。施工时为避免与预埋件发生冲突,采取双筋并成一束的做法。

为确保反力墙系统在浇筑完成后能达到设计要求的平整度和垂直度,需对普通模板进行改进以达到要求,本工程采用18mm厚覆膜竹胶合板,预先将100mm×100mm的木方钉在模板上,采用M16的对拉螺栓穿过加载孔。墙体外侧设置钢管斜支撑,支撑钢管采用ф48×3.5钢管,钢管顶部设置可调高度的U形托,用U形托顶紧双钢管主龙骨。墙体内侧设置钢管支撑架,钢管间距为500mm×500mm,与对拉螺栓形成一拉一顶的整体支撑体系。2层及以上模板通过下部加载孔临时固定组合支架来进行安装,模板安装水平拼缝留设在埋件部位,以保证墙面与埋件表面平整一致,如图11所示。

实验室反力墙结构系统对预埋件精度、墙体垂直度和平整度要求高。工程通过多种方法有效防止了预埋件位置偏移、墙体垂直度和平整度偏差等问题,并在施工中取得了良好的效果,为以后的相关工程提供借鉴。