薄壳混凝土结构穹顶施工工法

薄壳混凝土结构穹顶施工工法 1 前言

随着科学技术的发展，建筑领域的结构主体的创艺日趋新颖、个性、美观和功能人性化，空间结构也突破了原有的局限，得到了飞速的发展。大跨度空间结构中，网格结构和膜结构已得到广泛的应用，对于大空间佛殿建筑即能表达其恢宏的气势、广薄的文化渊源,又能体现其浓厚的宗教气息和传统风格，钢筋砼薄壳结构成为设计师之首先，薄壳结构即为曲面的薄壳结构,大跨度穹顶与一般的钢筋砼屋顶和小跨度穹顶结构相比施工方法有很大的不同和施工难度,本工法通过模板体系的设计及自密实砼的选用,减少环境噪声污染，使穹顶内实外光，弧线流畅，几何尺寸准确，穹顶质量达到了较高的质量标准。 2 特点

2.1 模板体系设计选用常规多层板、方木、扣件、钢管,材料可周转使用，降低了工程成本。

2。2 穹顶砼采用自密实砼施工工艺，降低了劳动强度，减少了对周围环境的噪声污染。

2.3 施工段的合理设置以及对拉螺栓定位片的尺寸控制了穹顶壁厚的变化.

2。4 施工缝处榫头处理保证了穹顶施工缝处砼浇筑质量。 2.5 钢楞环向设置,减少了圆弧定位的难度，环向钢楞的准确定位是双曲面施工精度的保证。 3 适用范围

适用于内径25m，最小壁厚100mm的钢筋砼薄壳结构. 4 工艺原理

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4。1 曲面薄壁构件截面尺寸小，钢筋密集，砼浇筑采用免振自密实砼，为使构件表面气泡充分排出，模板外侧辅助以振动，以保证砼浇筑质量.

4.2 穹顶上部倾角28度以内部分,砼配制、浇筑、模板设计按板考虑，下部按墙体考虑，采用自密实砼，自密实砼流动性大，穹顶模板计算按液压考虑。

4。3 穹顶双曲面由环向设置的定型钢管及纵向设置的方木平放实现。 5 工艺流程

5.1 施工段划分

根据穹顶结构特点、壁厚变化,模板规格,考虑到砼的浇筑等因素，工程施工中穹顶内模支设，底层钢筋绑扎一次完成;外模支设、外侧钢筋绑扎及砼浇筑划分五个施工段：下部倾角60°范围为一施工段，中间按模板规格划分三个施工段,顶部为第五施工段。

5。2 工艺流程

支架地基处理 →测量放线 →搭设满堂架及外施工架→穹顶内模支设 →绑内侧双层钢筋 →第一施工段绑外侧钢筋、支外模、浇混凝土、养护、拆外模 →第二施工段绑外侧钢筋、支外模、浇混凝土、养护、拆外模→第三施工段绑外侧钢筋、支外模、浇混凝土、养护、拆外模 → 第四施工段绑外侧钢筋、支外模、浇混凝土、养护、拆模 →第五施工段绑钢筋、浇混凝土→养护

6 操作要点

6.1 地基基础处理

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对原土地基进行夯实，压实后原土地基上回填40cm三七灰土，分层压实，压实系数不小于0.95；灰土顶做100mm厚Ｃ15砼垫层.

6.2 测量放线

放出穹顶平面园弧中心点、过园心两条垂线,穹顶标高控制投影线。用线弹于砼垫层顶面.

6.3 模板支架

6.3.1 支架搭设参数确定

穹顶模板支架采用扣件式满堂脚手架，立杆间距为1200mm×1200mm，在半径7.00m至10m间圆环带处加密立杆，加密后立杆间距0。6m×1.2m，架体步距1800mm、1000mm、800mm、400mm.在靠近穹顶处增加小横杆和小立杆,以加密圆弧形钢愣，小横杆应至少与两根满堂架的立杆连接。详附图6、3、1—1。立杆底端下设150X150X10钢垫板，满铺250X50通长脚手板. 6。3.2 构造要求

为保证穹顶满堂架架体稳定性和刚度，将穹顶满堂架与底部框架柱相连接，每根柱每层的连接点不少于2道,同时在满堂架的X、Y、Z三个方向加设剪刀撑,水平剪刀撑沿竖向每两步架子设置一层，水平剪刀撑单个斜杆穿过6根水平杆，与水平杆夹角45～60°；竖向剪刀撑纵横各布置4道，竖向剪刀撑单个斜杆穿过6根立杆，与地面夹角45～60°，具体做法见详附图6.3。2—1和附图6.3。2-2。剪刀撑斜杆的接长采用搭接，至少用3个扣件。旋转扣件中心线至主

节点的距离不宜大于150mm。

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6。4 模板工程 6.4.1 材料选用

模板选用15mm厚多层板，规格2400X1200X15mm，内竖楞、环向外钢楞分别采用50×100mm方木和φ48×3.5mm钢管。木模板采用环保型脱模剂。

6。4.2 模板设计

一~四施工段模板按剪力墙模板设计，模板采用15厚多层板，穹顶内外表面均为双曲面，现场放大样，加工成梯形且两腰略带弧度.内竖楞采用50×100mm方木平放，间距@300mm，环向外钢楞采用2ф48×3.5mm钢管，加工成与标高相对应半径的圆弧，沿穹顶壁弧向间距50cm（如附图6、4、2—1所示）。对拉螺栓ф14mm，间距500×400mm，两端设50×50mm挡片，用以固定外壁模板和控制穹顶壁厚。元宝型扣件配套使用。第五施工段坡度平缓，按顶板模板设计,只支设底模。 6。4.3 模板安装

1) 顶内侧模板安装顺序：

满堂扣件式脚手架 →小横杆、小立杆 →钢愣 →方木 →铺设模板 → 检查、修整。

2) 穹顶的曲度主要靠钢愣的位置及弧度来控制：

（1）应通过计算，加工好相应标高（H)上相应半径（R）的弧形钢愣。

(2）按标高H固定好横杆位置。

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（3)根据圆心在横杆上量出相应半径R位置，做上标记。 （4）将钢愣固定在标记处.

（5）增加相应的小立杆，并调整小横杆的长度或位置,避免超出内模边线.

3） 按间距20cm沿竖向放置方木，方木与钢愣间用双道8#铁丝捆绑牢靠，防止方木移位。

4） 沿环向分层铺设模板，模板用钉子定在方木上。铺设好一层模板后，用同穹顶内径一致的弧形套模检查，发现不到位的地方要及时调整。上下两层模板应错缝铺设，模板接缝间加海绵胶，并用黄色宽塑料胶带铺贴。

5) 穹顶外侧模板安装顺序及技术要点：

钢筋绑扎完毕经验收合格后方可安装外模板.外模是变径双曲面,穹顶壁厚通过对拉螺栓上挡片间距的变化控制，上紧螺帽使外模紧压在螺栓挡片上。为防止外模板整体下滑移位，在外模板水平钢愣上设置竖向圆弧钢愣，间距1000mm,端部支撑在+7.750m混凝土梁上。

6。4.4 模板的拆除

每一施工段砼浇筑后3天后方可拆除外模板,最后一个施工段混凝土浇筑后28天，且强度达到100％后方可拆除内模板,拆除顺序为从上至下。

6。4.5 应注意的质量问题:

1） 模板制作选材时，同一块模板上的背楞厚度，多层板厚度

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应分别一致，以保证混凝土成型质量。

2） 相邻模板应拼缝严密顺直，防止漏浆. 3) 板模板间接缝下应有方木，并用钉子钉牢固。

6。5 钢筋工程

6.5。1 钢筋构造

穹顶钢筋采用10双层双向，纵向钢筋间距由大变小,呈放射状，绑扎前应先在板上弹出钢筋位置线以及钢筋型号不同段的分界线,绑扎时按线定位绑扎.施工难点在于板顶部和板底部钢筋间距的控制以及纵向钢筋的固定。

6。5.2 板顶部和板底部钢筋间距的控制

对于10cm厚的板,双层钢筋之间净距仅有3cm，可放置3cm厚混凝土垫块，垫块要和钢筋绑扎牢靠。对于12.5~15cm厚的板，钢筋网片间加马蹄筋，间距50×50cm。

6.5.3 纵向钢筋的固定

用铁丝将横向钢筋与贯穿穹顶的满堂架立杆相连接、固定，纵向钢筋通过与横向钢筋的绑扎固定位置。

6。5。4 钢筋保护层

穹顶钢筋保护层按板设计，厚度15mm。采用15mm厚混凝土垫块，垫块要与纵向钢筋绑扎牢靠，间距50×50cm。

6.6 砼工程

6。6.1、砼配合比要求

穹顶混凝土强度等级C30，水泥采用42.5普通硅酸盐水泥，砂

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采用中砂,石子采用碎石，混凝土坍落度：240~260㎜；坍落扩展度：≥580㎜；砼流淌要均匀,中间不鼓包，周边不泌水，粘聚性要好。

6.6.2 砼配合比

材料 每立方米用量（kg) 366 908 742 178 水泥 砂子 石子 水 减水剂 12．94 粉煤灰 124 膨胀剂 49 6.6。3 混凝土浇筑 1）浇筑方式

第一、二、三、四施工段混凝土浇筑（此四个施工段混凝土按墙板施工），为确保穹顶架体受力均匀，砼浇筑采用两台汽车泵对称两点（连线过圆心）下料，沿环向按顺时针方向分层斜坡推进法浇筑。两浇筑点砼浇筑速度保持一致。

第五施工段混凝土浇筑，仅有底层模板，要求混凝土坍落度140～160mm，以防止流淌。混凝土自下而上分层浇筑，振动棒适当点振,确保密实但又不能使混凝土大量流淌，待混凝土将要初凝时，用套模套出精确弧度,然后分三遍收光。最后覆盖塑料薄膜。 2）模板湿润

自密实砼的主要特点是靠自重流淌填充，所以与其接触的模板、钢筋必须保持充分湿润。木模板则要提前一天浸泡，使其表面吸水率达到饱和，浇注前另要洒水湿润。否则易产生砼流淌不均匀,填充不密实现象，特别是外模一侧。

3)下料：砼泵送前应用高强砂浆进行试泵，以湿润和密封管壁，减小管理壁对砼拌合物的阻力。砼泵送应连续进行，停顿时间不宜

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过长，一般不宜超过15min， 以免造成砼堵管,整车砼从搅拌到浇注结束应控制在120 min内完成。

4）辅助振捣：因构件截面尺寸小，钢筋密集，砼粘聚性大,为保证砼充分密实,在浇注时应辅助以模板外侧振动，以免砼流动不均匀造成缺陷,而且有利于砼中气泡的排除.振捣原则以混凝土气泡完全排出，混凝土表面不下沉为准.注意振捣点均匀分布，严禁就一个点长时间振捣，以免造成混凝土离淅。

5）变形观测：在穹顶四个方向的外模上做四个观测点，设专人在砼浇筑时观测穹顶模板平面位移和架体沉降，若发现线位置移动，应立即停止浇筑，通知现场负责人，以采取应对措施。

6)施工缝设置：施工缝处放置木榫，使施工缝处形成凹槽。木榫尺寸100×30×30mm，间距250mm。

7)养护:为减少砼的水分散失和塑性开裂，必须从砼入模开始就进行湿养护，砼初凝之后，宜采取湿麻布覆盖,并及时浇水,以使砼能及时散热，养护龄期不宜少于14天。另外，拆模时间也要延长，应大于3天,最好7天以后。

混凝土浇筑过程中要派专人看护模板,发现漏浆和支撑变形要及时通知停止浇筑，待整改后再浇注。 8）施工缝处理措施

（1） 在施工缝处继续浇筑砼时，已浇筑的砼的抗压强度必须达到1。2Mpa以上.施工缝施工时应在已硬化的砼表面清除水泥薄膜和松动的石子以及软弱的砼层，同时还应加以凿毛，用水冲洗干净

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并充分湿润，一般不宜少于24ｈ,残留在砼表面的积水应予清除.

(2)注意施工缝位置附近需弯钢筋时,要做到钢筋周围的砼不受松动和损坏.钢筋上的油污、水泥砂浆及浮锈等杂物也应清除. 7、主要机械设备

现场配备满足工程需要的机械设备，机械配备详附表 序号 1 2 3 4 5 6 7 名称 汽车泵 振动器 振动棒 橡胶锤 经纬仪 水准仪 全站仪 规格 37m臂长 单位 台 台 台 把 台 台 台 数量 2 4 6 20 2 1 1 备注 8、质量控制

8．1 质量控制执行《混凝土结构工程施工质量验收规范》。 8．2 混凝土浇注应严格控制混凝土的坍落度、扩展度,检验不符合要求的不能使用。

8．3 混凝土浇注严格按浇注顺序实施，不得随意改变浇注点. 8．4 施工过程注意观察模板系统的变形，发现变形过大,及时纠正。 9、安全措施

9。1 施工人员应正确佩戴安全帽，高处作业时应系好安全带。

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9。2 严禁上下抛掷物品。

9。3 木工机械和手持电动工具应有可靠的漏电保护装置和防护设施，操作时应戴绝缘手套.

9.4 操作人员登高必须走人行梯道，不得在其他高处狭窄而无防护的模板上面行走。

9。5 登高作业时,各种配件放在工具箱内或工具袋内，严禁放在模板和脚手架上。

9。6 装拆施工时，上下有人接应，随拆随运转，并把活动部件固定牢靠，严禁堆放在脚手架板上或抛掷.

9.7 拆除承重模板，设临时支撑,防止突然整块塌落。 9.8 拆除模板时，由专人指挥和切实可靠的安全措施,并在下面标出作业区，严禁非操作人员进入作业区，操作人员佩挂好安全带，禁止站在模板的横杆上操作，拆下的模板及时运走，不准向下乱扔。拆模间歇时,将活动的模板、拉杆、支撑等固定牢固，严防突然掉落，倒塌伤人。应在每个进出口放置明显的标识牌，标明“正在进行模板拆除，非操作人员免进”。拆除模板时，不得站在被拆除模板的正下方和被拆除的支架上.模板拆除后，该施工部门所有施工洞口应采取防护措施。

9。9 清理模板和涂刷模板隔离剂时,必须将模板支撑牢固. 9。10 模板拆除时，严禁使用重锤敲击。拆除后的模板及时清理砼杂物。由专人负责校对几何尺寸，偏差过大及时修理.

9.11 模板上操作平台应有护身栏杆，脚手板固定牢固,备好临

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时上人梯道。

9.12 夜间施工照明充足，接线由专职电工负责，现场电线必须架空敷设,非电工严禁拆卸、移动电源。

9。13 人工运输多层板、方木、钢管过程中要互相配合，前后照应.

9.14 明火作业时应提前申请,并配有看火人。

9.15 汽车泵放料时要有专门的指挥人员，防止泵管碰撞施工架。 10 经济效益

10.1 模板体系使用的材料均可周转使用,降低了工程成本。 10。2 采用免振自密实砼减小了砼操作人员的劳动强度,提高了施工进度。 11 实施效果

洛阳市白马寺印度风格佛殿工程位于洛阳市白马寺院内，大佛殿屋顶采用薄壁穹顶结构,整个穹顶呈半球状,穹顶下部为二层框架结构.穹顶内壁为半径12。08m的标准半球，外壁为变径半球,穹顶上、下两端壁厚150mm，向中间渐变至125mm、100mm,内配双层双向钢筋.穹顶底标高+7。750m,穹顶顶标高+18。60m。

通过以上工法的实施,大佛殿工程实现了预期的构想。穹顶砼表面光洁，色泽一致，内实外光，弧线流畅，施工段连接通顺，几何尺寸符合设计要求，穹顶砼质量达到预期效果，受到业主和印度专家的高度评价。

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