大跨度空间预应力钢筋砼组合扭壳屋面施工工法简介

荣誉表彰

2009年10月19日，中华人民共和国住房和城乡建设部以“建质[2009]162号”文件发布《关于公布2007-2008年度国家级工法的通知》，《大跨度空间预应力钢筋砼组合扭壳屋面施工工法》被评定为2007-2008年度国家一级工法。

渐变扭坡组合钢模板施工工法适用范围

《渐变扭坡组合钢模板施工工法》适用于南水北调中线京石应急供水工程滹沱河、南拒马河等虹吸进口渐变扭坡工程。截至2005年，该模板施工工法已经开始在京石应急供水工程其他标段推广应用。

渐变扭坡组合钢模板施工工法工艺原理

《渐变扭坡组合钢模板施工工法》的工艺原理叙述如下：

1.将渐变扭坡曲面的三维不可展开面转化为可展开曲面，从而使渐变扭坡组合模板设计施工理论可行。

2.渐变扭坡组合钢模板曲面设计，符合理论设计扭坡的断面轮廓线等分原则。

3.渐变扭坡任意断面轮廓线，与其相交的等分线组成无限小曲面的法线惟一。

4.采用预埋钢筋支撑及加固的方法，使渐变扭坡组合钢模板在施工过程中形成自稳体系。

5.采用渐变扭坡组合钢模板翻模施工技术，解决了渐变扭坡施工的通用性问题。

渐变扭坡组合钢模板施工工法施工工艺

• 施工工艺流程

《渐变扭坡组合钢模板施工工法》的施工工艺流程如下：

一、迎水面工艺流程

迎水面（断面轮廓线≥45°）扭坡模板施工工艺流程，见图2。

二、施工准备

1.根据扭坡组合钢模板组拼安装的质量检测要求，确定安装检验测量的地面控制点。

2.按照《扭坡组合钢模板工程施工组织设计》的安排，认真做好参加组合钢模板工程施工人员的组织和技术交底，以及安装设备、工具和材料物资的准备工作。

3.按照施工设计图纸的要求，在安装组合钢模板的位置，使用高标号水泥砂浆，把安装组合钢模板位置上的混凝土底板表面找平。

4.根据《扭坡组合钢模板工程施工组织设计》的要求，搭设好钢模板施工支撑架，检查预埋支撑加固筋预埋点的位置。

5.根据施工设计图纸的要求，确定组合钢模板安装的确切位置后，在混凝土底板的表面上清晰地标出，安装组合钢模板的内位置线。

6.按照《扭坡组合钢模板组拼安装布置方案》的标注，将组合钢模板按分层安装顺序平放排列在安装位置线附近。

7.按照支撑加固筋定位方案要求，进行预打模板加固筋定位孔。

8.检查模板组拼附件（包括U形卡、锥形套筒、螺母等）外观质量及规格。

9.组合钢模板在安装前，应涂刷脱模剂，严禁使用废机油代替脱模剂施工。

三、扭坡模板组合安装

1.模板安装工艺流程如下：

垫层混凝土表面处理→扭坡起始边测量放线→钢筋绑扎→分层安装组合模板→模板临时支撑→预埋支撑筋就位→围檩加固就位→拆除模板临时支撑→测量观测→模板扭面成型验收。

2.一般要求，扭坡组合钢模板安装施工质量标准如下：

1）两块相邻组合钢模板的拼接缝隙≤1.00毫米；

2）相邻组合钢模板板面的高低差≤1.50毫米；

3）四块组合钢模板相邻四角的板面高低差≤1.50毫米；

4）组合钢模板安装后，板面长宽尺寸偏差±2.00毫米；

5）组合钢模板安装后，沿边框及横竖肋筋板位置面板的平面度≤2.00毫米（使用2米长靠尺检查）；

6）组合钢模板的扭曲安装倾斜度，不得超过扭坡结构设计的允许值。

3.每层开始第一块面板外端面的最高点、后面安装的每相邻四块为一组的板面拼缝最高点以及每层最后一块面板外端面的最高点，均为组合钢模板扭曲安装倾斜度的检验测量点。

4.安装扭坡组合钢模板，每层都应先从扭曲面最小的一端开始进行施工。

5.安装每层开始第一块组合钢模板时，都应按照设计要求，测量调整好它的扭曲安装倾斜度。并检查支拉筋加固就位程度，防止位移变形。

6.继续组合安装时，边拼装边上好相邻组合钢模板边框上的连接件或U形卡具。

7.以水平一层为单位拼装完成每组钢模板后，都应安装好竖向双背楞，进行调平，并拧紧该组模板各边框的连接件（或U形卡具）。同时，对安装后的钢模板进行支拉固定。

8.安装完成每组组合钢模板后，都应对该组钢模板的板面组装平整度、安装扭面倾斜度，进行初步的测量、检查和调整。

9.现场安装、拆除组合钢模板，可采用人工搬运，垂直运输可使用辅助机械设备吊装。模板安装拆除须制定相应的措施，防止损伤模板或结构混凝土。

10.安装注意要点：

1）安装首层组合钢模板时，应按照板号安装顺序，逐块把组合钢模板的板面下边沿，整齐地排放在坡面混凝土底板的安装位置线上，根据《扭坡组合钢模板组拼安装布置方案》进行模板排序检查。

2）安装首层组合钢模板时，要在钢模板的上下位置，进行两层牢固支撑，以确保模板系统的安装稳定，做到不移位、不变形。

3）按照组拼质量要求，完成首层组合钢模板的安装后，应该对组合钢模板的扭曲安装倾斜度、沿边框及横竖肋筋板位置面板的平面度，以及拼缝、板面及相邻四角的高低差、安装板面长宽偏差等，进行全面的测量、检查和调整。

4）对首层组合钢模板的测量、检查和调整，达到安装施工质量标准后，加固到位全部连接件，并确保横背楞、支拉杆等牢固稳定。

5）安装每一层组合钢模板时，都应按照规定安装好竖向双背楞。同时，对组合钢模板进行支拉固定。

6）从安装第二层组合钢模板开始，应及时安装好横向双背楞。

7）每层组合钢模板应安装两排双背楞，其间距一般不应大于600毫米。

8）完成调整达到安装施工质量标准后，拧紧全部连接件（或U形卡具），加固筋锥形套筒螺母，确保横竖背楞、支撑杆等牢固稳定。

9）组合钢模板安装达到一定的高度、板面向下扭曲倾斜较大时，除了在钢模板的背面做好拉接外，还必须采取相应的稳固措施，确保组合钢模板牢固安全。

11.完成安装扭坡组合钢模板工程，必须通过检查验收以后，才允许进行下一道工序的施工。

四、模板支撑要求

1.制定相应扭坡组合模板预埋钢筋支撑方案，预埋件埋设方案及设计位置。

2.模板背侧按照设计间距设置竖向模板加强肋（型钢）平铺，外侧按照预埋筋加固间距布置双槽钢横肋，形成井字形格构围檩布置。

3.支撑筋端部设置锥形套筒，外侧与围檩的加固螺栓连接，内侧与模板支撑钢筋连接。

4.支拉筋设置间距应满足模板设计强度和刚度要求，采用预埋筋支撑方法，混凝土浇筑高度须小于3米，并需在模板上部增设附加受压支撑，或增设水平防倾覆支撑。

5.对于模板有预埋筋加固条件者，可采用预埋筋双侧内支撑和单侧内支撑的方法；对于扭坡顶部模板支撑，宜采用对拉螺栓加固和辅助支撑的方法。

6.扭坡模板支撑方案，采用内部预埋钢筋支撑方法是，应对支拉杆件进行受力计算，并作为模板方案计算资料的一部分进行审核、存档。

五、检查验收

1.在进行扭坡组合钢模板安装的过程中，应进行以下质量检查和验收工作；其验收标准按照表1规定执行。

1）扭坡组合钢模板的布局和安装施工顺序；

2）首层钢模板的板面下边沿，是否在安装位置线上；

3）连接件、支撑件、拉接件的规格和质量，以及它们的紧固情况；

4）钢模板安装整体的稳定性；

5）沿边框及横竖肋筋板位置面板的平面度；

6）钢模板的拼缝、板面及相邻四角的高低差；

7）钢模板的安装板面长宽偏差；

8）钢模板的扭曲安装倾斜度。

2.进行扭坡组合钢模板工程验收时，应提供以下文件：

1）扭坡组合钢模板工程施工组织设计；

2）扭坡组合钢模板工程组拼安装布置方案；

3）扭坡组合钢模板工程施工支撑加固方案及系统布置图；

4）扭坡组合钢模板工程质量检验记录；

5）扭坡组合钢模板工程质量验收记录；

6）扭坡组合钢模板工程支模的重大问题及处理记录。

六、混凝土浇筑要求

1.扭坡结构混凝土浇筑除满足设计混凝土配比外，在浇筑过程中采用分层浇筑，分层浇筑高度应控制在350~500毫米/小时范围内。

2.扭坡结构高度超过3米时，在高度方向上应采用分段施工，混凝土每段浇筑高度应控制在3米以内。

3.扭坡底部混凝土浇筑过程中宜采用串筒布料，避免混凝土直接倾倒对模板产生冲击。

七、扭坡模板拆除

1.拆除扭坡组合钢模板时，应认真遵守以下规定：

1）拆除组合钢模板时的条件，必须达到《水工混凝土施工规范》DL/T 5144—2001及《水利水电工程模板施工规范》DL/T 5110—2000规定的相关要求。

2）针对工程施工的特点，事先应制定出拆模的程序和方法，以及安全措施，并严格遵照执行。

3）施工作业时。应该遵循从上至下，逐件拆卸加固筋连接件和模板连接件。逐块拆除组合钢模板，逐点取出锥形套筒螺母。

4）拆下的钢模板及配件，应逐件传递到地面，分类码放整齐。拆下的辅件，应检查外观质量，并存放在箱体或容器内。

• 扭坡段与明渠交汇段扭坡模板施工工艺流程

一、迎水面工艺流程

迎水面（断面轮廓线<45°）扭坡段与明渠交汇段扭坡模板施工工艺流程，见图3。

二、翻模工艺要求

1.采用翻模施工工艺，翻模顺序按先浇筑的先翻模原则进行。

2.采用翻模施工工艺，应根据不同温度条件下的混凝土凝固情况来判断翻模时间。翻模时间在混凝土初凝强度，达到0.15~0.3兆帕时效果较好。一般情况下夏季翻模时间在该层混凝土浇筑完成6~8小时后翻模为宜；冬季翻模时间在该层混凝土浇筑8~9小时后翻模为宜。

3.底层的模板拆除后，采用人工找平、抹面。为避免对混凝土表面的过多扰动影响，抹面次数一般不超过3次。

4.拆模后，对模板及时进行清理后，周转至上层扭坡段施工。

5.迎水面（断面轮廓线<45°）扭坡段与明渠交汇段扭坡混凝土面成型施工宜采用翻模工艺。

三、其他工艺要求

迎水面（断面轮廓线<45°）扭坡段与明渠交汇段扭坡模板施工的施工准备、模板就位安装、模板支撑要求、混凝土浇筑要求等同“施工工艺流程”。

《渐变扭坡组合钢模板施工工法》的效益分析如下：

一、技术效益

1.模板的结构特点符合设计扭面特性。满足理想扭曲面过渡，达到清水效果，符合设计、施工、监理的质量要求。

2.模板的刚度合理，施工操作简单方便，安装成型即为设计扭面，具有良好的稳定性。自重轻，附配件通用于组合钢模板，安装灵活。

3.模板扭面检验和检测方法直观，除控制观测结构设计断面外形尺寸，其余模板检验由靠尺和直线参照观测，减少了观测设备和人员的投入。

4.模板加固采用内部撑拉方法，通过方案计算内部合理设置支撑钢筋，减少了支撑材料的投入，安全合理。

5.通过调整模板自身刚度增加模板微变形量，可在一定范围内通用于其他形近渐变扭坡，周转使用，节约模板投入。对于扭曲面坡比较缓的部位，配合翻模施工工艺，具有良好的推广性。

二、经济效益

1.渐变扭坡组合钢模板施工工法，为水工倒虹吸渐变扭坡施工提出一套安全可行的技术方法，按照该工法采用渐变扭坡模板比传统的木模施工方法降低了工程造价。该模板的设计周转次数为200次，以工程价450元/平方米计算，其每平方米单次摊销费用为2.25元，若采用多层木胶合板其设计周转次数仅为3次（按最多周转次数），以工程价30元/平方米，其单平米单次摊销费用为10元，不考虑残值其每方平米单次摊销费用节约77.5%。

2.采用该工法提供的内支撑方法施工，优化对于扭坡段模板施工用支撑材料一次性投入。以15米渐变段为例，在9米高度下，传统的支撑设计方案受压钢筋均采用ф28和ф32规格，设计受压钢筋均采用ф14规格，布置间距为600×600，该段施工的预埋钢筋一次投人为3.3吨，按照设计调整后的支撑方法均改为设计受拉钢筋фl2和ф14，布置间距调整为900×900，其钢筋的一次性投入减少为1.75吨（水平附加支撑杆均为现场的型钢简易支撑，周转使用），节约支撑材料的一次性投入为47%。

3.利用翻模施工工艺解决其他渐变段的通用性问题，能够缩短模板准备时间和支模时间，缩短施工工期。为施工单位降低由工期影响的间接成本。

4.采用该工法施工达到理论渐变设计扭面，降低进出口渐变扭坡迎水面对均匀渐变流的沿程阻力，减少该段的局部水头损失。尤其对于南水北调等国家重点水利工程，为其调水节能带来了良好的经济效益和社会效益。其工法的推广对于倒虹吸工程整体水能损失的影响具有意义。

注：施工费用以2005-2006年施工材料价格计算

三、同其他扭坡模板施工方法比较

截至2005年，钢混挡土墙扭坡所采用的施工方法有土工模施工方法、组拼木模施工方法、组拼小钢模板施工方法、全钢大模板调整扭坡施工方法。

土工模施工方法主要采用基坑土壁作为混凝土成型模板，适用于扭曲面坡比较缓的挡土墙扭坡迎土面的混凝土施工，需要大量的土方施工。造价较高且适用范围小，不适合大型水工扭坡施工。

组拼木模施工方法采用多层木胶合板作面板，木方作为加强肋。须前期进行大量找形准备，费工费料，模板周转次数基本上超不过3次，且刚度较差，施工速度缓慢。

组拼小钢模施工方法，采用窄幅的组合钢模板进行组拼形成扭坡过渡扭面，但拼缝位置多为折线段，难以控制其局部曲面的检验。对于成型质量要求比较严格的迎水面采用此种施工方法很难控制质量，不能满足迎水扭曲面混凝土成型质量要求。

全钢大模板调整扭坡施工方法，采用传统的型钢大模板。依靠外力进行调整扭曲，由于自身刚度和面板延性的制约其成型扭坡面很难合理想的设计邦坡面。只是用适用干扭度较小。雨量要求不太严格的扭坡。其现场的吊装、调整须借助机械设备，造价和施工费用相对较高。

这几种模板施工方法均不能达到扭坡结构理论设计扭面成型的要求。

渐变扭坡组合钢模板施工工法的提出和应用为渐变扭坡结构的施工、扭坡结构扭面质量控制、扭坡结构模板的检验提供了施工指导和参考数据。该工法的提出不仅为施工单位带来了良好的技术经济效益，而且对国家整个调水节能带来了良好的社会效益。

荣誉表彰

2011年9月30日，《大跨度刚构-连续组合弯梁桥施工工法》被中华人民共和国住房和城乡建设部评定为国家二级工法 。2100433B