定型化拱頂模板體系施工技術研究

張永勝，黎寶讓，程 振

（陜西建工第一建設集團有限公司，陜西 西安 710000）

0 引言

在現代化建筑業的新征程上，人民日益豐富的精神文化生活也對建筑物外形的美觀性、與周圍環境的協調性提出更高的品質要求。陜建一建集團有著自身的企業標準與企業擔當，有責任也有能力將本項目（運西體育館）打造成人民群眾喜聞樂“健”的體育場館。為了實現主體拱頂施工清水混凝土效果，企業著重從項目大跨度拱頂施工技術進行研究，最終確定采用“定型化木模板+同弧度方鋼+承插型盤扣式鋼管支架體系”，簡化了施工過程，實現綜合效益最大化。

1 項目概況

工程位于邳州市青年西路南、宏興路西。工程占地面積 10 394.4 m2，總建筑面積約為 8 923.67 m2。一層設計有 6 個體育場館，其中包含 1 間體操房，1 間健身房，1 間瑜伽館，1 間跆拳道館，2 間乒乓球室。二層設計為籃球館和觀眾臺，共計可容納 910 人，觀眾臺為電動折疊活動看臺，折疊升起后可增加 8 塊羽毛球場地。三層設計為強弱電室，水箱間等設備用房。外部觀感如圖1 所示。

圖1 正視圖

2 施工工藝

2.1 施工難點

1）層高大，支模架搭設高度達 11.16 m。支模架承載重，拱頂兩側梁體截面積大，最大為 1.96 m2，且拱頂與梁體部位重量差異大。

2）單跨拱頂跨度大，兩種分別為 4.85 m 和 5.75 m，如圖2、圖3 所示。

圖2 4.85 m 拱頂（單位：mm）

圖3 5.75 m 拱頂（單位：mm）

3）拱形頂，坡度大，標高難控制，平整度要求高，模板支設難度大。

4）工期緊，處于雨季施工，受天氣影響大。

2.2 制定措施

1）選擇承載重量大、穩定性好、搭設速度快的盤扣架體，且由專業隊伍進行搭設。

2）支模架主楞采用工廠定型化拱頂同弧度方鋼，且經承載試驗合格。

3）拱形頂施工采用上下雙模板，均為工廠定型化木模板，進場必須預拼裝合格。

4）拱形頂和梁體部位的支模架和模板采用高等級一體化搭設，不區分輕載與重載，布設完畢后一體化預壓載，均按照最大梁體重量 1.2 倍進行預壓載，減小拼裝間隙、地基沉降等非彈性變形。預壓載后復核標高和位置，保證準確性。

5）避開雨期，增加施工人數，盡快完成施工。夜間或者早晚低溫時間段澆筑混凝土，大體積梁內預埋水循環管路，混凝土澆筑完后采用薄膜保濕養護。

6）建立 BIM 三維模型，提前優化。

2.3 工藝原理及流程

項目運用現代化技術制作出場館的 BIM 三維模型，根據三維模型提取模板及支模架體系所需材料量，進行鋼模板與定型化木模板選材對比，經過經濟性、吊裝難易度、調節方便性等因素綜合考量，最終確定為“定型化木模板+同弧度方鋼+承插型盤扣式鋼管支架體系”，如圖4 所示。定型化木模板有板材質量好、拼裝速度快、安全性能好、符合節能環保要求、節約成本等優點。同弧度方鋼具有承載力強、變形小、拱形與拱頂同弧度、可有效預防變形等優勢。承插型盤扣式鋼管支架搭設方便、模數固定、抗變形能力強，是現在市場主流架體模式。

圖4 定型化木模板+同弧度方鋼+承插型盤扣式鋼管支架體系（單位：mm）

2.4 模板的使用流程

模板的選取、排版定制加工及使用流程如圖5 所示。

圖5 模板的選取、模板定制加工及使用流程

2.5 支模架和模板安裝

2.5.1 支撐架體的運用及搭設

本工程高大模板支撐體系采用木模板加承插型盤扣式鋼管支架體系，按照國家標準搭設，高度超過 8 m，在支架架體全立面均設置豎向斜桿。主梁下架體由底至頂沿縱、橫向均設置斜桿。按照要求，搭設架體地基應進行預壓載并合格，本項目支架搭設于地下室頂板上，屬于支承于永久結構上，立桿底可不設置底座和墊木。在拱頂整體施工完畢且未達到設計強度要求前，地下室頂板滿堂架體不得拆除。

架體搭設時應復核地面平整度，保證架體立桿的垂直度。在樓梯道等人行通道部位，采用型鋼門架進行支撐并經驗算合格，多框型鋼門架之間采用同材質型鋼用螺栓連接或者焊接連接，保證多框門架形成可靠的整體。架體立桿支設于型鋼多框門架上時，除框柱直接支撐部位，其余立桿下部應有可靠支撐。

二層主場館模板架體的鋼管支架起于+5.30 m 的樓面結構上，其下層架體不拆除，并對應增設立桿。支模架不符合模數處理方式：先布置十字梁底的支撐體系，自梁中向板中心位置布置立桿，當中間板立桿間距不符合模數時，間距不大于原設計板支撐間距，此時采用扣件水平鋼管每步拉結成整體，水平桿向兩側延伸至少 2 跨用扣件與定型盤扣支架的立桿連接。所有立桿均必須使用盤扣定型立桿，即承重立桿不得混搭。

2.5.2 現場測量定位

針對本工程特點，支模架體系定位及標高控制測量需實施四次，第一次：架體搭設前，定位立桿位置及確定搭設標高和地面平整度，必要時對地面不平整或承載力不足部位進行修復和加固；第二次：支模架體系搭設及安裝完畢后，對拱頂模板面取多點進行定位及標高控制測量，并進行調整復核，滿足要求為止；第三次：預壓載合格后，對拱頂模板面取多點進行定位及標高復測、對架體變形量實測，必要時及時調整并檢查滿足后續施工要求；第四次：鋼筋定位綁扎完成后，澆筑拱頂混凝土前，對拱頂模板面取多點進行標高和位置復測，對拱頂上下雙層模板間距復核，保證拱頂澆筑厚度。

現場定位測量主要以 CAD 圖紙及 BIM 三維模型為依據，對架體及模板準確定位，精確控制標高，采用坐標法、天頂法和測量機器人復測相結合的測量法來進行監測和控制，發現偏差及時校正。運用 BIM 三維模型按照角度推算出拱頂的七個標高點三維位置，并且將尺寸標注于三維模型上，作為施工中模板安裝與校核的重要數據依據。其中，拱頂模板標高控制的主要措施是采用方鋼拱“五點定位法”，即在方鋼拱的兩腳部、拱頂部、拱頂與兩側拱腳中間點共取五個固定點做好標記，在測量控制過程中，以五個固定點標高和位置控制為主，以其他點位標高和位置控制為輔。在施工過程中，通過多點位測控，保證施工要求。

2.5.3 模板施工

1）拱頂模板施工。

①工藝流程。支架定位→支架安裝→安裝主楞（定型化方鋼拱，見圖6）→主楞弧度檢查→安裝次楞→調整模板下皮標高并設置預拱度→鋪設面板（定型化木模板）→預壓載合格→檢查模板上皮標高、拼縫、平整度→驗收。

圖6 定型化方鋼拱

②定型化木模板安裝，如圖7 所示。定型化木模和同弧度方鋼的材料質量控制是施工前期的控制重點。定型化木模進場必須詳細檢查完整性、板材厚度、弧度等，保證滿足施工要求。同時，進場定型化木模應側向堆放，不得受壓變形。同弧度方鋼進場主要檢查方鋼材料厚度、拱度、扭曲變形等，進場后應堆放于堅實平整場地，堆放不得超過 6 層。

圖7 定型化木模安裝

梁和拱頂模板支撐體系分開施工，單獨施工完畢后進行各體系連接固定。所有板間拼縫均應嚴密且布置在次楞位置，次楞接頭均布置在主楞上。定型化木模板安裝完成后應貫通測量標高、平整度及位置，按照規范嚴格檢查驗收，并在預壓載合格后方可進行鋼筋施工。

③其他技術要求。本體育館所有拱頂跨度均超過 4 m，按設計要求沿跨度方向的 1.5 ‰ 進行起拱。次楞應盡量滿布，不能滿布時，布置間距不得＞5 cm，須保證對定型化木模內拱面滿面支撐，防止局部受力不均勻產生變形，造成圓拱順滑度不足。次楞在不能滿布的情況下應采取焊接定位槽等措施，防止次楞受力后移動，造成不均勻支撐的情況出現，使拱頂變形［1-3］。

2）梁模板安裝。

①工藝流程。支模架檢查合格→彈出梁軸線及水平線并復核→安裝梁底主、次楞→梁底起拱→安裝梁底模板→預壓載合格→檢查模板上皮標高、拼縫、平整度→綁扎鋼筋→安裝側?！鷱秃肆耗０宄叽?、位置→與相鄰模板連固→驗收。

②支模架安裝。拱頂之間為大體積預應力混凝土梁體，跨度大，架體承載要求高，在支模架驗算時應先單獨驗算最大梁體支撐，以最大梁體支撐驗算數據作為整體搭設滿堂架要求進行驗算，提高搭設標準。梁體寬度大，需在梁體下單獨設置兩道縱向支撐立桿并與其他架體可靠連接。

③模板安裝。梁模板設計起拱高度要求為梁跨度的 1 ‰，起拱采用降梁兩頭，中間標高不變的方法，起拱后必須嚴格檢查模板拼縫，采用側模夾底模的方式安裝，上端與板模的關系為板模夾側模。

④其他技術要求。預壓載合格并經檢查無破損后綁扎鋼筋，開始安裝側模，調整緊固，并校正梁中線、標高和斷面尺寸，最后與兩端的板模連接固定。

2.5.4 檢查驗收

模板檢查驗收標準如表1 所示。

表1 模板檢查驗收表

2.6 混凝土澆筑及養護

本工程的預期目標是清水混凝土效果，澆筑順序為先澆筑整體拱頂的周邊梁體，再澆筑拱間梁、板，后澆筑拱頂板，實現體育館屋面結構整體一次性澆筑完成，保證施工質量，提高施工效率。在澆筑混凝土前應進行全面的鋼筋隱蔽工程驗收和支模架體系檢查，在各檢查單位檢查完畢并確認合格且負責人簽字確認后方可開始澆筑混凝土。

混凝土輸送采用汽車泵送商品混凝土，為確保模板支架施工過程中均衡受載，高支模區域混凝土由中間逐步向兩側對稱均勻澆筑，框架梁及超厚拱間板每層澆筑厚度≤400 mm。振搗器等振搗設備盡量置于已澆筑完成的樓面，并注意避免混凝土集中堆載，造成支撐體系失穩［4，5］。

混凝土澆筑完進行振搗時，不得用振動棒撬住模板或鋼筋振動。在澆搗高支模樓面混凝土過程中要安排專職安全員進行跟班?；炷翝仓^程中樓面作業人員和振搗設備必須盡量分散，嚴格控制高支模區域作業人員數量，振搗設備置于已施工完成的屋面層，避免出現人員和施工設備過于集中出現局部超載，影響支撐體系安全。鋼筋密集的地方采用振動器和鋼桿等多種方式搗固，保證鋼筋密集區混凝土振搗密實，并適時用木錘錘擊模板進行檢查，以便及時發現振搗不密實處采取其它措施進行補救。

混凝土澆筑過程應嚴格按方案進行，先澆筑預應力梁，后澆筑拱頂板。在澆筑過程中出現任何異常情況時，安全員、現場施工負責人要立即通知停止澆筑作業，作業人員撤出施工危險區域，直至確認無危險情況為止。

根據施工方案要求，本體育館拱頂在混凝土澆筑完成后采用一體化養護，即梁體與拱頂板采用灑水覆蓋養護，且養護時間不得少于 14 d。但因處于雨期施工，在養護剛開始的第二天就出現連續陰雨，采取薄膜全部覆蓋，自動噴水管進行全覆蓋養護，有效地保證了養護質量。

2.7 模板拆除

拆模前由具有資質的專業單位對同條件試塊進行檢測，達到設計強度要求后由技術負責人填寫拆模申請，標明拆模試塊的強度、混凝土澆筑時間、混凝土強度等級和拆除部位上報審批，審批通過后方可拆模。

水平結構拆除時應遵循先拆非承重部位，后拆承重部位以及自上而下的原則，在拆除樓板模板時，將可調式 U 托下調 100 mm，使次楞與板面脫離，清理干凈后拆除模板并整齊堆放。同時，在模板拆除前，作業人員需經過安全技術交底，熟悉整個操作流程。

3 結語

通過對運西體育館 7 孔大跨度拱頂施工技術進行研究，在傳統模板搭設施工經驗的基礎上，采用定制大跨度拱頂木模板施工技術，可有效準確控制弧度與模板尺寸，精準定位模板位置，實現現場精細化拼裝，縮短了施工工期，保證了施工質量，提高了定型化模板的使用率。但不同建筑設計的拱頂弧度不同導致定型化模板的可循環使用率比較低，在降本增效的大環境下應盡量選用成本較低的定型化木模板，減少設施料浪費。與此同時，在施工準備階段對施工方案進行優化，可以提高工期效益與經濟效益，充分體現了技術創造價值的實踐意義。Q