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清水混凝土交叉弧形轨道梁模板施工方法




摘要:首都机场T3B航站楼工程,通过使用定型支架加固模板并控制模板侧帮倾角、木制线条与模板配合使用达到装饰凹槽及阴阳角为圆弧角的要求,采用在梁结构外侧加设穿墙螺栓加固模板、现场实地放样加工每块模板、定型靠尺加工侧帮的曲面模板、利用电脑CAD制图放样等方法来保证高架、交叉弧形、变截面、花篮式轨道梁的清水混凝土效果。
关键词:交叉弧形;轨道梁;模板
首都机场3号航站搂T3B工程APM捷运系统清水混凝土高架交叉弧形大截面花篮式轨道梁总长约330m,其中平直段为变截面的交叉弧形梁长56 m,平直段最为复杂,距地净高8m。轨道梁断面为花篮式,并在平直段为交叉弧线形设置,梁截面在交叉段逐渐变大,自2.5m宽变化至9.7m宽,为变截面,梁高1.5m;其余为单轨坡道段,长274m。梁身为清水混凝土,设计不允许梁身出现穿墙螺栓痕迹,且梁侧帮为折线、有倾角,阴阳角为圆弧形状。
APM捷运系统是连接3号航站楼T3A与T3B的通道,通过旅客捷运系统车辆运行,将会大大地缩短旅客穿梭于国内航站楼与国际航站楼的时间,从APM两侧的楼内大巴通道及与其相邻的房间可以看到APM捷运系统轨道的清水饰面以及其优美的弧线从下沉花园中缓缓升起。
1施工特点及难点
(1)花篮式截面梁,截面呈交叉弧线变化;梁侧帮
为折线形式,有倾角;梁身有装饰凹槽、阴阳角全部为圆弧角;模板加工尺寸多样,拼接效果要求高,加固困难;要求模板拼缝出现的位置、表面装饰凹槽效果、阴阳角圆弧效果难度较大。
(2)梁身截面大,设计不允许梁身出现穿墙螺栓的痕迹,即严禁在结构内部加设穿墙螺栓,模板加固困难。
(3)采用设置定型卡具支撑架来保证截面形式一致性,且把花篮式截面形式加固方法简单化为矩形截面形式;结构外设穿墙螺栓锁口加固,解决模板加固问题;阴阳角圆弧、装饰凹槽用木制线条制作,并与木模拼装使用;利用电脑进行CAD制图,设计模板分块尺寸、特殊结点放大样,保证模板单块尺寸和拼接尺寸。
(4)大截面梁施工,钢筋、模板、混凝土穿插施工,施工周期相对较长,过程中的成品保护问题,也是影响清水混凝土观感效果的关键。
2轨道梁模板安装工艺施工方法
2.1工艺流程
弹线→搭设碗扣架→调整标高,铺设底龙骨→安装梁底模→线条安装→线条及底模保护铺设→绑梁主截面钢筋→拆掉梁底防护、清理→安装梁竖向外倾侧帮模板→安装梁侧帮支架→安装梁水平向侧帮模板及阴角线条→绑扎梁剩余钢筋→安装梁竖向垂直侧帮模板→模板加固→清理污物→验收。
2.2轨道梁模板施工
2.2.1模板初步设计与选型
考虑该轨道梁的特点,若采用定型钢模板浪费较大,不能周转使用,且在拆除时容易损坏混凝土,运输困难,同时存在安全隐患。经研究,决定使用多层板及方木进行模板施工,具体选用如下。
(1)模板为18 mm厚优质国产多层板;易于弯曲,可以进行弧形拼装;易于裁切,可根据板缝要求尺寸进行裁切、拼装,保证拼缝质量;易于运输、加固、拆除,常用材料,工人熟悉性能,施工较方便;易于装饰线条的安装,固定。
(2)装饰凹槽及阴阳角圆弧采用定型木线,固定于模板上;保证尺寸统一。
(3)主次龙骨为100 mm×100 mm方木和50 mm×100mm方木。
(4)定型支架为50 mm×100 mm方木加工,用于梁侧帮腋下空间,使多边的花篮梁截面加固简单化,按照巨型梁截面加固。
(5)对拉螺栓为通长穿墙螺栓及.48钢管,在梁
上下面外侧穿过,不进梁内,保证混凝土观感和尺寸。
2.2.2模板组装及加工
轨道交叉梁为X形布置,弧线段部分的梁底、梁侧的每块模板都需精确计算、编号,加工出不同尺寸的模板。
(1)装饰木线加工。相对应每块模板,计算出与其配套的各种木线尺寸,设计木线形状,与模板一起安装。
(2)弧线段的弯曲扇面模板。弯曲在弧线段部分,梁侧模板均呈弯曲形状,由于梁侧模板与梁底模有倾角、梁水平侧模与竖向侧模之间的倾角、弧线段的弧度,使每个侧模模板为一个弯曲的扇面形状,根据扇面的大小、弯曲的弧度测算出梁侧模板的形状尺寸,并做出定型靠尺,用来加工梁侧模板。
在制作弯曲弧线段模板时,根据模板的尺寸,选模板靠尺其中一100 mm点与模板外边一角对齐(靠尺选点位其中一侧要满足模板1732的尺寸),并根据靠尺边缘弧线对模板进行划线、切割。
(3)定型支架。由于结构梁断面形式特点及设计禁止在结构内侧设置穿墙螺栓的要求,单只采用常规支顶方法不易保证大截面的梁不胀模、不漏浆,所以在梁的腋下采用定型支架来承受混凝土侧压力,力通过定型支架传到支架下部龙骨,再由支撑承受,大大地加强了梁侧模板的安全可靠性。只要控制好支架位置及尺寸,即可保证混凝土截面及观感质量。定型支架尺寸随梁截面尺寸的变化而变化。定型支架。
(4)模板拼缝。按建筑设计的拼缝要求,模板拼缝按轴线间距的倍数均分,由于模板材料模数限制,需要多层板拼接设计要求尺寸。所有模板拼接均为密拼,淡化拼接的缝隙。根据设计要求拼缝位置,深化拼缝图,经设计确认后,开始下料加工。
(5)梁侧模板安装。安装弧线段梁侧模时,将侧模利用靠尺加工成扇形面,安装时,只需将其外侧弧线中点与梁底模板弧边线上打好的点对齐,从中间向两侧逐渐钉牢,弧线外边缘钉好后,与底模的拼缝在同一平面上。将其位置所对应的梁侧四边形支架按编号顺序放在之前打好的点上,支架位置刚好可以和梁侧模板吻合,从而达到模板定位的双控,保证其精准度。
(6)脚手架搭设。架子搭设为了保证工程架子实用及外部整齐美观,采用碗扣架及钢管架结合搭设。梁底支撑架为碗扣架,周边护身栏、剪刀撑为钢管架。碗扣架根据轨道梁坡度分块搭设,上下根据剩余标高设置调节丝杠调整标高。架子整体搭设完毕后在外围用钢管架水平加固3道,保证整体稳定性。安装碗扣立杆之前,下铺通长脚手板。
2.3成品保护
2.3.1底模、木线保护
为防止绑扎钢筋时对梁底模、线条的破坏,先满铺塑料布一层,搭接不小于200 mm;梯形木线两侧梁底混凝土是装饰效果体现重点之一,同时是体现施工水平和质量的关键部位,要特别注意保护。梁底木线条两侧加设木条进行保护,防止碰撞、蹬踩造成木线损坏,待钢筋绑扎完毕封闭侧帮模板前,将加设木条取出并清理一遍。
2.3.2柱身保护
为防止打灰时梁柱节点处漏浆污染柱表面,在梁柱节点处用塑料薄膜覆盖在柱顶周围,使少量外露混凝土浆顺薄膜流下,保护清水柱观感效果。
2.3.3底模清理、维护
侧模安装前,将梁底保护材料拆除干净,并将全部板面污物用干净棉丝擦一遍,同时对梯形木线、底模拼缝及板面仔细检查,发现破损现象及时修补到符合要求。钢筋保护层垫块按要求如数安放。
2.4测量放线控制
2.4.1坡度控制
根据设计给定标高,将标高点引测到每根柱子上,做标高控制点,根据此控制点控制上方梁底高度;此控制点间距13.856m,梁底铺设完毕后用全站仪复测。
2.4.2弧度控制
轨道梁下方进行测量放线,将设计弧度放样到地面,吊线坠于梁底通长方木上,控制梁底模周边弧度及侧帮上口弧度。梁侧帮由侧帮靠尺测量后将模板固定,再与地面控制线校准。
2.4.3顺直度控制
按照轴线位置反控制线与两端,拉通线校准。
3混凝土施工要点
(1)清水混凝土,确保配合比统一,控制原材料,保证颜色观感基本一致;
(2)控制混凝土浇筑方法及浇筑方向;合理配置振捣人员;控制混凝土连续浇筑的间隔时间,保证不出现冷缝;
(3)控制混凝土凝结时间及浇筑速度,混凝土分层浇筑厚度小于500mm;
(4)混凝土坍落度不能过大,应在170mm左右;
(5)重视混凝土养护、测温及保湿。
4结论
首都机场3号航站楼T3B工程APM捷运系统轨道交叉梁施工,通过本套工艺实际应用,保证了设计及甲方要求的清水混凝土要求;在结构内不加设穿墙螺栓、阴阳角设有木线的大截面多边形花篮梁等特殊情况下,通过定型支架的使用,使模板加固的方法更简单,保证截面尺寸及观感质量;使用定型木线制造出清水的线条效果;利用制图软件计算、放样弯曲扇形模板尺寸,施工效果达到业主及设计要求。

随着我国铁路跨越式发展的需要，加大新建高铁、客专的建设力度势在必行,高速列车的检修、整备成为关系列车运行安全至关重要的环节，为了满足检修整备的要求，目前在国内主要大城市如北京、上海、广州、武汉相继建设了动车检修基地，随之会出现越来越多的大跨度弧形H型钢桁架梁结构形式的动车检修、整备库等大型钢结构厂房，本文通过对武汉动车段检查库屋架的制作工艺进行研究与探讨，为同类型的大型钢结构厂房的制作提供经验。
1 工程概况
武汉动车段检查库工程中的钢柱为焊接H型钢柱，钢梁为H型钢桁架梁，钢梁的上、下弦杆及腹杆均采用热轧H型钢。厂房横向分为4轴三跨，第一跨（AB跨）为17.5米，二、三跨（BC、CD跨）均为31.5米左右。本文仅介绍31.5m大跨度弧形H型钢桁梁制作工艺。
本工程难点在于如何解决如下问题：
1.1 重点控制上下弦杆的弯制以保证上下弦弯弧后的线形。
1.2 因桁架梁的各直、斜腹杆不对称，所以各个圆弧过渡节点也不相同，而且节点腹板规格多、数量大，需采取措施实现同种规格节点腹板的互换性。
1.3 圆弧过渡节点与各直、斜腹杆对接时需平滑过渡，防止出现折线状影响美观。
1.4 因桁架梁与钢柱连接接头为现场螺栓连接，需保证桁架梁上下弦螺栓孔群与钢柱柱头上下牛腿上螺栓孔群的位置偏差。
2 为解决上述工程难点，通过技术攻关，制定如下工艺来进行加工
2.1 审查设计图，按1：1绘制实体模型，找出设计不合理以及工艺上无法实现的问题，积极与设计单位沟通。
2.2 解决图纸疑问后，进行深化设计（包括构造设计和构造连接节点设计），根据放样图绘制各构件、节点的加工分解图，为保证焊接成型后各构件长度，上、下弦杆下料时应考虑焊缝收缩量。
2.3 深化设计完成后，编制工艺规程，包括焊接工艺评定和进行焊接时的加工设备及用以保证构件外观尺寸和焊接变形的工艺装备。
2.4 工艺规程编制后，各个工序均需严格按照工艺规程进行，并按下述工艺流程实施：预处理——下料——零部件加工——拼装——焊接——涂装——编号——出厂
2.4.1 预处理:为保证工程质量，全部采用喷砂除锈。①各弦杆先喷砂除锈、涂刷底漆，然后再进行组焊；②各弦杆交汇处圆弧过渡节点先进行组焊，然后再进行喷砂除锈、涂刷底漆。
2.4.2 下料：

①H型钢下料：由于各根杆件长度均不相同，将各种长度、数量汇总后统一排料，用此种方法材料综合利用率可达到97%以上，可节省大量材料，降低成本。

②圆弧过渡节点下料：

a为实现圆弧过渡节点与各直、斜腹杆对接时的平滑过渡，制作圆弧过渡节点时将过渡节点与各直、斜腹杆对接处延长50mm，即弧形翼缘板两端各有50mm直线段，可以保证平滑过渡，达到美观效果。

b圆弧过渡节点下料成翼缘板（弧形板先下料成矩形板再采用电动液压千斤顶顶弯成弧形）和腹板（异型板），然后将翼缘板和腹板组焊即可。

c异型腹板制作：因各个圆弧过渡节点均不相同，节点腹板规格多且数量大，为满足下料精度和生产能力要求，采用AutoCAD对所有种类节点腹板精确放样后，再将放样图导入数控下料机的专业配套软件进行统一排版下料，既保证了节点腹板的精度和生产需求，又节省了大量材料。
2.4.3 关键部位制作：

①上下弦杆制作：

a弦杆弯弧：上下弦杆在拼装前均需弯弧，先利用AutoCAD放样，再利用液压冷弯技术对热轧H型钢进行顶弯，保证顶弯后H型钢的弧线度和平面度。

b热轧H型钢顶弯后，根据设计要求将定尺型钢（12m）对焊成整跨上下弦杆长度后，再根据设计长度分段，可以有效避免某个节段接头过多而消弱构件承载力。

②圆弧过渡节点制作：

a各块钢板在进行组装时，先在平台上对每块钢板都设置定位工装、马板用以保证同种规格节点组焊后完全相同（在误差范围内），即可实现各个节点的互换性：

b因圆弧过渡节点种类、数量较多，为避免出错，节点板组焊完毕后，必须做好编号标记。

③屋架梁组装、焊接：

a制作桁架梁的样板平台：搭设平台，使得各个节点与平台的接触点在同一水平面上，抄平后在平台上绘出设计轴线及各弦、腹杆的边线。

b复核弦杆的曲率半径是否合乎设计要求，校正时仍采用液压顶弯，严禁火焰校正。

c上、下弦杆对接后进行制孔，先精确划线定位，然后制作钻模，钻孔时每块钻模使用次数不得超过5次，防止钻模使用过多产生扩孔引起孔群偏位。

d将各节点板点焊在桁架梁的上、下弦杆上，再连接各腹杆并进行定位焊。

e设置各腹杆定位工装。

f按照设计要求制作梁柱连接节点模型，并点焊梁梁、梁柱连接板。

g将梁柱连接节点模型与梁段匹配，用节点连接模型上点焊的梁柱连接板做钻模，在梁柱、梁梁连接接头处钻孔，钻孔后拆下连接板，用铁丝与其相匹配的屋架梁绑在一起，以免在运输过程中发生混乱。

h梁柱连接匹配及梁段各零配件定位无误后，在焊缝两侧焊马板，防止焊缝焊接时构件变形，然后将屋架梁进行全面焊接，焊接顺序如下：先焊各节点板与上、下弦杆的焊缝，焊接时需由多名电焊工同时、多点施焊避免局部温度过高而引起屋架梁变形。一面全部焊完后翻转焊接另一面。i焊接完毕后，对各屋架梁进行涂装、编号、出厂。
3 结语
武汉动车段检查库工程大跨度H型钢桁架梁采用上述方法制作，加工过程中重点控制弦杆弧度、节点外形、焊接顺序及质量，同时加大了焊缝超声波检测力度，成品外形和焊缝质量均完全达到设计要求，且各个节段外形尺寸偏差均控制在误差范围内，可实现互换性，为现场安装提供了便利条件；各个构件、节点均可批量生产，为保证施工工期打下了坚实的基础；提高了工效，同时节省了大量材料；为今后同类型工程提供了经验。
参考文献：
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[2]图集编绘组.工程建设分项设计施工系列图集-钢结构工程.中国建材工业出版社.
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[4]中华人民共和国建设部.钢结构工程施工质量验收规范(GB50205-2001).
[5]中华人民共和国建设部.建筑钢结构焊接技术规程(JGJ81-2002).