清华大学综合体育中心

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成果名称：大跨度箱型变截面钢筋混凝土拱综合施工技术

主要完成单位：中国建筑二局第三建筑公司

主要完成人：施锦飞? 柴效增? 张公义? 倪金华? 谭文成? 鞠大全? 闵学军? 曾纪根? 罗琼英? 陈小茹

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一、主要技术背景（项目背景、工程简介）

清华大学综合体育中心工程设计的重点特点之一是采用大跨度箱形变截面钢筋混凝土拱作为屋面结构主要受力构件。大跨度钢筋混凝土拱应用于桥梁方面比较普遍，而应用于体育建筑，无先例。体育建筑的屋顶结构，普遍为钢结构，钢结构设计、施工经验成熟。而将钢筋混凝土结构拱应用于体育建筑，并且还要变截面和箱形，以体现结构合理性和减轻自重，有创新。就施工技术而言，大跨度箱形变截面钢筋混凝土拱施工工艺复杂，关键控制点多，涉及免广，施工难度大。

为满足设计要求，圆满地实现了设计意图并满足了体育建筑功能要求，特别在施工流水段的划分、模板设计与施工技术、“六对称”均衡施工方法、承台与拱脚整体浇筑法、清水混凝土施工技术、封拱技术、施工测量控制技术等方面进行研究、探索。

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二、详细科学技术内容

1、概述

拱的中心跨度110.016m，拱顶标高29m，拱顶断面高1.8m，拱脚断面高度4.5m，拱顶曲率半径74.586m，拱底曲率半径65.704m，拱中心线曲率半径70.00m，箱形结构壁厚250mm。外形尺寸宽×高1200×（1800～4500）空腔尺寸700×（1300～4000）。两道拱轴线距离18m，两拱之间由12榀现浇钢筋混凝土桁架连系对称布置，现浇钢筋混凝土桁架垂直于拱侧面，且于拱侧面高度同高，每榀桁架的高度、角度、方向、位置、标高均不相同。大跨度钢筋混凝土拱施工技术攻关主要有如下六个方面：

①混凝土拱施工段的划分；②模板设计；③支撑设计；? ④混凝土施工技术；⑤封拱技术；⑥测量技术

2．主要技术方案

2.1 拱的施工段的划分

混凝土拱，沿拱跨方向分段浇筑，第一个施工缝位置设置在拱脚处，其余施工缝设置在拱的加劲肋左右1600mm处。地上结构施工以钢筋混凝土拱为施工重点，其工艺较为复杂，其架子搭设将占据框架结构施工作业面，故拱体施工与框架施工相冲突时，以拱体施工为优先。为加快施工进度，将两根拉梁的施工安排在拱体施工以后进行。

2.2? 模板工程

清华大学体育中心钢筋混凝土双拱，设计新颖，形状独特，双弧不同心，没有一块模板尺寸是相同的，并且为满足施工规范的要求，为保证拱结构的设计矢高，模板设计时，拱结构应预留拱度，经研究，影响预留拱度的因素如下：

①拱的支架在施工荷载作用下引起弹性变形；

②拱结构由混凝土收缩、徐变及温度变化而引起的挠度；

③由于承台的水平位移所引起的拱圈挠度；

④由结构重力引起的拱圈挠度；

⑤受载后由于支架杆件接头的挤压而产生的非弹性变形；

⑥拱的支架基础在受载后的非弹性沉降。

承台模板施工根据现场实际情况，承台模板采用55系列组合钢模。因考虑到拱脚和承台的高度比较大（总高度为8.5m），又为大体积混凝土，为增加大跨度拱的抗剪能力和结构整体性，拱脚和承台混凝土一次性浇筑，在承台与拱脚之间不留施工缝，用木模安装；拱脚模板主要由侧板、立挡、内拉筋、斜撑等组成。侧板采用18mm厚木夹板，背楞采用50×100方木，预先与立挡钉成大块板，根据拱脚的实际尺寸分块配制，横挡间距为900mm，立挡间距300mm，斜撑在立挡外侧，从底部开始每隔1.5m一道。在模板和预埋钢筋桩之间支斜撑和水平撑时，要沿钢筋桩设通长的落地牵杠，斜撑和水平撑紧顶在落地牵杠上。

拱体模板由拱底模板、拱外侧模板、拱内侧模板、拱顶模板和支撑件、连接件等组成，为保证拱体达到清水混凝土效果，外侧模板采用酚醛树脂镜面模板，内模板为企口木模板，施工段的划分考虑狭小空间的拆模，拱体外底模整条拱一次对称安装就位．为减少模板配置量，拱内外侧模板用穿墙螺杆连接。

拱体支撑架方案：钢筋混凝土拱跨度大、高度高、施工荷载大，施工中对支撑体系的刚度、稳定性有很高的要求。为此，拱模板支撑架采用Φ48×3.5钢管搭设满堂架，经计算作用荷载约55kN/m2(含施工荷载)，拱下采用单立杆，横向间距600mm，纵向间距800mm，水平杆步距1500mm；在两拱之间桁架位置采用单立杆，横向间距600mm，纵向间距1200mm，水平杆步距1500mm，支撑架兼作施工脚手架。

2.3拱体钢筋工程

拱体的底板、顶板各有两排直径Φ32mm纵向主筋（每排12根），主筋间距为98mm、净距为66mm。拱的侧板有13～4排（由拱脚向拱顶处依次减少）直径Φ22mm、间距为285mm纵向主筋，每排4根, 纵向主筋与拱内圆弧同心。箱型壁内有直经Φ14mm、间距@150垂直拱轴线焊接封闭的箍筋。拱的每一个箍筋高度不等、且方向也是变化的（拱箍筋垂直拱轴线）。施工中，在拱底模板上绑扎拱箍筋，拱箍筋方向的控制不能直接通过“拱箍筋垂直拱轴线”来控制，所以必须在拱箍筋放样时，计算出每一个拱箍筋与拱体内侧弧线、外侧弧线的交点，拱箍筋绑扎时，根据事先计算好的拱箍筋与拱体内侧弧线、外侧弧线的交点的数据，在上下纵筋上划好分挡位置线，以保证箍筋间距上下均匀并垂直于拱中心轴线。

拱的底板、顶板纵向主筋的连接：拱的底板、顶板纵向主筋直径为Φ32mm，间距为98mm，净距为66mm，钢筋直径粗而密布且为双层配置，连接采用套筒冷挤压。根据施工规范要求，套筒挤压接头设置原则：底板、顶板的下筋接头在施工缝2000mm以外设置50%，再隔1150mm设置50%；底板、顶板的上筋接头在施工缝850mm处设置50%，2000mm处设置另外的50%。拱体共有套筒挤压连接接头2133个,所有接头经抽样检验均符合规要求。

2.4混凝土工程

本工程的拱承台、拱脚、拉梁、拱体、桁架均考虑加微膨胀外加剂。

采用商品混凝土,承台和拱脚按大体积混凝土施工,拱体按清水混凝土施工标准施工，达到了清水混凝土的质量标准。

2.5 封拱技术

拱体施工为本工程的重点和难点，封拱对技术、环境温度以及施工方法都有严格的要求。由于建筑工程施工规范中没有钢筋混凝土拱封拱技术要求,我们参照桥梁混凝土拱的施工要求执行。封拱时间选择在9月8日晚20：00-21：00之间。在浇筑混凝土之前，将整个拱身用自来水淋湿，待拱体混凝土温度降到最低点后方可浇筑。封拱混凝土强度等级C40，坍落度控制在18±2cm，数量约5m3。拱混凝土配合比由中心实验室专门提供。初凝时间2-3小时，终凝时间8-10小时。搅拌站专人负责配合比计算。浇筑混凝土从一侧下料待拱体对面混凝土与底层基本相平时再从另一面放料，预防空气堵在底板中间。封拱混凝土的质量经试块试验和拆模后检查，符合设计与规范要求，为拱施工技术特别是封拱段的施工积累了宝贵的经验。

2.6拱施工测量控制技术

该工程拱结构的轴线控制及高程控制是测量工作的关键和难点,拱的轴线与高程的测量精度,直接影响大跨度箱形变截面钢筋混凝土拱的施工质量;做好拱结构的平面及高程控制对保证工程质量、满足施工进度要求至关重要。施工所需,搭设满堂红脚手架,造成阻挡视线,致使无法对拱进行统一抄测。根据该结构的施工特点,对该结构各阶段轴线控制,将采用平行侧面借线方法;高程采用吊挂钢尺进行抄测。在施工各阶段过程中，为掌握重要的拱结构轴线位移与沉降情况，及时发现沉降与变形的程度，提供可靠的变形数据，在各施工过程中对拱结构进行沉降和变形观测。每次观测后的成果均与首次成果比较，计算沉降量，每次观测结束后，都要检查计算结果是否正确。为了随时掌握拱架支撑、拱结构和拱脚的变形情况，按照施工程序在支设模板、钢筋绑扎、浇筑混凝土以及拱底模板拆除前后的各个阶段对拱结构及拱脚进行变形观测。

经过施工过程的观测结构表明，该工程所选用的脚手架支设模板及混凝土的浇筑方法可靠。此测量控制方法准确，在拱体拆模后检测结果：垂直偏差、水平、位移、垂直度误差及施工中拱的下沉均满足设计及规范要求。

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3．结语

大跨度截面箱形钢筋混凝土拱结构施工工艺复杂，控制点多，涉及面广，施工方案的总体慎密，施工过程中搞好协调和控制是该工程取得成功的必要条件。拱结构形状复杂，模板制作精度和安装精度要求高，合理划分施工段，认真搞好模板设计是达到清水混凝土质量要求的重要一环。在整个施工过程中，除在架子搭设，模板安装对称施工外，在混凝土浇筑中实施两拱对称施工，每拱从拱脚至拱顶对称施工，桁架对称施工和桁架从两端向中心对称施工的“四对称施工”原则，严格保持了施工荷载分布的均匀性和对称性，严格控制拱的不均匀下沉和偏位和标高的正确性，是该工程取得园满成功的关键。

从国内文献和Lnternet网上检索查新，国内大跨度混凝土拱形结构多用于桥梁施工建设，屋顶用混凝土双拱结构及箱形施工技术均有报道，从其文献看，未见有与本课题特点完全相同的文献和专利报道。与国内外类似技术比较，本科技成果具有国内第一、创新性、先进性、适用性和可操作性的特点，取得了很好的社会效益和经济效益。在国内同类结构工程建设中具有示范性和指导性。

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三、效益分析

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四、应用实例

清华大学综合体育中心工程。

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五、推广应用前景

该成果在体育建筑、会展中心等大型公共建筑类似结构工程施工中具有广泛的推广应用前景，但要有可靠的措施做保证，比如：严格地质勘察，为设计和施工提供准确而科学的数据；要有先进和科学的设计方案；选用具有类似工程施工经验，又有雄厚技术实力的一级资质以上的总承包施工企业来施工；实施方案必须先进合理而又科学，并要经有关专家论证通过；实施过程中要精心组织，科学管理，精心施工，切实加强过程控制，提高施工质量，严格监督检查，实行监理旁站制，并采取各种测控设备与手段进行监测，确保工程处于受控状态。

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