1、漩渦沙漏狀鋼筋混凝土結構體系施工工法1.前 言漩渦沙漏狀鋼筋混凝土結構體系形狀復雜，綜合了弧形柱、環形梁、雙曲面板等混凝土構件，具有曲線優美、造型奇特的特征，近年來在一些造型要求高、外觀精美的公共建筑中開始應用。該類結構體系立面及空間曲線復雜、曲面相互聯系、結構布置非常規化等均給結構施工提出了新的要求，特別由于結構軸線復雜且為立體曲線造型，內部結構標高高低不一，對工程施工放樣、測量定位、軸線標高控制、模板支架搭設、鋼筋綁扎定位、混凝土澆筑等施工帶來一定難度。我公司在敦煌莫高窟保護利用工程游客服務設施建安工程項目實踐和現場施工中，通過優化創新、方案改革，總結了漩渦沙漏狀鋼筋混凝土結構體系施工方法

2、，屬于該結構體系其中一部分技術的無規則斜交網狀井字梁雙曲面屋面結構施工方法已于2016年1月6日獲得國家發明專利(專利號：ZL 2013 1 .2)，并通過了由廣西壯族自治區科學技術廳組織的科技成果鑒定(桂科鑒字2014253號)，評委會專家一致認為：項目研究成果達到國內領先水平，填補了同類雙曲屋面結構綜合施工技術的空白。根據廣西壯族自治區科學技術情報研究所查新表明，目前尚無漩渦沙漏狀鋼筋混凝土結構體系施工工法的公開文獻報道。根據實踐總結，采用本工法，復雜的混凝土結構構件施工質量完全滿足設計要求，縮短工期，節約成本。表明本工法可推廣性強，在類似工程領域具有廣泛的應用前景。2.工法特點2.1計算

3、機軟件CAD輔助放樣。利用南方測繪CASS成圖軟件進行圖紙二次深化設計、提取各點三維坐標，其中各控制點轉化為梁的控制標高及曲線，然后對每塊板的幅度進行計算。2.2采取合理有效的測設技術進行三維精確測量、校正和控制，確保了弧形柱、環形梁與雙曲面板構件平面尺寸的精確定位以及空間造型的精確控制。2.3 通過選擇可彎曲性好的竹膠板，優化支架搭設流程并適時調整搭設鋼管位置，解決了弧形柱、環形梁及雙曲面支模成型困難的問題。2.4應用CAD技術進行鋼筋三維施工模擬定位，結合使用定位鋼筋，解決了鋼筋下料、綁扎成型難的問題，可有效保證弧形構件的內外側弧度，觀感效果好。2.5對構件自密實混凝土進行試配，并根據試驗

4、最終確定自密實混凝土工作性控制參數范圍，保證了各不規則構件混凝土澆筑質量。2.6本工法具有施工簡單、快捷、易于掌握，施工綜合費用低等特點，保證了質量和施工進度，有較高的應用推廣價值。3.適用范圍本工法主要適用于弧形柱、環形梁及無規則斜交網狀井字梁雙曲鋼筋混凝土樓 (屋)面結構的施工，也適用于如坡、弧造型的鋼筋混凝土結構樓(屋)面的施工。4.工藝原理漩渦沙漏狀鋼筋混凝土結構體系三維透視圖如圖4.1所示，其弧形柱剖面圖如圖4.2所示。漩渦沙漏狀鋼筋混凝土結構體系不同于普通的鋼筋混凝土結構，其具有弧形柱、環形梁及雙曲面板測量定位復雜，構件模板安裝就位難，鋼筋綁扎成型難及雙曲屋面板混凝土澆筑成型難等問

5、題。4.1利用CASS成圖軟件進行CAD電子版圖紙二次深化設計，提取弧形柱、環形梁定位控制點的三維坐標(xn，yn，zn)，將各控制點投影到已施工完成的墊層面，形成各控制點的水平投影點(xn，yn)，連接各控制點形成弧形柱軸線和環形梁的室內下邊線在水平面的投影。4.2根據測量定位工作的難點，采取“先控制后細部，從整體到局部”的原則，將測設工作分解為平面定位控制與構件造型控制。因此施工過程中的測設歸根結底是對模板“鋼筋”安裝的定位控制，具體操作過程遵循“從空間轉平面，控制安裝節點”的思路。4.3弧形柱模板制作時，利用弧形柱軸線的水平投影和弧形柱底模三維坐標來確定主楞(鋼管小橫桿)的搭設位置與搭設

6、高度，隨后現場制作兩條隨弧形柱空間變化的彎曲通長定位鋼筋，次楞按定位鋼筋的曲率與主楞綁扎，底模板釘在次楞上形成相應的曲面；環形梁模板依據環形梁軸線的水平投影和環形梁底模三維坐標確定環形梁的弧度和搭設高度；曲面板的模板成型是利用曲面板下方的井字梁側板的木楞高度來控制曲面板高度，保證曲面板成型。4.4利用自密實混凝土進行構件混凝土的澆筑，以解決因構件鋼筋密集、難以振搗的課題，保證各異形構件混凝土的質量。 圖4.1 漩渦沙漏狀鋼筋混凝土結構體系三維圖透視圖 圖4.2結構體系的弧形柱剖面圖5.施工工藝流程及操作要點5.1 施工工藝流程考慮到漩渦沙漏狀鋼筋混凝土結構體系弧形柱模板支架的搭設和測設的困難，

7、自弧段拐點處(B點處)進行分段施工，先施工AB段范圍內構件，再施工BC段范圍內構件。則漩渦沙漏狀鋼筋混凝土結構體系的弧形柱、環形梁及雙曲面屋面板的工藝流程如下所示。圖紙深化設計與提取控制點三維坐標 測量放樣 滿堂鋼管腳手架搭設 分段弧形柱模板安裝分段環形梁模板安裝 分段弧形柱、環形梁模板安裝 L6-L11之間雙曲面屋面施工混凝土試配 混凝土澆筑5.2 操作要點5.2.1 深化設計與提取控制點三維坐標1.利用CASS成圖軟件對漩渦沙漏狀鋼筋混凝土結構體系的弧形柱與環形梁CAD電子版圖紙進行二次深化設計，主要根據漩渦沙漏狀鋼筋混凝土結構體系曲面頂板標高圖(如圖5.2.1-1所示)，提取鋼筋混凝土結

8、構體系的弧形柱與環形梁節點軸線相交的中心控制點在地面的投影三維坐標。圖5.2.1-1 漩渦沙漏狀鋼筋混凝土結構體系頂部控制點標高圖2.在提取鋼筋混凝土結構體系的弧形柱與環形梁節點軸線相交的中心控制點在地面的投影三維坐標時，需通過曲面頂板標高經換算得出弧形柱在環形梁L1L11之間的梁底軸線控制標高及間距。以環形梁L7做舉例說明：先計算出L7在每根柱子軸線上的標高，并計算出L7與每根柱子軸線的交叉點到L6室外上端的豎向距離，然后運用勾股定理計算出L7與每根柱子軸線的交叉點到L6室外上端的水平距離，以此類推計算出環形梁L8L11之間底標高及間距，如圖5.2.1-2為環形梁與弧形柱交叉點的標高圖，圖5

9、.2.1-3環形梁與弧形柱交叉點的間距圖，其L6L8之間的換算結果如表5.2.1所示。圖5.2.1-2 環形梁與弧形柱交叉點的標高圖圖5.2.1-3 環形梁與弧形柱交叉點的間距圖3.各弧形柱在環形梁之間底標高及間距均按表5.2.1的格式進行列表，以便為下一步的空間測量放樣做準備。 弧形柱在環形梁L6-L8之間的底標高及間距 表5.2.1柱子型號L6室外上端到L7室內中在柱子軸線上的水平間距(mm)L7室內中在柱子軸線上的標高(mm)L7室外上端到L8室內中在柱子軸線上的水平間距(mm)L8室內中在柱子軸線上的標高(mm)Z1727558711196261Z2728557611096252Z37

10、44556811296259Z4762557011606279Z5778558311826323Z6768561411576378Z7731566210956431Z8692563910376479Z9683573810206532Z10705574910436580Z11729575210726611Z12733575210786614Z13717574810586591Z14711573210486557Z15721573710586578Z16687582710176714Z1767059109706876Z18694590110016879Z19686592010056899Z2069

11、1593610146933Z21688595010036962Z2267159619726973Z2365759589516957Z2467159309706915Z25711587910266850Z26746582410836770Z27750578111016687Z28724576210696622Z29700575710296596Z306865744101465535.2.2 測量放樣根據測量定位工作的難點，采取“先控制后細部，從整體到局部”的原則，將測設工作分解為平面定位控制與構件造型控制。1.基本控制原則1)平面控制網根據工程特點和現場環境條件，以便于觀測為原則，在施工現場埋設

12、若干個測量控制點，組成一個完全能滿足平面放樣、高程傳遞和沉降觀測需要的施工專用控制網。根據場地條件、建筑物平面形狀和其主要點線分布情況，利用電子全站儀，以現場規劃部門測定認可的定位基準點( 一級控制網) 為施測依據，根據場地條件和工程特點，考慮各部位施工進度及施工周期內的通視條件，按照使用方便、安全可靠的原則，先在場區布測一條閉合導線。導線點布設后，經嚴密平差計算其精度符合國家工程測量技術規范GB50026-2007的要求。導線點坐標與軸線定位圖所示坐標統一為同一坐標系統。在此基礎上做進一步擴展定出測量平面控制點，這些點相連形成一個總的測量平面控制網( 二級控制網) 。最后對網中控制點逐點設站

13、進行嚴格的雙向觀測，精確測定相關點的角度和距離以便進行內業計算。圖5.2.2-1為平面網控制圖。圖5.2.2-1 平面網控制圖2) 確定需要放樣的構件及構件定位控制方式( 主體施工階段)按照“先整體后局部”的原則，將“柱網軸線”確定為主要測設對象，對鋼筋混凝土弧形柱進行定位，精確控制弧形混凝土柱的控制點。同時，環形梁作為影響建筑物造型的主要因素之一，也是測設的關鍵點。按照常規做法，梁定位是在下層柱網軸線定位的基礎上用幾何作圖法確定的，但本工程建筑物造型隨著高度上升向外擴展，由于柱網軸線本身是環狀輻射的，曲線放樣本身存在一定誤差，因此如果根據柱網軸線進行幾何作圖定位，環形梁定位的累計誤差將會很大

14、。因此，根據建筑造型要求以及現場施測條件，要精確控制模板的安裝節點，需要將“環形梁的梁底外邊線”作為主要測設對象之一，以保證構件成型后造型的準確性。內控網平面布置如圖5.2.2-2所示。圖5.2.2-2 內控網平面布置3)施測實地放樣時，根據場地狀況，將全站儀安置在靠近待放點處，并保證能夠與 2個以上控制點通視，以便使用后方交會法，然后測設主要軸線樁。為保證測量質量，在整個測設過程中應注意觀察儀器管狀水準器氣泡是否居中(氣泡中心位置偏離管狀水準器不超過1格) ，并對起始方向經常做歸零檢查( 歸零差 5)。全部測設后，儀器更換測站進行封閉性自檢。2.構件部位測量借助AutoCAD及空間放測技術，

15、根據二次深化設計的漩渦沙漏狀鋼筋混凝土結構體系的弧形柱與環形梁在地面的投影三維坐標，在鋼筋混凝土結構體系基礎混凝土表面上測放出弧形柱與環形梁軸線地面投影坐標點，基礎表面混凝土原漿收光并嚴格控制平整度、水平度，可用于測量彈線、承受上部腳手架及梁、板混凝土施工所產生的荷載。1)柱根部測量通過平面控制坐標網，將漩渦沙漏狀鋼筋混凝土結構體系范圍內的基礎混凝土表面用三維坐標放出橢圓圓心及周邊各柱子根部邊線，放測出的柱根部的點均用油漆做好明確標志，形成樓面上彈測的“柱網軸線”，如圖5.2.2-3所示。圖5.2.2-3 柱網軸線平面布置圖2)柱彎曲段及環形梁水平投影測量弧形柱軸線的水平投影測量直接用軸線三維

16、坐標進行放線。而環形梁橫斷面均傾斜于地面，為了便于控制環形梁的水平投影位置，在計算機上用CAD制圖軟件通過計算畫出每個弧形柱與環形梁交點的剖面圖，由環形梁室外邊中線畫出室內梁底外邊線，由此得出環形梁室內梁底外邊線的三維坐標，進而放出環形梁水平投影位置。柱彎曲段及環形梁水平投影如圖5.2.2-4所示。圖5.2.2-4柱彎曲段及環形梁水平投影圖3)弧形柱及環形梁的立面測量柱立面測量：根據弧形柱軸線的水平投影線和三維坐標，求出柱底模的三維坐標，然后在現場利用卷尺、鉛垂儀測量出對應位置的高度，以此作為柱底模鋼管搭設的高度，并根據弧形柱的軸線投影和標高變化綁扎通長彎曲鋼筋作定位，并在鋼筋下搭設與柱彎曲幅

17、度一致的小橫桿作主楞，在小橫桿上按彎曲鋼筋曲率捆綁方木作次楞，柱底模在楞木上釘牢成弧。環形梁測量：根據環形梁室內下邊線的水平投影線和三維坐標搭設環梁底模支撐架，在支撐架上安裝梁底模(梁底模垂直于柱底模)。3.為了確保弧形柱與環形梁軸線、邊線定位的準確性，彈線后要求項目技術負責人組織專業施工員、測量員和測繪公司共同復核檢查。5.2.3滿堂鋼管腳手架搭設1.根據工程的實際情況，為了便于調整弧度變化及支撐體系受力的要求，本工程選用鋼管扣件滿堂架模板支撐系統。鋼管扣件滿堂架模板支撐體系搭設必須滿足建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規范(JGJ130-2011)的有關要求。2.支撐體系設計及構造要求根據柱

18、、梁布置在橢圓結構體系內、外一次性搭設滿堂腳手架，橢圓外圍腳手架為支撐腳手架，作為操作、固定腳手架使用。由于弧形柱與環形梁的標高主要是通過立桿來控制，滿堂架立桿布置在弧形柱與環形梁地面投影軸線的交叉點兩側；梁跨方向立桿間距為500mm，垂直梁跨方向立桿間距為200mm，步距為900mm，鋼管主楞垂直于梁跨方向。柱模支撐體系立面如圖5.2.3所示。圖5.2.3 模板支撐體系側立面圖1)弧形柱支架搭設：搭設滿堂腳手架后，根據柱子軸線與梁線交點的水平投影點和標高，在腳手架上定出各點的空間位置，用鋼筋連成定位線，在定位線下按受力計算要求搭設鋼管小橫桿。由于立桿均為對接，柱子相應位置的立桿頂端均超過小橫

19、桿，在安裝柱底模之前須將超出部分截斷。 2)環形梁支架的搭設：由于相鄰兩條梁的標高差不大，標高較高的上部梁支架單獨搭設在已施工完的梁上，并與滿堂腳手架頂撐牢固。則上部梁的支架由內外滿堂腳手架另加橫桿搭設而成。各柱子之間立桿頂端超過梁板支架的部分在裝模前須截斷。3) 滿堂鋼管腳手架的構造要求應完全按建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規范(JGJ130-2011)要求設置墊板、縱橫掃地桿、剪刀撐、抱柱裝置等構造措施，各桿件的搭設均應符合規范要求。4)立柱頂端應沿縱橫向設置一道水平拉桿。掃地桿與頂部水平拉桿之間的間距，在滿足模板設計所確定的水平拉桿步距要求條件下，進行平均分配確定步距后，在每一步距處縱

20、橫向應各設一道水平拉桿。在最頂步距兩水平拉桿中間應加設一道水平拉桿。3.搭設質量控制架體的搭設質量控制參數如下表5.2.2所示。5 搭設質量控制 表5.2.2項 目技術要求允許偏差（mm）示意圖檢查方法與工具立桿垂直度最后驗收垂直2080mm100用經緯儀或吊線和卷尺下列腳手架允許水平偏差（mm）搭設中檢查偏差的高度（m）總高度50m40m20mH=2777H=10202550H=204050100中間檔次用插入法5.2.4 弧形柱模板安裝傳統的模板支設方法工作量大且精度不高，需通過現場放樣分段搭設以解決環形梁和斜柱形成復雜的節點及梁、柱間曲率不一的雙曲面屋面板的難題，具體的方法分兩步：對于L

21、1L6段，利用三維模型在水平面上的投影，在梁、柱節點下方已完工的基礎板面上，測量節點的投影線，利用線錘向上引測，控制模板支設。對于L7L11段，因控制節點距下層樓面過高，無法利用平面投影向上投測，可先根據已連成整體的L1L6段初步支設模板，然后在模板上按一定標高統一抄出水平線，利用三維模型切面，得到L7L11混凝土 4個角點坐標，再利用全站儀對弧形柱進行復核。1.施工準備由于弧形柱造型復雜，為保證精度，弧形柱底模出具大樣圖預先制作，同一弧形柱不同位置截面的傾斜度也不一致，因此柱側模根據已經定位的柱底模現場加工。通過采用CAD三維建模，生成弧形柱與環形梁三維模型，根據模型計算出環形梁各點的空間坐

22、標及弧形柱底模尺寸，并對梁、板、柱模板進行編號，以便現場加工組拼。2.模板制作柱模板采用彎曲性能良好的15mm厚竹膠板。由于弧形柱各四面均為非規律帶扭曲的曲面，柱子底模須待支撐架搭設好后現場實量尺寸進行裁制而得，其他三面模板待鋼筋綁扎后現場實量尺寸進行裁制而得。3.弧形柱底模板安裝1)底模定位鋼筋的成型：取柱子軸線與梁軸線交點的水平投影點和標高，在腳手架上定出相交的節點位置各空間點位置，用直徑18的螺紋鋼沿各空間點進行綁扎電焊，以此作為柱子底模的定位線。根據弧形柱的軸線投影和標高變化綁扎通長彎曲鋼筋做柱子底模弧形定位，并在鋼筋下搭設與柱幅度一致的鋼管小橫桿作主楞。在小橫桿上按彎曲鋼筋曲率用鐵線

23、捆綁方木成弧作次楞，安裝彎曲面柱全長底模。弧形鋼筋混凝土柱施工大樣圖包括模板尺寸圖( 見圖 5.2.4-1) 、定位箍布置圖。圖5.2.4-1 弧形鋼筋混凝土柱施工大樣圖2)拼裝弧形鋼筋混凝土柱底部根據樓面上彈測的“柱網軸線”進行定位，并沿柱截面內側設置模板固定點。以往常規斜柱做法是在地面上設置抗推點，采用斜向支撐固定，只要定位斜柱上端與底端位置即可完成造型控制。本工程弧形鋼筋混凝土柱以安裝完成的定位鋼筋為依托，通過在定位鋼筋上焊接定位箍來控制。按大樣圖在模板上標記出定位箍的焊接位置，定位箍采用角鋼制作，根據標記將定位箍定位固定牢固后，與定位鋼筋焊接，定位箍外包尺寸同柱截面尺寸。模板根據大樣圖

24、預制，包模時模板與定位箍緊貼，采用槽鋼抱緊，并附加支撐體系，如圖5.2.4-2所示。圖5.2.4-2 弧形鋼筋混凝土柱定位箍布置與模板系統柱底模的拼裝在柱筋綁扎前完成，拼裝前先用小直徑鋼筋按柱子受力計算要求將方木沿著定位鋼筋在小橫桿上焊牢成弧，再將加工好的柱底模從下往上在方木上釘緊成弧進行拼裝。全部柱子底模拼裝完成后仍須做適當調整，使柱底模所在橢圓的順滑。3) 側向模板安裝弧形柱子其他側面模板的拼裝在鋼筋綁扎完成后拼裝，柱模楞方間距100mm，鋼管柱箍間距300mm安裝組合套箍進行加固，每個套箍在柱子長邊對拉一根14的高強螺桿。在模板拼裝之前須按間距要求放置鋼筋內襯以保證柱子的截面尺寸，要求每

25、根對拉螺桿對應一根18的鋼筋內襯。模板拼縫要求不大于2mm。5.2.5環形梁模板安裝1.模板制作環形梁分為獨立梁和與板相連的梁。由于環形梁造型復雜，為保證精度，梁底模出具大樣圖預先制作，而梁頂邊線與梁底邊線的弧度并不相同，同一環形梁不同位置截面的傾斜度也不一致，因此梁側模根據已經定位的梁、板底模現場加工，梁模板采用彎曲性能良好的15mm厚竹膠板。2.模板安裝定位控制環形梁施工大樣圖為梁底平面尺寸，同時包含梁頂外側線定位尺寸，梁底模按施工大樣圖在制作區1：1放樣，分段拼接加工。預制模板底模按照前述平面定位安裝到位，側模板安裝時，需控制安裝節點，控制方式如下。對于獨立環形梁，直接在下層樓面上板模板

26、安裝完成后，以板底模平面為施測工作面彈出梁頂內邊線，做法參照平面定位控制做法，梁內側模板安裝時，通過鉛垂儀線錘等工具將已測設的梁頂內邊線引至施工面標高。對于與板相連的環形梁，由于環形梁向內傾斜，且板具有一定厚度，因此與樓層板相連的環形梁，其梁頂內邊線在板邊界線內側，而梁頂外邊線在梁底模范圍內，這就造成在實際施工中，梁頂邊線無法直接投射到施工平面使用。因此，改為使用梁板交界線作為環形梁側模的造型控制線。當梁板模板安裝完成后，以板底模平面為施測工作面，測設梁板交界線，坐標獲取方法與平面定位相同，同時考慮預留模板拼縫所需尺寸。上述工作完成后，環形梁造型控制中，模板安裝精度的控制重點基本完成。3.拼裝

27、梁底模在梁筋綁扎前進行拼裝，先在支架橫桿上面滿鋪方木，在方木上面釘弧形梁底模。單條梁全部梁段底模拼裝完成后形成傾斜扭曲的橢圓環，須做適當調整使各個梁段底模的整體順滑。環形梁其他側面模板的拼裝在梁鋼筋綁扎完成后拼裝，拼裝后在模板外側按300mm的間距設置弧形鋼筋背肋，每道鋼筋背肋內外側均為兩根18，用14的高強螺桿按照間距400對梁側模進行加固。在模板拼裝之前須按間距要求放置鋼筋內襯以保證梁的截面尺寸，要求每根對拉螺桿對應一根18的鋼筋內襯。模板拼縫要求不大于2mm。5.2.6 弧形柱、環形梁鋼筋綁扎由于弧形柱、環形梁截面的傾斜度在不同部位均不相同，梁、柱箍筋均利用AutoCAD空間放測技術測放

28、出截面尺寸進行現場加工。1) 柱鋼筋安裝弧形柱均為大直徑鋼筋，無法在加工廠加工成型，只能在綁扎現場采取人工彎曲的方式。在弧形柱綁扎時，先將主筋按接頭布置要求進行直螺紋套筒連接，再逐根柱子、逐條鋼筋、逐點地將弧形柱主筋隨柱子底模壓彎成弧，使各條柱子主筋弧度分別與底模弧度一致，最后分段進行穿箍綁扎，加墊塊。2) 梁鋼筋安裝本工程漩渦沙漏狀鋼筋混凝土結構體系各梁構件布置復雜，與柱形成的節點構造十分復雜，導致梁底模安裝后，鋼筋需要開始安裝以便節點施工，但此時梁側板尚未安裝，以致鋼筋安裝沒有定位依據。若不進行定位控制，極易造成鋼筋偏位，從而導致環形梁造型偏差，且難以修正，所以梁鋼筋安裝也需要進行定位。鋼

29、筋安裝定位控制方法如下： 將已經安裝固定好的梁底模作為施測工作面，彈出梁頂外側線，以此線作為控制線控制上排鋼筋的定位，同時用此線復核梁底模板的安裝精度，如圖5.2.6所示。因梁的弧度變化大，在加工廠無法一步加工成型，需在綁扎現場采取人工彎曲的方式進行調節。環形梁綁扎時，先按接頭布置要求在梁四周擺放梁筋半成品，再逐條梁、逐條主筋、逐點地在梁邊將主筋隨梁底模壓彎成弧后進行穿布主筋(直條主筋無法穿布)，主筋穿布后若發現有部位與梁底模不一致的，取出主筋對不合要求的部位進行重新彎弧。最后分段進行穿箍綁扎，加墊塊。5.2.7 L6-L11之間雙曲面屋面施工1.工藝流程及模板的支設1) 雙曲面屋面板施工工藝

30、流程為：支撐架搭設環形梁側模加固封閉屋面方格網標高投測板底支撐架調整安裝板底模板筋綁扎澆筑柱混凝土封上、下環形梁及之間的雙曲面屋面板模板澆筑梁、板混凝土拆模。2)根據原有滿堂腳手架適當進行架體的調整，此時需增加板底模支撐橫桿搭設及縱向弧形橫桿搭設。如果出現弧度較大，當梁底模的龍骨按縱向布置難以達到設計弧度時，增加一道縱向弧形鋼管來滿足板的弧度要求。此時，板底模板的龍骨只有橫向布置方能達到起弧的要求。2.綁扎雙曲面屋面板鋼筋1)弧形雙曲面屋面板是從環形L6之后才開始設置的。環形梁綁扎完成后，即可開始綁扎弧形雙曲面屋面板鋼筋。此時，環形梁鋼筋已綁扎完成，只剩下傳入環形梁中間的板面鋼筋。板面鋼筋應與

31、環形梁上筋位于同一層，并與環形梁鋼筋綁扎牢固。2)弧形雙曲面屋面板鋼筋為二級10的通長筋，鋼筋混凝土結構體系是按兩條梁及其中間區域為一個施工段，為了減少后面的弧形柱與環形梁混凝土澆筑施工難度，板筋采取預留、搭接的方式。板筋通過人工彎曲的方式綁扎成型。3)屋面板鋼筋綁扎完畢后，在每個弧形雙曲面屋面板和屋面板面鋼筋之間均加設墊塊。3.封閉L6-L11間雙曲面屋面板及澆筑混凝土 由于環形梁四周不規則、弧度難于控制，雙曲面板的內外均為曲面，同時由于弧形柱的彎曲角度較大。為了弧形柱、環形梁L6-L11與雙曲面板的混凝土成型，弧形柱、環形梁的模板采用全封閉式。待弧形柱的混凝土澆筑完成后，對環形梁與雙曲面板

32、的頂板進行封閉。曲面板板面封閉時，在每個區間的曲面板板面的中間部位預留100mm寬的環形板帶，用于環形梁與雙曲面板的混凝土澆筑。環形板帶留設情況如下圖5.2.7所示。圖5.2.7 雙曲面板頂板面澆筑板帶的預留示意圖5.2.8 混凝土試配對鋼筋密集，難以使用振動棒進行振搗的異形構件，應選用具有自流平和自密實性能的自密實混凝土進行澆筑。1.配制原理配制自密實混凝土的原理是通過外加劑、膠結材料和粗細骨料的選擇與搭配和精心的配合比設計，將混凝土的屈服應力減小到足以被因自重產生的剪應力克服，使混凝土流動性增大，同時又具有足夠的塑性粘度，令骨料懸浮于水泥漿中，不出現離析和泌水問題，能自由流淌并充分填充模板

33、內的空間，形成密實且均勻的膠凝結構。因此，在配制中主要應采取以下措施：1) 借助以萘系高效減水劑為主要組分的外加劑，可對水泥粒子產生強烈的分散作用，并阻止分散的粒子凝聚，使混凝土拌合物的屈服應力和塑性粘度降低。高效減水劑的減水率應不低于25%，并且應具有一定的保塑功能。2) 摻加適量礦物摻合料能調節混凝土的流變性能，提高塑性粘度，同時提高拌合物中的漿固比，改善混凝土和易性，使混凝土勻質性得到改善，并減少粗細骨料顆粒之間的摩擦力，提高混凝土的通阻能力。3) 摻入適量混凝土膨脹劑，減少混凝土收縮，提高混凝土抗裂能力，同時提高混凝土粘聚性，改善混凝土外觀質量。適當增加砂率和控制粗骨料粒徑不超過20m

34、m，以減少遇到阻力時漿骨分離的可能，增加拌合物的抗離析穩定性。在配制強度等級較低的自密實混凝土時可適當使用增稠劑以增加拌合物的粘度。2.試配參數目標配制自密實混凝土時，根據施工部位的實際情況，本次試驗從拌合物流動性、間隙通過能力、填充能力幾個方面指標來確定自密實混凝土的拌合物性能。1) 流動性由于自密實混凝土屬于高流態混凝土，參考水下不分散混凝土試驗規程，采用坍擴度作為評價自密實混凝土流動性的指標。2) 間隙通過能力根據施工部位配筋較密的狀況，有必要檢驗混凝土拌合物通過鋼筋間隙的能力。試驗采用如圖5.2.8-1所示裝置，試驗時使混凝土拌合物從a向b水平流動通過間距8cm的鋼筋柵(柵格間距也為8

35、cm)，分別檢測a，b區域的混凝土容重和高差，通過對混凝土流經鋼筋柵前后容重和高度差的比較來評價混凝土拌合物通過鋼筋間隙的能力。圖5.2.8-1 自密實混凝土間隙通過能力試驗裝置示意圖3) 填充性填充能力是衡量自密實混凝土工作性能的一個重要指標，一般采用BOX模型試驗來檢驗。為更好的模擬混凝土在現場的施工性能，根據澆筑部位的實際情況，對BOX模型進行了改良，改良后的試驗裝置為一內置多層鋼筋網的“U”型槽，見圖5.2.8-2。圖5.2.8-2 自密實混凝土填充性能試驗裝置試驗時，混凝土從一端倒入，在不加任何外力的情況下，流經布有鋼筋網的中段，直至混凝土裝滿整個箱模，觀察混凝土拌合物在流經鋼筋網后

36、是否發生分離。流變性良好的自密實混凝土配合比要求有：較低的粗骨料含量和足夠粘度的砂漿。3.混凝土配合比設計自密實混凝土配合比設計方法包括如下步驟：1) 根據所使用的外加劑的性能特點，設定混凝土的含氣量；2) 設定石子的松堆體積為500L，然后根據石子的松堆率和表觀密度確定石子用量；3) 根據砂的級配情況設定體積砂率(即砂性存在著地域差異問題，本文嘗試使用普遍的體積占砂漿體積的百分比)，得到砂的用量；4) 根據摻合料摻入比例和目標強度等級確定體積水膠比，得到用水量和膠凝材料量；5) 根據膠凝材料的組成比例分別確定各類膠凝材料用量。6) 通過試驗試配調整減水劑用量，直至滿足自密實性能檢測要求。7)

37、 如果無法通過調整減水劑用量來滿足自密實性能檢測要求，則需要根據原材料性能狀況改變配合比，建議變更順序為：體積水膠比-體積砂率-膠凝材料混合比例-石子用量。4.混凝土試驗通過試配并進行試驗，結果為：1) 當混凝土用水量為180kg/m3時，粗骨料松堆體積含量為56.8%，混凝土通過鋼筋間隙的能力尚可。2) 外加劑品種對混凝土拌合物的性能有著顯著的影響。通過調整其摻量，可以配制出流動性能較好的混凝土拌合物。3) 試驗中發現，要獲得高流態、整體性好的自密實混凝土，需要選擇合適增粘劑的品種和摻量。自密實外加劑中增粘組份的摻量與混凝土用水量有較大的關系，提高混凝土用水量需適當增加增粘劑的摻量。4) 對

38、于自密實混凝土來說，較小的流動性損失是很重要的，因為自密實混凝土需要依靠自重和混凝土互相擠壓來流動，以達到填充密實的效果，如果先入倉混凝土流動性損失過快，后入倉混凝土的流動密實過程就會受阻，導致缺陷的產生。5) 填充能力試驗表明，當坍落度在65cm左右、混凝土中粗骨料松堆體積含量低于57%、骨料最大粒徑不大于20mm時，混凝土拌合物的整體性較好，可以自流通過間距為8cm的鋼筋柵，填充密實整個箱模。6) 混凝土28d強度和變形性能應滿足相應規范和設計要求。澆筑前對自密實高性能混凝土進行試配，敦煌莫高窟游客服務設施工程漩渦沙漏狀鋼筋混凝土結構體系構件中柱的混凝土強度等級為C40，梁、板混凝強度等級

39、為C30，實際配合比如表5.2.9所示。試配后各參數良好，均能達到設計和規范要求。自密實高性能混凝土參考配合比 表5.2.8混凝土強度等級水泥強度等級材料用量(kg/m3)水泥粉煤灰碎石中砂水外加劑C3032.53012047868402286.6C4032.53402297858402077.05.2.9 混凝土澆筑1.漩渦沙漏狀鋼筋混凝土結構體系構件的混凝土澆筑與普通混凝土澆筑基本相同，都應遵循國家現行混凝土結構工程施工及驗收規范（GB50204-2015）的規定，在施工中由于節點部位混凝土不易充分填滿，應著重進行澆筑和振搗。2.本工程結構體系中的梁、柱構件配筋表現為主筋多、箍筋密，且每個

40、箍筋均設置拉鉤，加上加固模板所用的鋼筋內襯和對拉螺桿。上述特點決定了本工程的混凝土施工每次只能澆筑兩條環形梁所夾范圍內的梁、板及柱構件，應先澆筑柱混凝土構件，然后再澆筑梁、板混凝土構件。3.澆筑時，泵口應距柱口有一定距離，應使混凝土拌合物沿柱模板側壁流向柱底，以避免柱內形成“空氣包”影響混凝土澆筑質量。應先澆搗柱頭處C40混凝土，混凝土澆筑高度略大于設計標高，振實后的標高應是設計標高，振搗密實后再澆筑與柱頭相連接梁、板的C30低標號混凝土。在距柱邊300mm處設快易收口網。澆筑過程中，振搗持續時間不能過長，一般每個振搗點振搗時間不超過3秒。還需實施外部輔助振搗措施，如利用橡皮錘敲擊梁的側模、底

41、模，尤其是柱子四角處應多敲擊，這樣可以檢查混凝土澆筑是否密實，而且有利于排除混凝土內部的氣泡。4. L1L6之間構件混凝土澆筑如圖5.2.9所示。對于L6L11之間的梁、板混凝土構件，在上一段柱澆筑完成后，立即進行梁、板構件表面的模板封閉施工，曲面板板面封閉時，在每個區間的曲面板板面的中間部位預留100mm寬的環形板帶，用于環形梁與雙曲面板的混凝土澆筑。此時梁、板混凝土構件分兩次澆筑，如圖5.2.7所示，先澆筑A區域內的混凝土構件，澆筑過程中通過適當震動以保證自密實高性能混凝土應能完全充實該區域，并且使預留的100mm寬的環形板帶上混凝土就高出表面模板10mm，立即用抹子抹平后封閉預留好的模板

42、。再通過D口澆筑B區域內的梁、板混凝土構件。圖5.2.9 L1L6之間構件混凝土澆筑示意圖5.澆筑完成后立即對混凝土構件進行養護，養護要求按相關規范進行。.6.材料與設備6.1 材料6.1.1 使用的材料需符合混凝土結構工程施工質量驗收規范(GB50204-2015)、鋼筋混凝土用熱軋帶肋鋼筋(GB1499.2-2007)、鋼筋混凝土用熱軋光圓鋼筋(GB1499.1-2008)、建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術規范(JGJ130-2011)等國家規范及地區相關文件要求。所有材料應按程序實行進場驗收或送樣復檢，合格后方可使用。具體主要材料詳見表6.1.1。主要材料表 表6.1.1序號材料名稱型號

43、規格單位數量用于施工部位1商品混凝土C30m3結構梁、板、柱2鋼材HRB400t結構梁、板、柱3鋼材HRB300t結構梁、板、柱4螺栓、螺帽M1470kg結構梁、板、柱5焊條T43kg結構梁、柱6鋼管48.33.6t模板安裝7竹膠合模板15mm厚m2模板安裝6.1.2 自密實混凝土配合比的設計原則應符合建筑用砂(GB/T14684-2001)、混凝土外加劑應用技術規范(GB50119-2003)等國家規范及地區相關文件要求。并應根據試驗最終確定自密實混凝土工作性控制參數范圍，具體參考配合比如表5.2.9所示。6.2 機械設備各機械應根據施工實際情況選用，具體機械配置如下表6.2所示。機械設備表

44、 表6.2序號機具名稱規格型號單位數量用于施工部位1塔吊TC5610臺1材料吊運2鋼筋切斷機QJ40-1臺1鋼筋加工3鋼筋調直機GJ4-4/14臺1鋼筋加工4鋼筋彎曲機GT7-40臺1鋼筋加工5電弧焊機BX3-300-2臺2鋼筋焊接6木工圓盤電鋸MJ104臺2模板加工7木工手提電鋸AG80185臺5模板加工8全站儀NTS-302B(2)臺1測量放線9水準儀NL32A臺1測量放線10經緯儀DT-02臺1測量放線11插入式振動器HZ-50臺6混凝土澆筑12平板式混凝土振動器臺1混凝土澆筑13汽車泵徐工/HBTS50-80臺1混凝土澆筑7.質量控制7.1質量標準及質量要求7.1.1本工法涉及鋼筋混凝

45、土結構工程施工，施工中必須認真執行相關國家規范標準，主要內容有：建筑工程施工質量驗收統一標準(GB503002013)、混凝土結構工程施工質量驗收規范(GB50204-2015)及地方相關規范要求。7.1.2 質量驗收內容及標準見表7.1.2。 構件施工尺寸誤差范圍 表7.1.2 項目部位允許偏差(mm)檢查方法軸線位置環形梁、弧形柱5全站儀、鋼尺檢查標高整個屋面標高30水準儀或拉線、鋼尺檢查截面尺寸環形梁、弧形柱+8，-5鋼尺檢查混凝土表面觀感井環形梁、弧形柱、雙曲面表面無目測混凝土順滑度環形梁、弧形柱、雙曲面屋面表面無目測7.2 質量控制7.2.1建設單位提供的圖紙坐標和水準點高程，應與總

46、承包單位和專業測量放樣公司進行現場交接、復測和檢驗，確保主要的原始定線方向及水準點高程的數據準確無誤。7.2.2支撐架搭設控制措施。本工法涉及到的模板大部分彎曲弧度大，不規則形狀比較多。搭設前，應在地面彈出立桿的縱橫方向位置并用水泥砂漿抄平；搭設時，應及時檢測立桿、水平桿、剪刀撐等是否緊固到位；搭設后，如發現有異聲、松動、下沉、變形等不安全預兆時，應及時采取有效妥善的應急措施。7.2.3鋼筋綁扎控制措施。弧形柱與環形梁鋼筋綁扎，應確保鋼筋滿足彎曲弧度的同時還要注意鋼筋的保護層厚度滿足設計要求及鋼筋不發生偏位，套筒連接部位要注意不要超過其搭接百分比的問題。鋼筋綁扎人員要嚴格按照測量控制線或控制點

47、進行綁扎。7.2.4混凝土澆筑控制措施。曲面板混凝土澆筑預留縫分縫要合理，確保有足夠的操作面。采用顆粒級配良好的細石混凝土澆筑時，注意振搗時間稍長些。7.2.5施工中應在澆筑地點按規定進行混凝土取樣、制作試塊、養護，并按規定進行試驗，保證試塊的真實有效、有代表性。7.2.6 鋼筋接頭位置、箍筋間距、箍筋彎鉤角度、鋼筋混凝土保護層厚度必須符合施工規范及設計的要求，焊渣要清除干凈，并做好隱蔽驗收。7.2.7 模板安裝應拼縫嚴密平整，保證不漏漿、不錯臺、不跑模、不漲模、不變形。7.2.8節點核心區的鋼筋密集，必須加強核心區混凝土的振搗，可以采用30棒加強振搗，確保振搗密實、到位。澆筑完成后的節點通過

48、聲波透射法進行密實度檢驗合格率應達到100%。7.2.9本工法結構組成復雜，堆載較多，要注意作業層上的施工荷載符合施工方案設計要求，不得超載。8.安全措施8.1 認真貫徹“安全第一、預防為主、全面治理”的方針，根據國家有關規定，結合施工現場實際情況和工程的具體特點，組成專職安全員、班組兼職安全員以及工地安全用電負責人參加的安全生產管理網絡，執行國家和上級部門制定的各項安全規程，明確各級人員的職責，抓好工程的安全生產。8.2漩渦沙漏狀鋼筋混凝土結構體系施工前，應組織全體施工人員進行詳細的安全技術交底，確保嚴格按照交底要求進行施工。8.3滿堂架搭設前，地面應干凈平整。具體搭設時嚴格按照施工方案進行

49、，并派專職技術人員監督。8.4安裝模板并綁扎鋼筋時，為防止人員、物料和工具墜落或飛出造成安全事故，需鋪設安全網和設計操作平臺。8.5因現場模板切割較多，對生產噪音、木粉塵或揮發性有害氣體的機械設備，要配置與其機械運轉相連接的消聲、吸塵或通風裝置，以消除或減輕職業危害，維護職工的安全和健康。8.6漩渦沙漏狀鋼筋混凝土結構頂部弧形柱、環形梁鋼筋現場彎曲成型時，在任何情況下嚴禁站在鋼筋彎曲的反方向位置。8.7加強安全檢查，落實安全隱患整改“五定”制度。8.8 操作工人必須正確佩戴好勞動安全防護用品，尤其持振搗棒者必須戴好安全帽，絕緣手套，穿絕緣鞋和防護裙。8.9施工期間做好施工樓層面上的防火工作，配

50、備必要的滅火設備。所用設備均需接地，決不允許有破損的電線、電纜。9.環保措施9.1嚴格執行貫徹執行“ISO環境”管理體系，遵照建設工程施工現場管理規定有關規定。9.2制定施工工期間環境保護措施，做到統籌規劃、合理布置。施工現場采取防塵及防輻射等措施，工完場清，控制揚塵排放。9.3 優先選用先進的環保機械。模板、鋼筋加工安裝和混凝土澆筑時，嚴格控制噪聲污染。采取設立隔音墻、隔音罩等消音措施降低施工噪音到允許值以下，同時盡可能避免夜間施工。9.4 減少施工垃圾的產生，應對模板、鋼筋短料進行篩選，回收利用。9.5 所有原材料及工程剩余材料應堆放整齊，不得隨意亂放，應劃分原材料和成品區域，不得混放。現

51、場設置消防器材和滅火設施。9.6定期清運建筑棄渣等固體棄物，按國家和地方要求排放和處治，并在其運輸過程中作好防散落措施。9.7將施工場地和作業限制在工程建設允許的范圍內，合理布置、規范圍擋，做到標識清楚、齊全、醒目，施工場地整潔文明。9.7 遵照國家和行業的各種環境保護規定實施環境保護。10.效益分析10.1 經濟效益在敦煌莫高窟保護利用工程游客服務設施建安工程項目施工中，采用漩渦沙漏狀鋼筋混凝土結構體系，本工法采用的是CASS成圖軟件智能化提取弧形柱子、環形梁及雙曲面板的三維坐標與傳統的人工計算相比較，提高了工作效率，節約了施工工期8%以上，從而降低了施工成本。通過對本工法各項工序的嚴格執行

52、落實，減小了鋼管支架、鋼筋原材料、商品混凝土的需求及施工機械臺班、人工等的使用花費，最終節約材料、人工、管理綜合費用約19.9萬元。采用本工法施工對于一些異形結構構件，特別是弧形柱、環形梁及雙曲鋼筋混凝土樓 (屋)面結構的施工帶來顯著的經濟效益。10.2 環保效益使用本工法可以降低材料損耗、節能減排，達到環保綠色施工要求。能有效縮短施工工期，減少對周邊環境干擾，有利于文明施工。本工法的編制、推廣和應用，符合國家節能、環保的建筑發展方向要求，對行業的類似工程形成良好帶動效果，提高公司創新能力，更提高公司的市場競爭力。10.3 社會效益工程采用天人合一的設計理念，充分考慮了敦煌地區戈壁沙漠等自然環境因素，形如流動的沙丘和“飛天”飄動的裙帶，是特色鮮明的藝術建筑，亦成為敦煌地區又一旅游亮點。實測表明，漩渦沙漏狀鋼筋混凝土結構體系無質量通病，表面曲線順滑，造型優美，實現了設計意圖并滿足功能及質量要求，受到建設單位、當地政府與人民的好評。11.應用實例本工法成功地應用于敦煌莫高窟保護利用工程游客服務設施建安工程項目、永鑫華糖鍋爐房、汽輪發電機及配電間等工程，工程質量滿足設計和規范要求。11.1 敦煌莫高窟保護利用工程游客服務設施建安工程項目 11.1.1工程概況莫高窟游客服務設施建安工程是敦煌莫高窟保護利用工程的子項目工程，位于敦煌市太陽村東500米處，距莫