大跨度空腹夹层板混凝土浇筑施工方法分析及应用

孙凤娇

(中铁十六局集团第四工程有限公司，北京市怀柔区迎宾中路2号 101400)

通常情况下，普通结构大跨度施工，例如体育场馆等，大部分为单层建筑，采用钢结构大梁或者大截面预应力梁，梁高高，层高高，但有效层高低，严重影响空间合理利用。空腹夹层板结构的出现，可进行多层大跨度建筑建设，有效将多个单层大跨度建筑合并为一栋建筑，大大节省了土地占用[1]。空腹夹层板结构具有跨度大、无预应力、层高占用少、梁体中空等特点，空间利用率极高，且安装工程配合空腹安装，更有效的提高了空间的利用，该结构不仅有效提升了空间的利用，且减少了投资成本[2]。但其结构新颖，尚无有效合理的施工工艺，以配合现浇空腹夹层板结构的施工。文中着重分析空腹夹层板结构混凝土施工方法，寻求最优施工方式，并成功的应用到施工项目，取得了较好的成效。

1 工程概况

贵州省老干部活动设施改扩建工程±0.000以上结构采用空腹夹层板形式。正交斜放混凝土空腹夹层板结构，跨度为23.4 m，此结构形式为世界首例。正交正放混凝土空腹夹层板，跨度为31.2 m。组合空腹夹层板，跨度为39.0 m，其下肋为U形钢板、混凝土组合的形式[3]。空腹夹层板结构为中空形式，结构通透感强，中空部分可以用于消防、暖通及电气等安装工程，尤为适用大型公共建筑，节省了大量土地等资源。空腹夹层板结构为新型结构，施工难度大，工艺复杂，下肋结构尺寸小，混凝土量小，浇筑难度大。

2 空腹夹层板结构本身特点对混凝土施工的影响

空腹夹层板结构将井字梁楼盖实心肋梁的中间挖空，形成上肋和下肋，仅保留肋梁交点处的混凝土作为“剪力键”，剪力键主要用以传递剪力，使上下肋协同工作，图1为空腹夹层板空间图[4]。

图1 空腹夹层板空间图Fig.1 Spatial diagram of open-web sandwich plate

空腹夹层板结构复杂，传统施工工艺无法满足空腹夹层板施工要求。空腹夹层板下肋结构仅为框梁结构，且跨度大，无预应力，下肋结构尺寸较小，其中正交斜放上下肋横截面尺寸为350 mm×250 mm；正交正放上下肋横截面尺寸为300 mm×200 mm；组合空腹夹层板上下肋横截面尺寸为400 mm×350 mm，薄板厚度为100 mm，剪力键尺寸见表1。模板及支架支撑复杂，剪力键高度较大，施工极为不便，且中间中空无作业面，人员施工作业不安全[5]。浇筑下肋混凝土时较为困难，不易振捣，极易出现混凝土浇筑不密实的情况，形成质量隐患。

表1 剪力键尺寸参数表

3 空腹夹层板结构混凝土浇筑施工方法分析

为了提高施工速度，同时保证结构的安全性，本工程在施工之前做了3种混凝土浇筑方式的1:1网格模型对比试验，从而得到了较为适宜的浇筑方法。

3.1 施工方法

3.1.1 一次浇筑成型的施工方法

一次性安装空腹夹层板结构所有模板，利用剪力键贯通位置浇筑混凝土，通过混凝土自流性，自动灌满下肋结构。单条下肋长度为2.6 m，中间部位混凝土不易到达，剪力键处易造成混凝土堆积，混凝土振捣施工极为不便。下肋处混凝土振捣，由于剪力键高度有限，存在漏振、过振现象，形成严重质量问题，且底部布满支架，工人移动较难，灯光暗淡，容易造成工人坠落危险，施工效率极低[6]。一次性浇筑成型示意图，如图2所示。

图2 一次性浇筑成型示意图Fig.2 Schematic diagram of one-time-concretingshaping

3.1.2 两次浇筑成型的施工方法

(1)在下肋1/3位置留设施工缝

将上下肋及薄板的模板一次性搭设完毕，预留上肋底部模板不安装，利用上肋底部进行混凝土施工，采用细石混凝土，第一次仅浇筑空腹夹层板下肋混凝土，在空腹夹层板与实腹梁交接位置的下肋1/3处，留设60°斜角的施工缝。二次浇筑前，对混凝土接缝处，进行凿毛处理，确保其连接紧密。下肋混凝土接缝在下肋1/3处，凿毛处理极为不便，且不能有效的处理干净底部的残渣，容易造成混凝土夹渣的可能性。凿毛同时绑扎剪力键、上肋和薄板的钢筋，第二次进行整个面层混凝土施工。二次混凝土施工，在下肋靠近梁端处，接缝处混凝土不易到达，且振捣不易，部分区域需人工运送混凝土进行浇筑，加大了人工成本，降低了施工效率。对下肋的整体性不易满足，影响其整个空腹夹层板协同受力情况[7]。两次浇筑成型，下肋1/3位置留设施工缝示意图，如图3(a)所示。

(2)在上肋底部、下肋顶部平面留设施工缝

模板一次性搭设完毕，预留上肋底部模板不安装，利用上肋底部进行混凝土施工，第一次浇筑完成下肋以及剪力键(至上肋底部平面)混凝土，实腹梁处的混凝土浇筑到下肋顶部平面处，保证下肋结构的整体性。第二次浇筑上肋及薄板混凝土，同时浇筑完成实腹梁剩余部分混凝土[8]。两次浇筑成型，在上肋底部、下肋顶部平面留设施工缝的施工方法示意图，如图3(b)所示。

(a)下肋1/3位置留设施工缝

(b)在上肋底部、下肋顶部平面留设施工缝图3 两次浇筑成型施工示意图Fig.3 Schematic diagram of twice pouring molding construction

3.2 施工方法对比分析

3.2.1 施工难易程度

方法1，下肋中间部分混凝土不易到达，剪力键处容易堆积混凝土，下肋振捣工作难度大，危险性高。方法2，下肋与剪力键交接处的施工缝难以处理，接缝处处理较难，需人工提运混凝土浇筑，加大了人力物力的消耗。方法3，施工最为方便，确保了下肋的整体性，人员不存在在下部支架内施工，施工便捷。

3.2.2 施工质量

方法1，一次成型的施工方式由于钢筋密集，以及混凝土流动性较差，难以实现，混凝土不易满布，容易出现严重质量问题。方法2，接缝处在空腹夹层板与实腹梁交接处的下肋1/3位置，施工缝处容易出现质量问题，且不易处理。方法3，接缝在上肋底部、下肋顶部平面留设，下肋为一个整体，无竖向施工缝，施工质量最好，效果最佳。

3.2.3 施工工期

方法1，一次性成型的方法由于钢筋较密以及混凝土流动性不能满足，其尚不可行，工人振捣不便，移动速度慢，大大降低了混凝土施工效率，整体浇筑时间较长。方法2，下肋接缝处理难度大，且无法有效的清理残渣，下肋接缝数量多，工人操作极为不便，该施工方法的浇筑时间最长。方法3，现场两次浇筑成型，在上肋底部、下肋顶部平面留设施工缝，施工缝在板面处理，凿毛容易，采用工业吸尘器清理杂物，施工便捷，且节省人力物力，该施工方法施工效率最高。

3.2.4 小结

综合上述分析对比，方法3为空腹夹层板混凝土施工的最优施工方法，施工操作方便，工人无安全隐患，结构质量能得到保证，大大提高了施工效率，有效的解决了空腹夹层板混凝土浇筑困难，降低了施工成本，该施工方法值得推广应用。

4 空腹夹层板混凝土施工方法应用

4.1 模板安装

模板安装采取多次安装的形式，待支架完成后，安装空腹夹层板下肋模板，完成后绑扎下肋钢筋，之后安装下肋侧模、剪力键侧模及上肋薄板底模，预留上肋底板模板不安装，待下肋混凝土完成后在铺设上肋底板模板，最后一次性施工上肋、薄板及普通结构。模板安装方式如图4、图5所示。

4.2 混凝土浇筑施工

空腹夹层板结构现浇混凝土施工时，采用一次性搭设支架模板体系，分次浇筑混凝土的形式施工，从而保证混凝土连接紧密，施工便捷。

图4 第一次支架搭设立面细部图Fig.4 Vertical details of the first support erection

图5 第二次模板安装立面细部图Fig.5 Vertical details of the second formwork installation

首先完成空腹夹层板柱子的钢筋模板施工，浇筑柱子混凝土，混凝土浇筑至与梁体交接处下10 cm位置，同时搭设一次性支架模板体系，绑扎下肋钢筋。第二次混凝土施工单独浇筑下肋混凝土，下肋混凝土浇筑采用地泵接管至楼层板，采用布料机或吊管形式布料，利用可调速的地泵，泵送混凝土至楼层板，第二次混凝土浇筑至下肋顶位置，四周框梁浇筑至下肋顶板，剪力键浇筑至上肋底板位置。完成第二次浇筑后及时对框梁及剪力键进行凿毛处理，利用工业吸尘器，清理梁内及板面杂物，有效的保证其混凝土的接触面。同时铺设上肋底板模板，并绑扎钢筋等，在下肋混凝土完成后，即可封闭上肋底板模板，大大节省了工期，同时避免了工人的长时间误工。最后采用地泵浇筑第三次空腹夹层板混凝土，完成整层空腹夹层板混凝土浇筑[9]，如图6所示。

4.3 应用效果

两次浇筑成型，在上肋底部、下肋顶部平面留设施工缝的施工方法的使用，重点解决了空腹夹层板下肋尺寸小，工作面小的难题，相比人工提运浇筑方式和塔吊或吊车吊料斗的浇筑方式，浇筑速度提高3倍以上。有效地节约了施工材料成本及人工成本，且可流水施工，加快施工工期，提高了作业效率。本施工方法在贵州省老干部活动设施改扩建项目得到了应用，证明了该方法有效，大大的缩短了施工工期，且经济效益尤为显著[10]。

图6 空腹夹层板混凝土浇筑过程示意图Fig.6 Schematic diagram of concrete pouring process of open web sandwich plate

5 结论

空腹夹层板结构为新型结构，传统的施工工艺无法满足其施工要求，文中重点详述了空腹夹层板混凝土施工的难点所在，同时分析多种应对办法，通过分析对比，得出最佳施工方法，此方法的应用为空腹夹层结构的应用推广奠定了基础。