定型化拱顶模板体系施工技术研究

张永胜，黎宝让，程 振

（陕西建工第一建设集团有限公司，陕西 西安 710000）

0 引言

在现代化建筑业的新征程上，人民日益丰富的精神文化生活也对建筑物外形的美观性、与周围环境的协调性提出更高的品质要求。陕建一建集团有着自身的企业标准与企业担当，有责任也有能力将本项目（运西体育馆）打造成人民群众喜闻乐“健”的体育场馆。为了实现主体拱顶施工清水混凝土效果，企业着重从项目大跨度拱顶施工技术进行研究，最终确定采用“定型化木模板+同弧度方钢+承插型盘扣式钢管支架体系”，简化了施工过程，实现综合效益最大化。

1 项目概况

工程位于邳州市青年西路南、宏兴路西。工程占地面积 10 394.4 m2，总建筑面积约为 8 923.67 m2。一层设计有 6 个体育场馆，其中包含 1 间体操房，1 间健身房，1 间瑜伽馆，1 间跆拳道馆，2 间乒乓球室。二层设计为篮球馆和观众台，共计可容纳 910 人，观众台为电动折叠活动看台，折叠升起后可增加 8 块羽毛球场地。三层设计为强弱电室，水箱间等设备用房。外部观感如图1 所示。

图1 正视图

2 施工工艺

2.1 施工难点

1）层高大，支模架搭设高度达 11.16 m。支模架承载重，拱顶两侧梁体截面积大，最大为 1.96 m2，且拱顶与梁体部位重量差异大。

2）单跨拱顶跨度大，两种分别为 4.85 m 和 5.75 m，如图2、图3 所示。

图2 4.85 m 拱顶（单位：mm）

图3 5.75 m 拱顶（单位：mm）

3）拱形顶，坡度大，标高难控制，平整度要求高，模板支设难度大。

4）工期紧，处于雨季施工，受天气影响大。

2.2 制定措施

1）选择承载重量大、稳定性好、搭设速度快的盘扣架体，且由专业队伍进行搭设。

2）支模架主楞采用工厂定型化拱顶同弧度方钢，且经承载试验合格。

3）拱形顶施工采用上下双模板，均为工厂定型化木模板，进场必须预拼装合格。

4）拱形顶和梁体部位的支模架和模板采用高等级一体化搭设，不区分轻载与重载，布设完毕后一体化预压载，均按照最大梁体重量 1.2 倍进行预压载，减小拼装间隙、地基沉降等非弹性变形。预压载后复核标高和位置，保证准确性。

5）避开雨期，增加施工人数，尽快完成施工。夜间或者早晚低温时间段浇筑混凝土，大体积梁内预埋水循环管路，混凝土浇筑完后采用薄膜保湿养护。

6）建立 BIM 三维模型，提前优化。

2.3 工艺原理及流程

项目运用现代化技术制作出场馆的 BIM 三维模型，根据三维模型提取模板及支模架体系所需材料量，进行钢模板与定型化木模板选材对比，经过经济性、吊装难易度、调节方便性等因素综合考量，最终确定为“定型化木模板+同弧度方钢+承插型盘扣式钢管支架体系”，如图4 所示。定型化木模板有板材质量好、拼装速度快、安全性能好、符合节能环保要求、节约成本等优点。同弧度方钢具有承载力强、变形小、拱形与拱顶同弧度、可有效预防变形等优势。承插型盘扣式钢管支架搭设方便、模数固定、抗变形能力强，是现在市场主流架体模式。

图4 定型化木模板+同弧度方钢+承插型盘扣式钢管支架体系（单位：mm）

2.4 模板的使用流程

模板的选取、排版定制加工及使用流程如图5 所示。

图5 模板的选取、模板定制加工及使用流程

2.5 支模架和模板安装

2.5.1 支撑架体的运用及搭设

本工程高大模板支撑体系采用木模板加承插型盘扣式钢管支架体系，按照国家标准搭设，高度超过 8 m，在支架架体全立面均设置竖向斜杆。主梁下架体由底至顶沿纵、横向均设置斜杆。按照要求，搭设架体地基应进行预压载并合格，本项目支架搭设于地下室顶板上，属于支承于永久结构上，立杆底可不设置底座和垫木。在拱顶整体施工完毕且未达到设计强度要求前，地下室顶板满堂架体不得拆除。

架体搭设时应复核地面平整度，保证架体立杆的垂直度。在楼梯道等人行通道部位，采用型钢门架进行支撑并经验算合格，多框型钢门架之间采用同材质型钢用螺栓连接或者焊接连接，保证多框门架形成可靠的整体。架体立杆支设于型钢多框门架上时，除框柱直接支撑部位，其余立杆下部应有可靠支撑。

二层主场馆模板架体的钢管支架起于+5.30 m 的楼面结构上，其下层架体不拆除，并对应增设立杆。支模架不符合模数处理方式：先布置十字梁底的支撑体系，自梁中向板中心位置布置立杆，当中间板立杆间距不符合模数时，间距不大于原设计板支撑间距，此时采用扣件水平钢管每步拉结成整体，水平杆向两侧延伸至少 2 跨用扣件与定型盘扣支架的立杆连接。所有立杆均必须使用盘扣定型立杆，即承重立杆不得混搭。

2.5.2 现场测量定位

针对本工程特点，支模架体系定位及标高控制测量需实施四次，第一次：架体搭设前，定位立杆位置及确定搭设标高和地面平整度，必要时对地面不平整或承载力不足部位进行修复和加固；第二次：支模架体系搭设及安装完毕后，对拱顶模板面取多点进行定位及标高控制测量，并进行调整复核，满足要求为止；第三次：预压载合格后，对拱顶模板面取多点进行定位及标高复测、对架体变形量实测，必要时及时调整并检查满足后续施工要求；第四次：钢筋定位绑扎完成后，浇筑拱顶混凝土前，对拱顶模板面取多点进行标高和位置复测，对拱顶上下双层模板间距复核，保证拱顶浇筑厚度。

现场定位测量主要以 CAD 图纸及 BIM 三维模型为依据，对架体及模板准确定位，精确控制标高，采用坐标法、天顶法和测量机器人复测相结合的测量法来进行监测和控制，发现偏差及时校正。运用 BIM 三维模型按照角度推算出拱顶的七个标高点三维位置，并且将尺寸标注于三维模型上，作为施工中模板安装与校核的重要数据依据。其中，拱顶模板标高控制的主要措施是采用方钢拱“五点定位法”，即在方钢拱的两脚部、拱顶部、拱顶与两侧拱脚中间点共取五个固定点做好标记，在测量控制过程中，以五个固定点标高和位置控制为主，以其他点位标高和位置控制为辅。在施工过程中，通过多点位测控，保证施工要求。

2.5.3 模板施工

1）拱顶模板施工。

①工艺流程。支架定位→支架安装→安装主楞（定型化方钢拱，见图6）→主楞弧度检查→安装次楞→调整模板下皮标高并设置预拱度→铺设面板（定型化木模板）→预压载合格→检查模板上皮标高、拼缝、平整度→验收。

图6 定型化方钢拱

②定型化木模板安装，如图7 所示。定型化木模和同弧度方钢的材料质量控制是施工前期的控制重点。定型化木模进场必须详细检查完整性、板材厚度、弧度等，保证满足施工要求。同时，进场定型化木模应侧向堆放，不得受压变形。同弧度方钢进场主要检查方钢材料厚度、拱度、扭曲变形等，进场后应堆放于坚实平整场地，堆放不得超过 6 层。

图7 定型化木模安装

梁和拱顶模板支撑体系分开施工，单独施工完毕后进行各体系连接固定。所有板间拼缝均应严密且布置在次楞位置，次楞接头均布置在主楞上。定型化木模板安装完成后应贯通测量标高、平整度及位置，按照规范严格检查验收，并在预压载合格后方可进行钢筋施工。

③其他技术要求。本体育馆所有拱顶跨度均超过 4 m，按设计要求沿跨度方向的 1.5 ‰ 进行起拱。次楞应尽量满布，不能满布时，布置间距不得＞5 cm，须保证对定型化木模内拱面满面支撑，防止局部受力不均匀产生变形，造成圆拱顺滑度不足。次楞在不能满布的情况下应采取焊接定位槽等措施，防止次楞受力后移动，造成不均匀支撑的情况出现，使拱顶变形［1-3］。

2）梁模板安装。

①工艺流程。支模架检查合格→弹出梁轴线及水平线并复核→安装梁底主、次楞→梁底起拱→安装梁底模板→预压载合格→检查模板上皮标高、拼缝、平整度→绑扎钢筋→安装侧模→复核梁模板尺寸、位置→与相邻模板连固→验收。

②支模架安装。拱顶之间为大体积预应力混凝土梁体，跨度大，架体承载要求高，在支模架验算时应先单独验算最大梁体支撑，以最大梁体支撑验算数据作为整体搭设满堂架要求进行验算，提高搭设标准。梁体宽度大，需在梁体下单独设置两道纵向支撑立杆并与其他架体可靠连接。

③模板安装。梁模板设计起拱高度要求为梁跨度的 1 ‰，起拱采用降梁两头，中间标高不变的方法，起拱后必须严格检查模板拼缝，采用侧模夹底模的方式安装，上端与板模的关系为板模夹侧模。

④其他技术要求。预压载合格并经检查无破损后绑扎钢筋，开始安装侧模，调整紧固，并校正梁中线、标高和断面尺寸，最后与两端的板模连接固定。

2.5.4 检查验收

模板检查验收标准如表1 所示。

表1 模板检查验收表

2.6 混凝土浇筑及养护

本工程的预期目标是清水混凝土效果，浇筑顺序为先浇筑整体拱顶的周边梁体，再浇筑拱间梁、板，后浇筑拱顶板，实现体育馆屋面结构整体一次性浇筑完成，保证施工质量，提高施工效率。在浇筑混凝土前应进行全面的钢筋隐蔽工程验收和支模架体系检查，在各检查单位检查完毕并确认合格且负责人签字确认后方可开始浇筑混凝土。

混凝土输送采用汽车泵送商品混凝土，为确保模板支架施工过程中均衡受载，高支模区域混凝土由中间逐步向两侧对称均匀浇筑，框架梁及超厚拱间板每层浇筑厚度≤400 mm。振捣器等振捣设备尽量置于已浇筑完成的楼面，并注意避免混凝土集中堆载，造成支撑体系失稳［4，5］。

混凝土浇筑完进行振捣时，不得用振动棒撬住模板或钢筋振动。在浇捣高支模楼面混凝土过程中要安排专职安全员进行跟班。混凝土浇筑过程中楼面作业人员和振捣设备必须尽量分散，严格控制高支模区域作业人员数量，振捣设备置于已施工完成的屋面层，避免出现人员和施工设备过于集中出现局部超载，影响支撑体系安全。钢筋密集的地方采用振动器和钢杆等多种方式捣固，保证钢筋密集区混凝土振捣密实，并适时用木锤锤击模板进行检查，以便及时发现振捣不密实处采取其它措施进行补救。

混凝土浇筑过程应严格按方案进行，先浇筑预应力梁，后浇筑拱顶板。在浇筑过程中出现任何异常情况时，安全员、现场施工负责人要立即通知停止浇筑作业，作业人员撤出施工危险区域，直至确认无危险情况为止。

根据施工方案要求，本体育馆拱顶在混凝土浇筑完成后采用一体化养护，即梁体与拱顶板采用洒水覆盖养护，且养护时间不得少于 14 d。但因处于雨期施工，在养护刚开始的第二天就出现连续阴雨，采取薄膜全部覆盖，自动喷水管进行全覆盖养护，有效地保证了养护质量。

2.7 模板拆除

拆模前由具有资质的专业单位对同条件试块进行检测，达到设计强度要求后由技术负责人填写拆模申请，标明拆模试块的强度、混凝土浇筑时间、混凝土强度等级和拆除部位上报审批，审批通过后方可拆模。

水平结构拆除时应遵循先拆非承重部位，后拆承重部位以及自上而下的原则，在拆除楼板模板时，将可调式 U 托下调 100 mm，使次楞与板面脱离，清理干净后拆除模板并整齐堆放。同时，在模板拆除前，作业人员需经过安全技术交底，熟悉整个操作流程。

3 结语

通过对运西体育馆 7 孔大跨度拱顶施工技术进行研究，在传统模板搭设施工经验的基础上，采用定制大跨度拱顶木模板施工技术，可有效准确控制弧度与模板尺寸，精准定位模板位置，实现现场精细化拼装，缩短了施工工期，保证了施工质量，提高了定型化模板的使用率。但不同建筑设计的拱顶弧度不同导致定型化模板的可循环使用率比较低，在降本增效的大环境下应尽量选用成本较低的定型化木模板，减少设施料浪费。与此同时，在施工准备阶段对施工方案进行优化，可以提高工期效益与经济效益，充分体现了技术创造价值的实践意义。Q