专利名称：一种薄壳结构薄壳的施工方法
技术领域：
本发明涉及一种建筑施工方法，具体为一种适用于薄壳结构薄壳体的钢筋混凝土 施工方法。
背景技术：
建筑施工中的薄壳结构就是曲面的薄壁结构，材料大都采用钢筋混凝土，壳面厚 度能做得很薄，一般为曲率半径的1/600，壳体能充分利用材料强度，同时又能将承重与围 护两种功能融合为一，建成跨度空间比较大的无梁柱结构，实际工程中还可利用对空间曲 面的切削与组合，形成造型奇特新颖且能适应各种设计造型的建筑，例如悉尼歌剧院的薄 壳结构，其造型非常漂亮。薄壳结构施工方法包括模架架体搭设、外模就位固定、结构钢筋 绑扎、内模支设、混凝土浇筑、拆除模板和表面养护，通过模架架体将不同的模块分别固定， 且拼合成整体，在玻璃钢外模上绑扎结构钢筋和内模制作，然后通过浇注混凝土实现壳体 的成型。目前薄壳结构施工过程中，除圆体薄壳外每一块模板的曲率都不一样，模板定型 架体的搭设和模板的制作加工、安装所要求的难度和精度较高，施工过程复杂，人工需要量 比较大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种薄壳结构薄壳的施工方法，该方法可减少 了模板制作安装和拆除模板的工作。本发明采用的技术方案是一种薄壳结构薄壳的施工方法，包括以下施工步骤1)在预应力索网上挂铺沉积浇筑用混凝土网格状附着载体和加强筋的组合体，用 混凝土承重结构钢筋对附着载体、加强筋和索网进行绑扎后，进行喷雾混凝土浇筑生成作 为浇筑混凝土用模板的膜壳。2)在步骤1)生成的膜壳上进行喷射混凝土浇筑完成薄壳结构薄壳的施工。本发明所述的薄壳结构是将混凝土的网格状附着载体铺挂在索网上，再用承重结 构固定使其具有较大的承载强度后喷涂混凝土，网格状附着载体可以是土工布等网状编织 物、沉积网片等冲切拉网材料或其它合成材料的网状物，加强筋是金属编织物，喷射混凝土 浇筑是用压力喷枪涂灌筑细石混凝土的施工方法，常用于灌筑隧道内衬、墙壁、天棚等薄壁 结构或其他结构的衬里以及钢结构的保护层，喷雾混凝土浇筑与喷射混凝土浇筑的区别在 于喷枪出口的压力不同，并且加入了产生雾化作用的射流压缩空气，是本领域技术人员容 易实现的。喷雾混凝土浇筑可采用单面或双面浇筑。为了进一步增强混凝土的附着力，步骤1)中所述的网格状附着载体是有孔的编 织物或冲切拉网材料，孔径< 2mm。为了使组合体能有较高附着性能和强度，步骤(1)中的附着载体和加强筋的组合 体是由土工布或沉积网片与承托铁丝编织网片绑扎而成。
为了防止喷嘴发生堵塞，喷层流淌、滑移、坍落，步骤(1)中喷雾混凝土浇筑中使 用集料为中砂0-5mm的混凝土或使用纯水泥浆；步骤(2)喷射混凝土浇筑中使用的混凝土 集料为中砂0 — 5mm，粗砂4mm — 6mm,石子6mm — 8mm,三者的体积依次占30%，20%，50%。
为了防止喷层脱落和开裂，喷雾沉积浇筑施工水灰比为0. 5-0. 6，水泥与中砂的比 例为1 1，在未加入速凝剂前的初凝时间为50min。混凝土配合比强度；C25或C30。喷雾 沉积浇筑混凝土拌合时，混凝土内加入长度为IOmm短纤维、加入量为水泥的3%，搅拌10 15分钟待用，一次搅拌完的混凝土在20分钟内喷雾浇筑完毕。为了减少喷雾对网格状附着载体的冲击，避免其震动或破碎，步骤(1)喷雾混凝 土浇筑时喷枪出口的压力彡lkg/cm2。本发明提出的薄壳结构薄壳的施工方法与常规施工方法相比免除了模板定型架 搭设、玻璃钢内模外模板的加工制作、拼合、安装固定以及浇筑混凝土壳体成型后拆除模板 的全部工作，施工方法简单，且混凝土浇筑材料、浇筑厚度控制简单。这种在索网结构基础 上形成的“无模板悬索(挂)薄壳结构薄壳的施工方法”可节约大量的人力物力，具有很好 的综合技术经济性能。
图1为本发明所述的成模组合体的示意图。图中，1-预应力索网；2-角钢水平支撑；3-铁丝编织网片；4- 土工布；5-结构钢 筋。
具体实施例方式1、原材料的控制(1)拌和用水工程中多以饮用水作为拌和用水，而pH值小于5的酸性水和含硫 酸盐量超过水量1 %的水，含有影响水泥正常凝结与硬化的有害物质的水均不得使用。(2)水泥为保证喷雾沉积浇筑和喷射混凝土的凝固时间及与速凝剂的相溶性， 所用水泥应具有强度高、抗渗性和耐久性好，喷雾沉积成模浇筑应优先选用标号52. 5、 52. 5R，高强硅酸盐水泥，用于做喷射混凝土应优先选用标号42. 5或52. 5，以上高强硅酸盐 水泥。所有水泥使用前应做强度鉴定实验，一个批次的水泥应该一次用完，不同厂家的水泥 不能混合使用。(3)骨料喷射混凝土的强度除了取决于骨料的强度外，还取决于水泥浆与骨料 的粘结强度，在一定范围内骨料粒径越小，分布越均勻混凝土强度越高，骨料最大粒径地减 少不仅增加了骨料与水泥浆的粘结面积，而且骨料周围有害气体减少，水膜减薄，容易拌和 均勻，从而提高了混凝土的强度。对于砂或石子使用前都应该用水冲洗干净含尘量应小于
2 % ο(4)外加剂为了降低用水量、降低回弹率和粉尘率，喷雾沉积浇筑、喷射混凝土 必须使用外加剂早凝早强。应采用符合质量要求并对人体危害性很小的速凝剂，掺加速凝 剂之前，应做速凝剂与水的相溶性实验及水泥净浆速凝效果实验，注意速凝剂效果实验，初 凝时间不应大于3min，终凝时间不应大于lOmin，保持速凝剂干燥勿受潮变质，在喷射混凝 土中添加速凝剂的目的是使喷射混凝土满足设计要求，促进早强。一般速凝剂最佳掺量约为水泥重量的8% -12%，过多的掺量对喷射混凝土反而不利，这是因为速凝剂虽然加速了 喷射混凝土的凝结速度，但也阻止了水在水泥中的均勻扩散，使部分水包裹在凝结的水泥 中，硬化后形成气孔，另一部分水泥因而得不到充足的水分进行水化反应而干缩，从而产生 裂纹。所以掺加一定要合理用量另外速凝剂掺人应均勻。2、喷雾沉积浇筑和喷射混凝土配合比的设计与控制要点喷雾沉积浇筑施工水灰比宜为0. 5-0. 6、内加入长度为IOmm短纤维、选用中砂，水 泥与中砂的比例为1 1。射混凝土的配合比可以根据规范的要求，并需要根据施工结构 和气候情况来确定，喷射混凝土湿喷法的配合比的设计，为了减少回弹量需要较高的砂率， 砂率增加意味着集料的总面积增加，这就要求用更多的水泥来包裹集料表面，以满足喷射 混凝土的强度要求，水泥用量越大，喷射混凝土就越容易干缩、开裂，同时成本也增加。因此 首先确定水泥用量，根据经验水泥用量宜为350 — 450kg/m ；，其次确定砂率，宜选用粗砂 或中砂，砂率宜为40% — 50%，砂率过高或过低易造成堵管，再次确定水灰比，水灰比宜为 0. 4-0. 5，水灰比过大会造成强度低、速凝效果差，喷层流淌、滑移、坍落等现象，另外要根据 施工环境的温度风速做相应的调整。2. 1施工材料及配合比2. 1. 1沉积浇筑用土工布；采用无纺布，起承托作用的铁丝编织网片采用；10#镀 锌正交编织网片(十字交叉编织)。2. 1.2水泥；采用52. 5R早强硅酸盐水泥由于水化速度较快，用于做喷雾成膜浇 筑，采用42. 5,52. 5硅酸盐水泥作为喷射混凝土浇筑施工性能一般优于混合水泥。2. 1.3速凝剂；一种是甲酸钙，另一种常用速凝剂是硅酸钠(30%)，本施工工艺采 用硅酸钠(30% )02. 1. 4 集料；喷雾成模使用纯水泥浆或中砂0 — 5mm。混凝土喷射使用中砂0 — 5mm，粗砂4mm 一 6mm，石子6mm — 8mm三者的体积比为30%，20%，50% .2. 1.5混凝土配比喷雾沉积浇筑施工水灰比宜为0.5-0. 6、控制配合比，水泥与中砂的比例为1 1， 在未加入速凝剂前的初凝时间为50min为好。以52. 5R高强硅酸盐水泥混凝土拌合，控制 在加入速凝剂后，初凝时间屋面3min 5min用于墙体Imin 3min，终凝时间lOmin。在 喷嘴处加人速凝剂(水玻璃)的掺量，分别为水泥量的8%-12%由计量泵供给，混凝土配 合比强度；C25或C30。喷雾沉积浇筑混凝土拌合时，混凝土内加入长度为IOmm短纤维(用 机械充分打散)、加入量为水泥的3%，用砂浆搅拌机搅拌10 15分钟待用，一次搅拌完的 混凝土必须在20分钟内喷雾浇筑完毕。喷射混凝土配制水灰比宜为0. 45-0. 5、以52. 5高强硅酸盐水泥在未加入速凝剂 前，混凝土拌合控制初凝时间30min终凝时间120min，在喷嘴处加人速凝剂(水玻璃)的掺 量分别为水泥量的5% -8%由计量泵供给，混凝土配合比强度；C30或C35。3、混凝土养护措施养护是喷射混凝土施工中的一个重要环节，喷射混凝土的凝结过程也是水泥进一步水化的过程，水泥的水化反应必须在有水的条件下才能发生，水泥水化因为水泥石缺少 水分不能继续进行，还因毛细管引力作用在混凝土中引起收缩，此时的喷射混凝土强度还很低，收缩引起的拉应力将使混凝土开裂，破坏了混凝土结构，影响混凝土强度的继续增 长，本方法采用在喷射混凝土终凝Ih后进行洒水养护，保持喷射面湿润3 6小时后喷养 护成模剂的方法进行养护。4、施工步骤4. 1首先进行承重桁架搭设、架设索网结构的钢筋束预应力索网1，索网1间设有 角钢水平支撑2并且施加预拉，仔细检查已完成的预应力钢筋索网结构的每一条钢筋索缆 的应力是否一致，并调整到一致，例如本发明试验15. 20钢缆索，外侧两边索预拉120KN，中 间索拉8KN，然后在预应力索网上挂铺进行混凝土沉积浇筑用孔径< 2mm的土工布4或沉 积用网片与起承托作用的铁丝编织网片3组合体，其方法是先对两条预应力索网的宽度 之间的静荷载和施工动荷载进行详细计算，计算方法是设计厚度混凝土的重量加施工人员 和机具的重量乘以安全系数，以此确定采用铁丝网片铁丝的直径和目数。土工布铁丝编织 网片组合体的组合是先将确定目数的镀锌铁丝网片展开，拼成两条预应力索网的宽度，拼 接用的铁丝必须同铁丝网直径相同，拼接联接点与目数一致，也就是拼成同样目数的网格。 在其上面以同样的方法铺土工布，其长度自行决定，取决于施工方便长度和重量，然后卷起 来，中心用脚手架管穿入，用塔吊吊到两条预应力索网中间上方展开，两边采用拼接铁丝网 片同样的方法与两条预应力索网以同样目数的网格，同铁丝网直径相同的铁丝进行绑扎， 完成此项工作应确保安全。完成上述工作后，在两条预应力索网上方进行索网结构钢筋5 网片的绑扎，将电阻焊点焊好的索网结构钢筋5网片由塔吊吊放在预应力索网上，进行拼 接绑扎成薄壳整体网片。完成后应仔细检查下部土工布与铁丝编织网片组合体的绑扎牢固 程度和承载能力，如果认为不可靠应进行加固确保安全，加固方式是将土工布与铁丝编织 网片组合体与索网结构钢筋进行绑扎联接。结构如果较大需要留置伸缩缝，可以留在预应 力索网的主缆索的位置与主缆索钢筋束平行，间距不大于2cm，混凝土施工完成后用泡沫聚 胺脂灌注封闭。4. 2进行混凝土喷雾沉积浇筑施工和喷射混凝土施工采用2台PZ-5B喷浆机技术参数生产能力5HiVh额定工作压力0. 4MPa 输送距离(水平/高度)80/30m耗气量 8m3/min最大骨料直径< 20mm适用混合料水灰比0.2 0.35%输送管内径Φ 51謹转子转速llr/min配套电机功率5. 5kff配8m3/min 6kg/cm3空气压缩机2台，一台用于喷浆机另一台用于混凝土喷雾喷头做雾化气体。施工时机械安放在地面上4. 3混凝土喷雾浇筑和喷射浇筑混凝土喷雾浇筑；在结构承重钢筋网片上以喷雾施工宽度间隔搭设操作脚手架板供操作人员站立操纵喷头，留出浇筑空间，采用人工进行混凝土单面喷雾沉积浇筑生成作为浇筑混凝土用模板的膜壳。施工初凝时间控制在3min-5min、终终凝时间不应大于 lOmin，采用边喷边撤出脚手架板的倒退法施工。在喷雾前根据当天气候和空气湿度，适当 调整水灰比，采用8形往返移动前进。喷射时分段长度不应超过6m，宜控制为2m*6m为一 段。喷嘴和沉积面的距离为1. 5 2m，喷嘴与受喷面不得垂直，应仰角向上约60度，使喷出 混凝土呈下落飘雾的方式落到土工布与起承托作用的铁丝编织网片组合体上，以减少对土 工布铁丝编织网片组合体的冲击，使其形成模壳。施工中控制的要点是对喷枪的压缩空气 压力控制，扣除喷枪管道的管程阻力，混凝土喷射泵的喷枪出口的压力，在喷雾成模施工时 不应大于lkg/cm2，促使混凝土雾化的压缩空气调节范围在4kg/cm2 6kg/cm2之间，以土工 布铁丝编织网片组合体在喷雾浇筑过程中，不产生土工布有被喷射冲击破碎或土工布铁丝 编织网片组合体不产生往复震动为好，也可以调节喷嘴和沉积面的距离，以喷出的混凝土 能稳定地附着在组合体上并且不脱落为好。施工过程中上面的喷枪操作人员与下面的喷浆 泵和空气压缩机操作人员随时用对讲机进行联系及时进行压力调整。模壳成模厚度控制在 2. 5cm 3cm，使其强度足以满足作为模板的需要，便于在下一步混凝土施工完成后形成叠 合混凝土薄壳结构。一次喷够需要的厚度喷雾完成混凝土成模施工。养护；每1小时采用 喷水雾的方法养护一次，24小时后即可以进行下一步施工。在施工操作站人位置拉设一条 Φ IOmm安全钢缆，施工操作人员的安全带就挂在这上面，以确保施工人员安全。混凝土喷射浇筑采用喷射混凝土浇筑方法在生成的浇筑用模板的膜壳上完成上 部(外表面)整个悬挂薄壳结构薄壳的混凝土施工，施工方法同普通喷射混凝土施工。首先 重新在结构承重钢筋网片上以喷射施工确定的宽度间隔搭设操作脚手架板，供操作人员站 立操纵喷头，留出浇筑空间，采用人工进行混凝土喷射浇筑膜壳。施工由两台喷浆机分别完 成结构钢筋混凝土浇筑层(可以填加一定比率2cm 3cm的聚丙烯短纤维)的喷射浇筑， 掺加水泥基防水材料的面层混凝土浇筑。完成结构钢筋混凝土浇筑层后撤走喷射管，用另 一台喷浆机喷射浇筑掺加水泥基防水材料的面层混凝土完成整个浇筑施工。两次的喷射厚 度分别控制在结构钢筋混凝土一次3cm 5cm，面层混凝土一次3cm如果设计厚度较大，分 层喷射的间隔时间控制在不大于终凝且小于1小时内。喷射前根据当天气候和空气湿度， 适当调整水灰比。喷射应分块，按自上而下进行喷射，喷嘴需采用Z或8形往返移动前进。 喷射时分段长度不应超过6m，分块大小为2m*6m。喷嘴和沉积面的距离为Im 1. 5m,喷嘴 与受喷面不得垂直，并微偏向刚喷射的部位，喷射浇筑施工。在完成模板的膜壳上部(外表面)整个悬挂薄壳结构薄壳的混凝土施工喷射混凝 土浇筑后，进行薄壳结构内面的喷射混凝土浇筑，在生成的浇筑用模板的膜壳的内面上完 成对主钢筋索网钢索、承托作用的铁丝编织网片组合体喷射混凝土浇筑施工。施工时，输料管长度不宜大于100m，空气压缩机调压范围在4kg 6kg/cm2，喷射 混凝土喷嘴处压力不应大于2kg/cm2，在喷嘴处加人速凝剂(水玻璃)的掺量分别为水泥量 的8% -12%配水稀释后由计量泵供给。计量泵到喷枪的管路上应加一个缓冲罐，计量泵出 口管路上需要加校验准确的安全阀作为回流阀使用。喷完成后应跟踪检查混凝土凝固情况 和混凝土表面质量情况，确保工程质量，具体检查内容按有关规范执行。此外；无结构承重的薄壳墙体也可采用本工艺施工，施工步骤是在土工布与起 承托作用的铁丝编织网片组合体挂在承重结构完成后，施加一定的张拉应力使其绷紧，使其不至于在喷涂过程中产生抖动，造成混凝土出现裂缝。绑扎结构钢筋并与土工布与起承 托作用的铁丝编织网片组合体连接固定，然后进行喷雾沉积。喷枪按自上，而下进行喷射， 喷嘴需采用Z或8形往返移动前进。喷射时分段长度不应超过6m，分块大小为2m*6m。喷 嘴和沉积面的距离为Im 1. 5m，喷嘴与受喷面不得垂直，并微偏向刚喷射的部位。喷嘴处 压力喷雾时不应大于Ikg在喷嘴处加入速凝剂(水玻璃)，掺量为水泥量的8% -12%配水 稀释后由计量泵供给，喷雾前，先用手动喷浆机在土工布与起承托作用的铁丝编织网片组 合体上，对即将喷雾的部位的组合体。用8%-12%配水稀释后的速凝剂(水玻璃)喷雾湿 润，然后用两台喷浆机对同一个部位在两面对称同时进行喷雾沉积成膜作业。悬挂墙体厚 度为30mm施工采用一次喷涂完成。凝固速度；施工初凝时间控制在lmin-3min、终终凝时 间不应大于lOmin。采用此种方法进行混凝土薄壳结构的施工仅一步即可以完成其方法简 单。
对于一般施工工期为两年多时间，采用作为安全网的一种密目网上直接喷涂混凝 土形成薄壳体建筑，作为加工车间或临时职工食堂的厨房等用火集中的地方，采用2. 5 3cm的喷涂薄壳特别合适，并且造价比彩钢板结构低廉。拆除时主要结构材料全部可以回 收，废弃的混凝土可以最后用于全场道路混凝土施工的垫层，做到综合利用。
权利要求
一种薄壳结构薄壳的施工方法，其特征在于包括以下施工步骤1)在预应力索网上挂铺沉积浇筑用混凝土网格状附着载体和加强筋的组合体，用混凝土承重结构钢筋对附着载体、加强筋和索网进行绑扎后，进行喷雾混凝土浇筑生成作为浇筑混凝土用模板的膜壳。2)在步骤1)生成的膜壳上进行喷射混凝土浇筑完成薄壳结构薄壳的施工。
2.根据权利要求1所述的一种薄壳结构薄壳的施工方法，其特征在于步骤1)中所述 的网格状附着载体是有孔的编织物或冲切拉网材料，其孔径< 2mm。
3.根据权利要求1或2所述的一种薄壳结构薄壳的施工方法，其特征在于步骤1)中 的附着载体和加强筋的组合体是由土工布或沉积网片与承托铁丝编织网片绑扎而成。
4.根据权利要求1或2所述的一种薄壳结构薄壳的施工方法，其特征在于步骤1)中 喷雾混凝土浇筑中使用集料为中砂0-5mm的混凝土或使用纯水泥浆；步骤(2)喷射混凝土 浇筑中使用的混凝土集料为中砂0-5mm，粗砂4mm-6mm，石子6mm-8mm，三者的体积依次占 30%，20%，50%。
5.根据权利要求4所述的一种薄壳结构薄壳的施工方法，其特征在于喷雾沉积浇 筑施工水灰比为0.5-0. 6，水泥与中砂的比例为1 1，在未加入速凝剂前的初凝时间为 50min,混凝土配合比强度C25或C30，喷雾沉积浇筑混凝土拌合时，混凝土内加入长度为 10mm短纤维、加入量为水泥的3%，搅拌10 15分钟待用，一次搅拌完的混凝土在20分钟 内喷雾浇筑完毕。
6.根据权利要求1或2所述的一种薄壳结构薄壳的施工方法，其特征在于步骤1)喷 雾混凝土浇筑时喷枪出口的压力彡lkg/cm2。
全文摘要
本发明所述的一种薄壳结构薄壳的施工方法，涉及一种薄壳结构薄壳体的钢筋混凝土施工方法。为减少模板制作安装和拆除模板的工作，本发明包括以下施工步骤1)在预应力索网上挂铺沉积浇筑用混凝土网格状附着载体和加强筋的组合体，用混凝土承重结构钢筋对附着载体、加强筋和索网进行绑扎后，进行喷雾混凝土浇筑生成作为浇筑混凝土用模板的膜壳。2)在步骤1)生成的膜壳上进行喷射混凝土浇筑完成薄壳结构薄壳的施工。本发明施工方法简单，可节约大量的人力物力，具有很好的综合技术经济性能。
文档编号E04G21/12GK101832028SQ201010132759
公开日2010年9月15日 申请日期2010年3月23日 优先权日2010年3月23日
发明者刘晨晞 申请人:中化二建集团有限公司