卵形消化池傘形模架施工工法

《卵形消化池傘形模架施工工法》是中鐵四局集團有限公司、中鐵上海工程局有限公司完成的建築類施工工法，完成人是陳軍、董燕囡、張立新、楊國新、楊慧豐。該工法適用於鋼筋混凝土結構的卵形消化池施工，對於其他類似曲面結構構築物的施工具有實際借鑑。

《卵形消化池傘形模架施工工法》主要的工法特點是：體系簡潔，強度、剛度高，整體穩定性好，池體中心線垂直度、壁厚、表面平整度等技術指標得到保證。改善施工環境，使安全施工有序控制。

2011年9月，《卵形消化池傘形模架施工工法》被中華人民共和國住房和城鄉建設部評定為2009~2010年度國家二級工法。

基本介紹

• 中文名：卵形消化池傘形模架施工工法
• 工法編號：GJEJGF065-2010
• 完成單位：中鐵四局集團有限公司、中鐵上海工程局有限公司
• 主要完成人：陳軍、董燕囡、張立新、楊國新、楊慧豐
• 審批單位：中華人民共和國住房和城鄉建設部
• 主要榮譽：國家二級工法（2009-2010年度）

形成原因

隨著環保建設的發展，污水處理卵形消化池具有不易堆積沉砂、易去除浮渣、處理能力大、攪拌效率高等優點，容積10000米以上的消化池大多設計為卵形鋼筋混凝土結構，一般多採用滿堂鋼管腳手架配用異形鋼模的方法施工，但模板和支撐系統複雜，施工縫較多，工期長，池體混凝土質量難以保證。中鐵四局集團有限公司及中鐵上海工程局有限公司在工程實踐中，開發了傘形模架系統，並套用於武漢三金潭污水處理廠卵形消化池工程，卵形消化池單池容積為13900立方米。套用於工程的傘形模架工藝克服了傳統工藝的缺點，取得了經濟效益和社會效益，確保了工程質量、工期和安全性，以及“角度可調操作平台掛架”、“一種鑲嵌式模板”、“一種旋轉式操作平台”3項實用新型專利，該項工藝成果具有推廣套用前景，經總結形成《卵形消化池傘形模架施工工法》。

工法特點

《卵形消化池傘形模架施工工法》的工法特點是：

1、模板系統與支撐結構組成的傘形模架系統，體系簡潔，安全可靠。

2、模架系統設計為拼裝式，裝配化程度高，勞動強度低，施工速度快，工期較傳統工藝可縮短1/3。

3、模板採用後嵌入法安裝於模板框架之間，混凝土澆築實現“隨立隨澆”，便於混凝土作業，拆模方便，結構曲率擬合好。

4、比傳統施工工藝減少了池體水平施工縫（傳統工藝約需設2030道水平施工縫，該工藝可只設3~5道水平施工縫），內外模板之間不使用對拉螺栓穿透池壁，提高了池體混凝土的氣密性。

5、模架系統採用型鋼製作，強度、剛度高，整體穩定性好，池體中心線垂直度、壁厚、表面平整度等技術指標得到保證。

6、改善施工環境，使安全施工有序控制。

操作原理

適用範圍

《卵形消化池傘形模架施工工法》適用於鋼筋混凝土結構的卵形消化池施工，對於其他類似曲面結構構築物的施工具有實際借鑑。

工藝原理

《卵形消化池傘形模架施工工法》的工藝原理敘述如下：

1、針對消化池三維曲面體的特點，設計製作的專用模架系統，是由模板系統和支撐系統兩部分組成。模板系統用來提供混凝土的澆築空間和施工作業平台；支撐系統設於池內中心，用來定位模板系統並確保穩定性。模板系統包括框架、模板和附屬檔案三部分內外框架由縱肋、橫肋和環梁組成。模板採用25毫米厚膠合板加工成帶企口的梯形板塊，嵌入相鄰兩根縱肋之間，內外模板獨立上口設臨時對拉構件。附屬檔案由連線板、連線螺栓、對拉角鋼組成工作平台。支撐系統由中心塔架和輻射梁組成，並與內框架連線。

2、模架系統根據施工設計分階段安裝施工人員可通過池外梯架到達工作平台。模架系統由塔吊安裝就位。採用汽車泵泵送混凝土。模板安裝及混凝土澆築實現“隨立隨澆。模架系統立面布置圖見下圖。

模架系統立面布置圖

施工工藝

工藝流程

《卵形消化池傘形模架施工工法》的施工工藝流程見下圖所示。

卵形消化池施工工藝流程圖

操作要點

《卵形消化池傘形模架施工工法》的操作要點如下：

一、模架系統的設計

根據池體結構設計尺寸和施工階段的劃分，進行模架系統的技術設計。荷載主要包括：模板系統自重、施工荷載、澆築混凝土對模板側壓力（分為滿載及偏載兩種情況）、澆築混凝土衝擊荷載、風荷載等。階段的劃分按工況進行荷載組合。

二、模架系統加工製作

1.模架各構件所用材料應有出廠合格證、質量保證書或試驗報告，並按國家有關標準驗收，所有焊條的品種、規格、型號應與焊件的材質、規格相適應。

2.加工模板所用的膠合板厚度應不小於25毫米。材料應有出廠合格證和力學性能表，並按《膠合板含水率的測定》規程進行驗收。

3.模板框架系統由型鋼製作成骨架，按照作用分為縱肋、橫肋和環梁。縱肋使用120a熱軋工字鋼彎曲而成，組成模板框架的經向骨架。縱肋之間則由緯向橫肋進行連線加固。由於受力情況不同，內模橫肋與外模橫肋的結構不一樣，內模橫肋主要承受壓力，使用L75×75×8毫米熱軋等邊角鋼作材料，抗彎性能好。外模橫肋則主要承受拉力，採用由兩根60毫米×10毫米的扁鋼板條組成的焊接結構。環梁用來加固模板框架，採用工字鋼分段加工，各段環梁相互之間由螺栓連線後形成一個閉合的圓環，確保模板框架的系統穩定性。

4.模架系統加工完成及運至現場後，認真檢查並覆核框架尺寸及數量，進行試拼裝。

三、其他

1.模架系統安裝前，檢查墊層混凝土、外模基礎底部混凝土強度。

2.主體施工所需的預埋件、塔吊及加工機具等均要到位，並進行混凝土配合比設計。

3.由技術負責人組織施工相關人員進行技術交底，明確工藝流程和操作要點。

四、模架系統操作要點

1、模板安裝

（1）模架系統總體安裝順序：整個卵形消化池共分為5個階段組織施工，池體赤道圓以下部分按照水平施工縫分為3個階段，赤道圓以上部分按照水平施工縫分為2個階段。池體赤道圓標高以下階段先外模再內模，赤道圓以上階段先內模再外模。支撐系統根據施工進度逐步加高接長。分階段施工模架安裝如下圖所示。

分階段施工模架安裝示意圖

（2）內、外框架劃分為多個網片。先將網片組裝好，再吊裝就位拼接。網片拼裝的原則是“先環後縱”，即先將下層網片依次吊裝到位，逐一連線後組成封閉的環形框架。塔吊吊裝時，兩根吊索掛在網片頂部縱、橫肋交叉點，以保持對稱布置。網片底部設兩根牽引繩，引導網片擺正就位。每安裝一片網片，要將底部縱肋的對接螺栓和與相鄰網片連線的橫肋連線牢靠以後，才可解除吊鉤、牽引繩及其它臨時支撐。

（3）調整好框架的幾何尺寸，然後將所有的連線螺栓緊固至規定的扭矩。檢驗框架網片頂端的標高以及到圓心距離是否與設計值相符。通過雷射垂準儀將設於消化池底部的中心基準點向上引測並覆核校正，以之作為圓心基準。

（4）為確保模板連線的嚴密性，防止混凝土澆築時漏漿，應在每層模板交界的水平縫處使用膠粘劑填堵。

（5）赤道圓分界處預留下一段模板作為後續模板的支撐，因此在模板框架安裝時，需要在縱肋上預留一定數量的錨栓，待澆築混凝土時錨入池壁。

（6）根據池體結構特點並考慮模板設計的經濟性，赤道圓上、下部模板部分通用，施工中可進行倒用。

（7）制定專項的模架系統施工監測方案。具體見下表。

模架系統施工監測內容

序號	監測項目	監測內容	儀器配置	監測頻率
1	模板框架安裝	中心垂直度、半徑	雷射垂準儀、鋼尺	框架閉合後及混凝土澆筑前後
2	模板框架變形	內外環梁、內外縱肋	全站儀、鋼尺、應變計	混凝土澆筑前、過程中、澆築完成後，其他異常情況時

2、鋼筋安裝

（1）非預應力鋼筋在池壁中的定位是關鍵。在下部殼體段，藉助模板框架臨時固定鋼筋就位，形成籠體骨架並精確控制，然後加密並逐根焊接定位。在上部殼體段，鋼筋安裝應以池壁內外模板框架為依託，為保證模板系統的穩定，鋼筋安裝也應以平面圓心對稱進行。內外鋼筋網片之間採用支撐筋定位，採用砂漿墊塊提供保護層厚度。

（2）預應力筋整束由人工穿入鋼筋骨架內，梳整平順，用尼龍扎帶固定在支架鋼筋上，定位後在預應力筋兩端安裝螺旋筋、錨墊板和張拉槽模板。張拉槽模板與外壁模板應密貼，且在安裝和混凝土澆築過程中注意保護。

（3）澆筑前檢查

模架系統的檢查包括隱蔽工程檢查和模板安裝檢查。隱蔽工程檢查包括鋼筋（含預應力筋和非預應力筋）、預埋件（含設計預埋件如管道、爬梯、應變計，臨時施工措施性預埋件如錨栓、冷卻管、測溫探頭、砂漿墊塊等）、預留孔洞（如人孔、管孔、錨具槽）等，若有變形及移位及時糾正。

（4）混凝土澆築

①施工前制定詳細的澆築方案，確定澆築點和澆築順序，做好澆築點相向施工，接後進行反向循環的施工。

②池體施工縫處設定止水鋼板，按《給水排水構築物施工及驗收規範》相關規定執行。鋼筋安裝完成後在施工縫處安裝止水鋼板，混凝土澆築不超過鋼板高度的一半，並在初凝前將混凝土面鑿毛。下層混凝土澆筑前清理接縫，並塗刷界面劑以加強新舊混凝土連線。

③池體混凝土澆築應分層對稱進行，避免偏載，施工時嚴格控制，最大偏載高度不超過300毫米.④赤道圓附近模板尺寸較大，必要時採用加固措施以防止較大變形的產生。

（5）模板拆除

①模板系統拆除與網片安裝順序相反，即先拆除環梁，再按網片分片整體拆除。

②拆除的模板要及時清理修正，提高周轉次數。

（6）混凝土養護

①基礎為大體積混凝土，施工前計算水化熱，設計溫控措施設定降溫系統時混凝土內外溫差值按25攝氏度控制。

②池體混凝土養護根據不同部位和不同天氣情況採用不同方法。大體積混凝土採用整體保溫法，池體段混凝土也可塗刷養護液進行養護。

五、勞動力組織

勞動力組織按一座消化池施工考慮，多座消化池施工時可考慮流水作業，部分關鍵工種增加人數。該工法勞動力組織表見下表。

勞動力組織表

序號	工種	人數	工作內容
1	混凝土工	12	混凝土振搗、施工縫處理
2	鋼筋工	6	非預應力筋及預應力筋製作、安裝
3	架子工	4	模架系統安裝、拆除
4	木工	6	模板加工、製作、修整，混凝土澆築時看模
5	電焊工	6	鋼筋安裝、預埋件製作安裝
6	氧焊工	4	模架系統安裝、拆除
7	鉗工	2	模架系統安裝、拆除
8	起重工	2	塔吊司機
9	測工	2	放線、模架系統施工監測
10	試驗工	2	現場試塊製作、商品混凝土旁站質量監控
11	普工	20	據現場情況機動安排工作
/	合計	66	/

材料設備

《卵形消化池傘形模架施工工法》所用的材料及設備明細如下：

機具設備配置滿足現場吊裝，鋼筋、模板、金屬構件加工、測量、混凝土澆築、質量控制以及安全施工等方面的需要。具體見下表。

主要機具設備表

序號	名稱	型號規格	單位	數量	備註
1	模板系統	自製	套	1	內外雙層鋼框架
2	支撐系統	自製	套	1	中心塔架以及輻射梁
3	鋼筋加工機械	/	套	1	含調直、彎曲、切斷機
4	電焊機	BX1-500	台	3	鋼筋及構件焊接、預埋件固定
5	鋼筋對焊機	LN-75	台	1	池體環向鋼筋對焊
6	鋼筋電渣壓力焊機	HYS-630	台	3	池體豎向鋼筋對焊
7	塔吊	FO/23B	台	1	用於現場平面和垂直運輸
8	汽車吊	PY53115Q	台	1	模架卸貨及拆除時用
9	發電機組	200GF	套	1	混凝土連續澆築備用及現場應急
10	木工圓鋸	MJ104A	台	1	模板加工修整
11	木工刨床	MB106A	台	1	模板加工修整
12	混凝土振搗器	ZDN800	台	10	混凝土振搗
13	全站儀	NTS-325	台	1	底板中心點測設，施工監測
14	大體積混凝土測溫儀	AR-350	台	1	基礎混凝土測溫
15	雷射垂準儀	LV-120	台	1	池體中心線定線、中心點引測

質量控制

《卵形消化池傘形模架施工工法》的質量控制要求如下：

1、質量標準

模架系統的質量控制從模板安裝、施工監測兩方面進行。模板安裝質量檢驗標準參照《給水排水構築物施工及驗收規範》（GBJ 141-90）及《混凝土結構工程施工質量驗收規範》GB 50204-2002的相關要求進行，見下表。模板的變形、最大應力允許值根據模板設計檢算結論進行控制。

模板安裝質量檢驗標準

序號	項目	允許偏差（毫米）	檢驗方法
1	高程	±5	水準儀或拉線、鋼尺檢查
2	直徑R	±R/2000	鋼尺檢查
3	池壁厚度	±3	鋼尺檢查
4	垂直度	10	雷射垂準儀、鋼尺檢查
5	表面平整度	5	靠尺或塞尺檢查
6	相鄰兩板表面高低差	2	鋼尺檢查

2、質量控制措施

（1）深入開展質量意識教育，加強標準化管理，建立工程質量保證體系。

（2）所有基礎施工的基坑或溝槽不得有積水，並要採取有效排水措施，防止基坑進水浸泡。

（3）消化池模板框架採用定製的型鋼框架，其尺寸是依據消化池的雙曲面外形設計尺寸而定的。在施工過程中，模板框架的精確定位保證了池體的外形尺寸。

（4）加強模板框架安裝調整和昆疑上澆築過程的模板體系的監測。

（5）池體中心控制採用雷射垂準儀，將雷射垂準儀架在底板上，中心對準中心控制盤中心，在與模板框架上表面的同一平面上截取池體的中心點。用鋼尺測量從此中心點到四周模板框架的距離，確認符合設計要求，然後將調整好的模板框架與中心支撐架固定。

安全措施

採用《卵形消化池傘形模架施工工法》施工時，除應執行國家、地方的各項安全施工的規定外，尚應遵守注意下列事項：

1、起重工、電工、焊工、架子工等特殊工種必須持證上崗。施工前先要做好班前安全教育和安全交底。

2、根據施工特點配備安全防護用品，並做好安全防護。所有高空施工人員要系好安全帶。工作平台設防護欄桿，外側及下部滿掛安全網，腳手板要固定牢固。

3、塔吊的安裝、運行、保養、拆除等嚴格遵照安全操作規程。

4、模板框架吊裝要用等長的帶卡環的雙股鋼絲繩，不能使用單股鋼絲繩。

5、混凝土澆筑前及澆築過程中，經常對模架系統的連線和變形情況進行檢查，發現問題及時處理。

6、澆築混凝土要保持對稱均勻，速度一致，同步進行，嚴禁快慢不一，造成偏載過大、劇烈衝擊等現象。

7、在工作平台和塔架上進行焊接、切割等作業時，注意防火安全。現場準備足夠數量的滅火器並制定防火應急預案。

8、安全用電，嚴格遵守《施工現場臨時用電安全技術規範》JGJ46-2005要求。在模板內作業需照明時，必須使用安全照明電壓。

9、模架系統拆除要制訂專項方案，施工時必須有專人指揮監督，由架子工負責拆除。拆除人員要先檢查身體，並參加詳細的技術安全交底。

10、施工現場設圍牆，並按施工組織設計中總平面布置搭建臨時設施，設定適當的宣傳標語和安全警示標誌。

環保措施

《卵形消化池傘形模架施工工法》的環保措施如下：

1、施工現場場地須平整，道路堅實暢通並經常灑水防止揚塵，設專門的排水措施，雨後或排污時及時清污，疏通排水溝渠

2、作業地點和周圍必須清潔整齊，做到活完腳下清、工完場地清，各種廢棄物集中堆放，定期清理外運。嚴禁在現場焚燒各種廢棄物。

3、清運渣土垃圾及流體物口，要採取遮蓋防漏措施，運送途中不得遺撒。

4、混凝土泵車出料斗下設專用墊板或容器收集漏灑的混凝土，回收利用。

5、現場設臨時水沖式廁所，污水經沉澱後方可排入管網。

效益分析

《卵形消化池傘形模架施工工法》的效益分析如下：

武漢三金潭2座消化池製作一套傘形模架實際耗用鋼材約450噸，模架加工製作、安裝等費用較傳統模板工藝節省150萬元左右。經濟效益如下

1、節省了腳手架租賃費用和搭拆人工費用。模架為型鋼製作而成，大部分可重複利用。

2、施工速度快，縮短工期近1/3，節省了塔吊、商品混凝土泵車等大型機械的租賃費和相應的人工費。

3、施工安全性提高，質量有可靠保證，社會效益顯著。

4、作為一種新工藝，對於占領類似結構的建築市場具有競爭優勢，市場推廣套用前景較好，潛在效益大。

試以一座池為例，比較傳統腳手架工藝與該工藝模架安裝部分的人工費，分析如下：傳統腳手架工藝，按外部雙排腳手架、內部滿堂腳手架考慮，根據湖北省定額計算，人工為1830天，工費44元/天×1830天=80520元。傘形模架工藝，經實測，人工為1200天，工費44元/天×1200天=48000元。節省80520-48000=32520元。經綜合分析，與傳統工藝相比，該工法可節約人工費用30餘萬元。

註：施工費用以2009-2010年施工材料價格計算

套用實例

《卵形消化池傘形模架施工工法》的套用實例如下：

實例一

武漢三金潭污水處理廠工程造價1.13億元。其中，2座卵形消化池為雙向曲面體無粘結預應力混凝土結構，單池容積13900立方米。消化池採用鑽孔灌注樁基礎，池體全高45.8米（地上高34.3米，地下埋深11.5米），最大內直徑26.0米，池壁為500900毫米厚漸變殼體。標高8.35米以下為35混凝土，以上為C40聚丙烯纖維混凝土，抗滲等級P10池壁設141道環向和72道縱向無粘結預應力筋預應力筋採用Φ15.2高強低鬆弛鋼絞線。消化池必須滿足閉水閉氣試驗要求。工程施工難度大，質量標準高，工期要求緊。工程主體於2006年7月開工，套用該工法施工，池體分為5個階段完成澆築，單池設定5道水平施工縫，製作了1套模架系統供2座池倒用2007年2月2號池主體封頂，5月1號池主體封頂。實現了平均每個月澆築一個階段混凝土的速度。出模混凝土質量表面光潔平整無裂紋，內外壁圓順，未發生任何安全事故現場施工監測表明，模板框架的最大徑向變形為6毫米，池體中心線垂直偏差最大為4毫米，均滿足施工規範的要求，並取得了經濟效益和社會效益。

實例二

上海市白龍港城市污水處理廠為亞洲最大（截至2010年）的污水處理廠，其中污泥處理工程中包含8個單池容積12400立方米的卵形消化池，工程造價為5.4億元人民幣，開工日期2008年7月10日，計畫竣工日期2009年12月30日，施工工期為18個月，施工中採用了“傘形模架施工卵形消化池施工工法”，工程得以快速高效完成，縮短了工期，取得了經濟效益。

實例三

鑒於武漢三金潭污水處理廠及上海白龍港污水處理廠中卵形消化池的成功套用及取得的社會經濟效益，公司於2010年1月成功中標昆明污水處理廠及南陽污水處理廠工程，其中總計4座卵形消化池，正在施工中，各項指標均在可控狀態，施工效果好。

註：施工費用以2009-2010年施工材料價格計算

榮譽表彰

2011年9月30日，中華人民共和國住房和城鄉建設部審定《2009-2010年度國家二級工法名單》，以建質[2011]154號檔案公布，《卵形消化池傘形模架施工工法》被評定為中國國家二級工法。