卵形消化池伞形模架施工工法

随着环保建设的发展，污水处理卵形消化池具有不易堆积沉砂、易去除浮渣、处理能力大、搅拌效率高等优点，容积10000米以上的消化池大多设计为卵形钢筋混凝土结构，一般多采用满堂钢管脚手架配用异形钢模的方法施工，但模板和支撑系统复杂，施工缝较多，工期长，池体混凝土质量难以保证。中铁四局集团有限公司及中铁上海工程局有限公司在工程实践中，开发了伞形模架系统，并应用于武汉三金潭污水处理厂卵形消化池工程，卵形消化池单池容积为13900立方米。应用于工程的伞形模架工艺克服了传统工艺的缺点，取得了经济效益和社会效益，确保了工程质量、工期和安全性，以及“角度可调操作平台挂架”、“一种镶嵌式模板”、“一种旋转式操作平台”3项实用新型，该项工艺成果具有推广应用前景，经总结形成《卵形消化池伞形模架施工工法》。^[1]

《卵形消化池伞形模架施工工法》的工法特点是：

1、模板系统与支撑结构组成的伞形模架系统，体系简洁，安全可靠。

2、模架系统设计为拼装式，装配化程度高，劳动强度低，施工速度快，工期较传统工艺可缩短1/3。

3、模板采用后嵌入法安装于模板框架之间，混凝土浇筑实现“随立随浇”，便于混凝土作业，拆模方便，结构曲率拟合好。

4、比传统施工工艺减少了池体水平施工缝（传统工艺约需设2030道水平施工缝，该工艺可只设3~5道水平施工缝），内外模板之间不使用对拉螺栓穿透池壁，提高了池体混凝土的气密性。

5、模架系统采用型钢制作，强度、刚度高，整体稳定性好，池体中心线垂直度、壁厚、表面平整度等技术指标得到保证。

6、改善施工环境，使安全施工有序控制。^[1]

《卵形消化池伞形模架施工工法》适用于钢筋混凝土结构的卵形消化池施工，对于其他类似曲面结构构筑物的施工具有实际借鉴。^[1]

《卵形消化池伞形模架施工工法》的工艺原理叙述如下：

1、针对消化池三维曲面体的特点，设计制作的专用模架系统，是由模板系统和支撑系统两部分组成。模板系统用来提供混凝土的浇筑空间和施工作业平台；支撑系统设于池内中心，用来定位模板系统并确保稳定性。模板系统包括框架、模板和附件三部分内外框架由纵肋、横肋和环梁组成。模板采用25毫米厚胶合板加工成带企口的梯形板块，嵌入相邻两根纵肋之间，内外模板独立上口设临时对拉构件。附件由连接板、连接螺栓、对拉角钢组成工作平台。支撑系统由中心塔架和辐射梁组成，并与内框架连接。

2、模架系统根据施工设计分阶段安装施工人员可通过池外梯架到达工作平台。模架系统由塔吊安装就位。采用汽车泵泵送混凝土。模板安装及混凝土浇筑实现“随立随浇。模架系统立面布置图见下图。^[1]

《卵形消化池伞形模架施工工法》的施工工艺流程见下图所示。

《卵形消化池伞形模架施工工法》的操作要点如下：

根据池体结构设计尺寸和施工阶段的划分，进行模架系统的技术设计。荷载主要包括：模板系统自重、施工荷载、浇筑混凝土对模板侧压力（分为满载及偏载两种情况）、浇筑混凝土冲击荷载、风荷载等。阶段的划分按工况进行荷载组合。

1.模架各构件所用材料应有出厂合格证、质量保证书或试验报告，并按国家有关标准验收，所有焊条的品种、规格、型号应与焊件的材质、规格相适应。

2.加工模板所用的胶合板厚度应不小于25毫米。材料应有出厂合格证和力学性能表，并按《胶合板含水率的测定》规程进行验收。

3.模板框架系统由型钢制作成骨架，按照作用分为纵肋、横肋和环梁。纵肋使用120a热轧工字钢弯曲而成，组成模板框架的经向骨架。纵肋之间则由纬向横肋进行连接加固。由于受力情况不同，内模横肋与外模横肋的结构不一样，内模横肋主要承受压力，使用L75×75×8毫米热轧等边角钢作材料，抗弯性能好。外模横肋则主要承受拉力，采用由两根60毫米×10毫米的扁钢板条组成的焊接结构。环梁用来加固模板框架，采用工字钢分段加工，各段环梁相互之间由螺栓连接后形成一个闭合的圆环，确保模板框架的系统稳定性。

4.模架系统加工完成及运至现场后，认真检查并复核框架尺寸及数量，进行试拼装。

1.模架系统安装前，检查垫层混凝土、外模基础底部混凝土强度。

2.主体施工所需的预埋件、塔吊及加工机具等均要到位，并进行混凝土配合比设计。

3.由技术负责人组织施工相关人员进行技术交底，明确工艺流程和操作要点。

1、模板安装

（1）模架系统总体安装顺序：整个卵形消化池共分为5个阶段组织施工，池体赤道圆以下部分按照水平施工缝分为3个阶段，赤道圆以上部分按照水平施工缝分为2个阶段。池体赤道圆标高以下阶段先外模再内模，赤道圆以上阶段先内模再外模。支撑系统根据施工进度逐步加高接长。分阶段施工模架安装如下图所示。

（2）内、外框架划分为多个网片。先将网片组装好，再吊装就位拼接。网片拼装的原则是“先环后纵”，即先将下层网片依次吊装到位，逐一连接后组成封闭的环形框架。塔吊吊装时，两根吊索挂在网片顶部纵、横肋交叉点，以保持对称布置。网片底部设两根牵引绳，引导网片摆正就位。每安装一片网片，要将底部纵肋的对接螺栓和与相邻网片连接的横肋连接牢靠以后，才可解除吊钩、牵引绳及其它临时支撑。

（3）调整好框架的几何尺寸，然后将所有的连接螺栓紧固至规定的扭矩。检验框架网片顶端的标高以及到圆心距离是否与设计值相符。通过激光垂准仪将设于消化池底部的中心基准点向上引测并复核校正，以之作为圆心基准。

（4）为确保模板连接的严密性，防止混凝土浇筑时漏浆，应在每层模板交界的水平缝处使用胶粘剂填堵。

（5）赤道圆分界处预留下一段模板作为后续模板的支撑，因此在模板框架安装时，需要在纵肋上预留一定数量的锚栓，待浇筑混凝土时锚入池壁。

（6）根据池体结构特点并考虑模板设计的经济性，赤道圆上、下部模板部分通用，施工中可进行倒用。

（7）制定专项的模架系统施工监测方案。具体见下表。

2、钢筋安装

（1）非预应力钢筋在池壁中的定位是关键。在下部壳体段，借助模板框架临时固定钢筋就位，形成笼体骨架并精确控制，然后加密并逐根焊接定位。在上部壳体段，钢筋安装应以池壁内外模板框架为依托，为保证模板系统的稳定，钢筋安装也应以平面圆心对称进行。内外钢筋网片之间采用支撑筋定位，采用砂浆垫块提供保护层厚度。

（2）预应力筋整束由人工穿入钢筋骨架内，梳整平顺，用尼龙扎带固定在支架钢筋上，定位后在预应力筋两端安装螺旋筋、锚垫板和张拉槽模板。张拉槽模板与外壁模板应密贴，且在安装和混凝土浇筑过程中注意保护。

（3）浇筑前检查

模架系统的检查包括隐蔽工程检查和模板安装检查。隐蔽工程检查包括钢筋（含预应力筋和非预应力筋）、预埋件（含设计预埋件如管道、爬梯、应变计，临时施工措施性预埋件如锚栓、冷却管、测温探头、砂浆垫块等）、预留孔洞（如人孔、管孔、锚具槽）等，若有变形及移位及时纠正。

（4）混凝土浇筑

①施工前制定详细的浇筑方案，确定浇筑点和浇筑顺序，做好浇筑点相向施工，接后进行反向循环的施工。

②池体施工缝处设置止水钢板，按《给水排水构筑物施工及验收规范》相关规定执行。钢筋安装完成后在施工缝处安装止水钢板，混凝土浇筑不超过钢板高度的一半，并在初凝前将混凝土面凿毛。下层混凝土浇筑前清理接缝，并涂刷界面剂以加强新旧混凝土连接。

③池体混凝土浇筑应分层对称进行，避免偏载，施工时严格控制，偏载高度不超过300毫米.④赤道圆附近模板尺寸较大，必要时采用加固措施以防止较大变形的产生。

（5）模板拆除

①模板系统拆除与网片安装顺序相反，即先拆除环梁，再按网片分片整体拆除。

②拆除的模板要及时清理修正，提高周转次数。

（6）混凝土养护

①基础为大体积混凝土，施工前计算水化热，设计温控措施设置降温系统时混凝土内外温差值按25摄氏度控制。

②池体混凝土养护根据不同部位和不同天气情况采用不同方法。大体积混凝土采用整体保温法，池体段混凝土也可涂刷养护液进行养护。

劳动力组织按一座消化池施工考虑，多座消化池施工时可考虑流水作业，部分关键工种增加人数。该工法劳动力组织表见下表。^[1]

《卵形消化池伞形模架施工工法》所用的材料及设备明细如下：

机具设备配置满足现场吊装，钢筋、模板、金属构件加工、测量、混凝土浇筑、质量控制以及安全施工等方面的需要。具体见下表。^[1]

《卵形消化池伞形模架施工工法》的质量控制要求如下：

模架系统的质量控制从模板安装、施工监测两方面进行。模板安装质量检验标准参照《给水排水构筑物施工及验收规范》（GBJ 141-90）及《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB 50204-2002的相关要求进行，见下表。模板的变形、应力允许值根据模板设计检算结论进行控制。

（1）深入开展质量意识教育，加强标准化管理，建立工程质量保证体系。

（2）所有基础施工的基坑或沟槽不得有积水，并要采取有效排水措施，防止基坑进水浸泡。

（3）消化池模板框架采用定制的型钢框架，其尺寸是依据消化池的双曲面外形设计尺寸而定的。在施工过程中，模板框架的精确定位保证了池体的外形尺寸。

（4）加强模板框架安装调整和昆疑上浇筑过程的模板体系的监测。

（5）池体中心控制采用激光垂准仪，将激光垂准仪架在底板上，中心对准中心控制盘中心，在与模板框架上表面的同一平面上截取池体的中心点。用钢尺测量从此中心点到四周模板框架的距离，确认符合设计要求，然后将调整好的模板框架与中心支撑架固定。^[1]

采用《卵形消化池伞形模架施工工法》施工时，除应执行国家、地方的各项安全施工的规定外，尚应遵守注意下列事项：

1、起重工、电工、焊工、架子工等特殊工种必须持证上岗。施工前先要做好班前安全教育和安全交底。

2、根据施工特点配备安全防护用品，并做好安全防护。所有高空施工人员要系好安全带。工作平台设防护栏杆，外侧及下部满挂安全网，脚手板要固定牢固。

3、塔吊的安装、运行、保养、拆除等严格遵照安全操作规程。

4、模板框架吊装要用等长的带卡环的双股钢丝绳，不能使用单股钢丝绳。

5、混凝土浇筑前及浇筑过程中，经常对模架系统的连接和变形情况进行检查，发现问题及时处理。

6、浇筑混凝土要保持对称均匀，速度一致，同步进行，严禁快慢不一，造成偏载过大、剧烈冲击等现象。

7、在工作平台和塔架上进行焊接、切割等作业时，注意防火安全。现场准备足够数量的灭火器并制定防火应急预案。

8、安全用电，严格遵守《施工现场临时用电安全技术规范》JGJ46-2005要求。在模板内作业需照明时，必须使用安全照明电压。

9、模架系统拆除要制订专项方案，施工时必须有专人指挥监督，由架子工负责拆除。拆除人员要先检查身体，并参加详细的技术安全交底。

10、施工现场设围墙，并按施工组织设计中总平面布置搭建临时设施，设置适当的宣传标语和安全警示标志。^[1]

《卵形消化池伞形模架施工工法》的环保措施如下：

1、施工现场场地须平整，道路坚实畅通并经常洒水防止扬尘，设专门的排水措施，雨后或排污时及时清污，疏通排水沟渠

2、作业地点和周围必须清洁整齐，做到活完脚下清、工完场地清，各种废弃物集中堆放，定期清理外运。严禁在现场焚烧各种废弃物。

3、清运渣土垃圾及流体物口，要采取遮盖防漏措施，运送途中不得遗撒。

4、混凝土泵车出料斗下设专用垫板或容器收集漏洒的混凝土，回收利用。

5、现场设临时水冲式厕所，污水经沉淀后方可排入管网。^[1]

《卵形消化池伞形模架施工工法》的效益分析如下：

武汉三金潭2座消化池制作一套伞形模架实际耗用钢材约450吨，模架加工制作、安装等费用较传统模板工艺节省150万元左右。经济效益如下

1、节省了脚手架租赁费用和搭拆人工费用。模架为型钢制作而成，大部分可重复利用。

2、施工速度快，缩短工期近1/3，节省了塔吊、商品混凝土泵车等大型机械的租赁费和相应的人工费。

3、施工安全性提高，质量有可靠保证，社会效益显著。

4、作为一种新工艺，对于占领类似结构的建筑市场具有竞争优势，市场推广应用前景较好，潜在效益大。

试以一座池为例，比较传统脚手架工艺与该工艺模架安装部分的人工费，分析如下：传统脚手架工艺，按外部双排脚手架、内部满堂脚手架考虑，根据湖北省定额计算，人工为1830天，工费44元/天×1830天=80520元。伞形模架工艺，经实测，人工为1200天，工费44元/天×1200天=48000元。节省80520-48000=32520元。经综合分析，与传统工艺相比，该工法可节约人工费用30余万元。^[1]

《卵形消化池伞形模架施工工法》的应用实例如下：

武汉三金潭污水处理厂工程造价1.13亿元。其中，2座卵形消化池为双向曲面体无粘结预应力混凝土结构，单池容积13900立方米。消化池采用钻孔灌注桩基础，池体全高45.8米（地上高34.3米，地下埋深11.5米），内直径26.0米，池壁为500900毫米厚渐变壳体。标高8.35米以下为35混凝土，以上为C40聚丙烯纤维混凝土，抗渗等级P10池壁设141道环向和72道纵向无粘结预应力筋预应力筋采用Φ^s15.2高强低松弛钢绞线。消化池必须满足闭水闭气试验要求。工程施工难度大，质量标准高，工期要求紧。工程主体于2006年7月开工，应用该工法施工，池体分为5个阶段完成浇筑，单池设置5道水平施工缝，制作了1套模架系统供2座池倒用2007年2月2号池主体封顶，5月1号池主体封顶。实现了平均每个月浇筑一个阶段混凝土的速度。出模混凝土质量表面光洁平整无裂纹，内外壁圆顺，未发生任何安全事故现场施工监测表明，模板框架的径向变形为6毫米，池体中心线垂直偏差为4毫米，均满足施工规范的要求，并取得了经济效益和社会效益。^[1]

上海市白龙港城市污水处理厂为亚洲（截至2010年）的污水处理厂，其中污泥处理工程中包含8个单池容积12400立方米的卵形消化池，工程造价为5.4亿元人民币，开工日期2008年7月10日，计划竣工日期2009年12月30日，施工工期为18个月，施工中采用了“伞形模架施工卵形消化池施工工法”，工程得以快速高效完成，缩短了工期，取得了经济效益。^[1]

鉴于武汉三金潭污水处理厂及上海白龙港污水处理厂中卵形消化池的成功应用及取得的社会经济效益，公司于2010年1月成功中标昆明污水处理厂及南阳污水处理厂工程，其中共计4座卵形消化池，正在施工中，各项指标均在可控状态，施工效果好。^[1]

2011年9月30日，中华人民共和国审定《2009-2010年度国家二级工法名单》，以建质[2011]154号文件公布，《卵形消化池伞形模架施工工法》被评定为中国国家二级工法。^[2]