專利名稱：一種洞室頂拱模噴混凝土施工結(jié)構(gòu)及工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于建筑工程混凝土施工技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及水利水電工程混凝土施工技 術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種洞室頂拱模噴混凝土施工結(jié)構(gòu)和施工工藝。
背景技術(shù)：
混凝土施工在建筑工程中經(jīng)常應(yīng)用。常規(guī)的混凝土施工經(jīng)混合、振搗可實(shí)現(xiàn)混凝 土澆筑。水利水電工程地下洞室的頂拱永久結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)方式為混凝土襯砌，采用傳統(tǒng)頂拱混 凝土襯砌優(yōu)點(diǎn)是施工技術(shù)成熟，缺點(diǎn)是將使用大量的管材搭設(shè)承重腳手架、配套的混凝土 拌和系統(tǒng)、混凝土罐車、混凝土輸送泵和混凝土施工人員，而在頂拱混凝土襯砌完成后這部 分材料、機(jī)械設(shè)備和施工人員又會(huì)因后續(xù)工作面不具備施工條件而閑置，增加施工成本；并 且頂拱混凝土襯砌施工工期長(zhǎng)。改進(jìn)和創(chuàng)新洞室頂拱混凝土施工是目前水利水電工程施工 中重要的技術(shù)問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的不足公開(kāi)了一種洞室頂拱模噴混凝土施工結(jié)構(gòu)和施工工 藝，本發(fā)明采用模板懸掛技術(shù)解決了現(xiàn)有洞室頂拱混凝土施工工期長(zhǎng)、施工成本高、安全及 質(zhì)量急需提高的問(wèn)題。本發(fā)明要解決的第一個(gè)問(wèn)題是提供一種在洞室頂拱模噴混凝土施工中的模板固 定結(jié)構(gòu)和混凝土鋼結(jié)構(gòu)。本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)洞室頂拱模噴混凝土施工結(jié)構(gòu)，包括錨桿、鋼結(jié)構(gòu)、混凝土和模板，其中錨桿固定 在基巖內(nèi)，鋼結(jié)構(gòu)通過(guò)錨桿固定，可拆卸模板懸掛固定并與基巖構(gòu)成洞室頂拱澆筑空間，混 凝土通過(guò)模噴位于澆筑空間內(nèi)。進(jìn)一步所述可拆卸模板懸掛固定結(jié)構(gòu)是在鋼結(jié)構(gòu)上外表面有綁扎的混凝土保護(hù) 層墊塊，橫向圍檁鋼管有按照設(shè)計(jì)半徑尺寸加工彎曲成的洞室頂拱曲率，鉛絲與鋼結(jié)構(gòu)綁 扎固定縱向圍檁鋼管于最外層，縱向圍檁鋼管支撐橫向圍檁鋼管將模板固定在混凝土保護(hù) 層墊塊和橫向圍檁鋼管之間。更進(jìn)一步所述鋼結(jié)構(gòu)包括內(nèi)層鋼筋網(wǎng)、L形連接筋、工字鋼和外層鋼筋網(wǎng)；所述內(nèi) 層鋼筋網(wǎng)焊接固定在錨桿上靠近基巖表面，內(nèi)層鋼筋網(wǎng)全覆蓋基巖；所述L形連接筋的一 邊焊接固定在錨桿上，一邊與工字鋼焊接固定，工字鋼在洞室縱向間隔布置；所述外層鋼筋 網(wǎng)通過(guò)工字鋼焊接固定，位于工字鋼外側(cè)，全覆蓋基巖。所述可拆卸模板綁扎固定在鋼結(jié)構(gòu)的外層鋼筋網(wǎng)上。所述內(nèi)層鋼筋網(wǎng)和外層鋼筋網(wǎng)的縱向和橫向鋼筋間距是20X20cm。所述模板長(zhǎng)1. 5m,寬不大于lm。本發(fā)明要解決的第二個(gè)問(wèn)題是提供一種利用本發(fā)明模板懸掛技術(shù)和鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行 施工的工藝。施工工藝具體步驟是
A、基巖面處理，開(kāi)挖后進(jìn)行巖石面欠挖處理及松動(dòng)巖塊的清除；B、錨桿施工，搭設(shè)施工平臺(tái)，進(jìn)行錨桿鉆孔和灌注；C、內(nèi)層鋼筋網(wǎng)安裝，通過(guò)錨桿焊接內(nèi)層鋼筋網(wǎng)的架力鋼筋，然后將內(nèi)層鋼筋按照 設(shè)計(jì)間排距20 X 20cm進(jìn)行綁扎安裝；D、工字鋼安裝，將L形連接筋的一邊焊接固定在錨桿上，另一邊焊接固定工字鋼；E、外層鋼筋網(wǎng)安裝，按照設(shè)計(jì)排距20cm將水平鋼筋焊接在工字鋼的外側(cè)面上，再 將縱向鋼筋按照設(shè)計(jì)間距20cm綁扎在水平鋼筋上構(gòu)成外層鋼筋網(wǎng)；F、模板安裝，在外層鋼筋網(wǎng)上綁扎混凝土保護(hù)層墊塊，墊塊按照長(zhǎng)每塊模板1. 5m 長(zhǎng)范圍內(nèi)綁扎2塊，排距為75cm，墊塊綁扎好后進(jìn)行模板安裝，模板安裝高度不大于1. 0米， 隨模噴混凝土的上升增加高度，在混凝土噴到頂部之前將頂拱模板封閉，模板的橫向圍檁 鋼管按照設(shè)計(jì)半徑尺寸加工彎曲成形，利用鉛絲與外層鋼筋網(wǎng)綁扎固定縱向圍檁鋼管支撐 橫向圍檁鋼管將模板固定；G、噴混凝土，白下而上進(jìn)行混凝土噴射，噴頭離受噴面的距離不超過(guò)1.0米，噴射 到頂部時(shí)，從側(cè)面進(jìn)行噴射，并在封閉模板時(shí)采取頂部分段退步封閉進(jìn)行封閉噴射，3米長(zhǎng) 一段分成兩段進(jìn)行封閉，同時(shí)在頂部位置加設(shè)振搗棒，以防止在頂部時(shí)受空間的限制噴設(shè) 骨料集中形成托空；H、混凝土凝結(jié)硬化后拆除模板。在A步驟中欠挖的處理保證建筑結(jié)構(gòu)尺寸達(dá)到設(shè)計(jì)要求，保障結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。在B步驟中開(kāi)挖后進(jìn)行錨桿施工，在巖體中增加筋骨，增強(qiáng)了錨固區(qū)圍巖的強(qiáng)度。在C步驟中內(nèi)層鋼筋網(wǎng)使混凝土結(jié)構(gòu)在受力變形時(shí)增加里層受拉區(qū)的強(qiáng)度。在D步驟中工字鋼的強(qiáng)度高，與錨桿連接成一體后通過(guò)混凝土的包裹，增強(qiáng)了混 凝土的強(qiáng)度。在E步驟中外層鋼筋網(wǎng)與工字連接成一體，增強(qiáng)混凝土強(qiáng)度。在F步驟中混凝土保護(hù)層墊塊保證鋼筋的混凝土包裹厚度，使模噴混凝土結(jié)構(gòu)不 侵占設(shè)計(jì)斷面，并減少噴設(shè)混凝土的回彈損失。在G步驟中噴射到頂拱時(shí)，受頂拱空間的限制，噴射混凝土的方向由原來(lái)的垂直 模板長(zhǎng)度方向改為與模板平行，噴射角度改變了 90°，頂拱部位的空間高度也只有40cm， 這樣噴射角度改變后的噴射距離達(dá)到2. 5 3m，噴射距離過(guò)大；影響頂拱部位噴射混凝土 的質(zhì)量；為此在頂拱部位的模板封閉時(shí)，先只安裝一塊模板1. 5m長(zhǎng)度模板頂拱的封閉，在 該部分頂拱噴射混凝土完成后再進(jìn)行另一半的頂拱模板的封閉，最后將頂拱混凝土噴射完 成，這樣頂拱3m寬的混凝土采用分兩段退步施工，解決因頂拱部位空間受限，噴射距離過(guò) 大的問(wèn)題，為彌補(bǔ)平行模板長(zhǎng)度方向噴射混凝土?xí)r工字鋼對(duì)混凝土的阻饒，噴射時(shí)同時(shí)在 頂部位置加設(shè)振搗棒，以防止在頂部時(shí)受工字鋼的阻饒噴設(shè)骨料回彈集中形成托空。通過(guò) 噴射機(jī)械，利用壓縮空氣，將混凝土拌合料，通過(guò)管道高速噴射到已架設(shè)好模板內(nèi)，并與模 板內(nèi)固定好的鋼筋網(wǎng)、工字鋼凝結(jié)硬化成鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)?；炷聊Y(jié)硬化后拆除模板。所述模噴混凝土是通過(guò)架設(shè)模板形成設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，借助噴射機(jī)械，利用壓縮空氣， 將混凝土拌合料，通過(guò)管道高速噴射到已架設(shè)好模板內(nèi)，并與模板內(nèi)固定好的鋼筋網(wǎng)、工字 鋼凝結(jié)硬化成鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土不需振搗。
與傳統(tǒng)的頂拱混凝土襯砌相比本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)是1、使用本發(fā)明結(jié)構(gòu)工期短，開(kāi)挖后出露的巖石面得到及時(shí)有效的封閉，保障結(jié)構(gòu) 的穩(wěn)定；2、減少了頂拱混凝土襯砌所必須的承重排架的搭設(shè)，和承重混凝土澆筑及等強(qiáng)時(shí) 間，節(jié)約了工期；3、減少了混凝土拌和系統(tǒng)，延緩了混凝土輸送泵和施工人員的進(jìn)場(chǎng)時(shí)間，降低了 經(jīng)營(yíng)成本；4、模噴混凝土模板隨混凝土上升而加高，操作上更加簡(jiǎn)便；5、在模噴混凝土施工過(guò)程中振搗設(shè)備的應(yīng)用，使得噴射混凝土的施工質(zhì)量更加得 到保障，尤其是在頂拱部位襯砌混凝土施工最為薄弱的地方，模噴混凝土通過(guò)模板關(guān)閉的 可操作性，使得頂拱模噴混凝土在操作上更加方便，質(zhì)量有保障。綜上所述，本發(fā)明公開(kāi)了一種洞室頂拱模噴混凝土施工結(jié)構(gòu)和施工工藝，采用本 發(fā)明進(jìn)行施工不需混凝土輸送泵、不需搭設(shè)滿堂承重腳手架、只需少量施工人員和噴射設(shè) 備，大量節(jié)約施工材料，且施工工期短，能代替頂拱襯砌混凝土成為地下洞室永久結(jié)構(gòu)的模 噴混凝土，頂拱模噴混凝土在操作上更加方便，質(zhì)量有保障。


下面結(jié)合

和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明圖1是本發(fā)明洞室頂拱模噴混凝土結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明洞室頂拱各構(gòu)件組合結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明各構(gòu)件組合結(jié)構(gòu)放大示意圖；
圖4是本發(fā)明模噴混凝土施工狀態(tài)示意圖；圖5是素混凝土結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是工字鋼+鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)示意圖；圖8是混凝土結(jié)構(gòu)受力分析圖。圖中，1是基巖面，2是錨桿，3是內(nèi)層鋼筋網(wǎng)，4是工字鋼，5是外層鋼筋網(wǎng)，6是模 板，7是模噴混凝土，8是L形連接筋，9是混凝土保護(hù)層墊塊，10是模板懸掛鉛絲，11是縱向 圍檁鋼管，12是混凝土噴頭，13是施工平臺(tái)，14是混凝土儲(chǔ)存罐，15是底模承重架，16是混 凝土輸送管道，17是橫向圍檁鋼管。
具體實(shí)施例方式混凝土結(jié)構(gòu)受力分析。結(jié)合圖5至圖81結(jié)構(gòu)的抗彎承載力計(jì)算1. 1素混凝土結(jié)構(gòu)，結(jié)合圖5。由《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50010-2002)可知，受彎構(gòu)件的受彎承載力應(yīng)符合下列規(guī)定對(duì)稱于彎矩作用平面的截面M < Y ft W
對(duì)于矩形截面 W = bh2/6式中M——彎矩設(shè)計(jì)值，γ——塑性發(fā)展系數(shù)，對(duì)矩形截面，取1. 75，則M 彡 γ ftbh2/6 = 1. 75*1. 1*750*352**2/6 = 29. 8 IkN. m
1.2鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，結(jié)合圖6。 根據(jù)水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范SL 191-2008得 KM <Mu = afcbh20 + fy'As\h0 '-α')
fcbh0 ε = fyAs-fy' As' h0 由題意 fc = 9. 6N/mm2ft = 1. ΙΝ/mm2 fy = fy' = 300N/W 0 22As = 380. 1*3. 75 = 1425. 375mm2 0 8As' = 50. 3*3. 75 = 188. 625mm2

fyAs-fy'As' 300*1424.375-300*188.625 A , ^ε =—----=-=0.1464
fcbho9.6*750*352ε = 0. 1464 彡 0· 85 ε b = 0· 468χ = ε h0 彡 2a'KM ^ Mu = fyAs(hO-a' ) = 131. 28kN/m1. 3工字鋼+鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，結(jié)合圖7。此種情況最大彎矩為鋼筋混凝土與工字鋼所受彎矩之和。由《水工鋼筋混凝土結(jié) 構(gòu)學(xué)(第四版)》(中國(guó)水利水電出版社)和水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范SL 191-2008，得KM ^ Mu = fyAs (h0-a ‘ ) +M 工M1=L 00*fy*Wnx* γ χ= 1. 00*300*237*1. 05/1000 = 74. 655kN · mKM ^ Mu = 131. 28+74. 655 = 205. 935kN · m1.4結(jié)構(gòu)對(duì)比分析
KM= ql2/8L(m)q(kN/m)素混凝土29. 81131. 045鋼筋混泥土結(jié)構(gòu)131. 28134. 603工字鋼+鋼筋混泥土結(jié) 構(gòu)205. 935137. 2212結(jié)構(gòu)的抗壓承載力計(jì)算2. 1素混凝土結(jié)構(gòu)，結(jié)合圖5。當(dāng)全截面達(dá)到混凝土抗壓強(qiáng)度時(shí)，素混凝土達(dá)到抗壓承載力N1 = fc As = 9. 6*750*400 = 2880kN2. 2鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，結(jié)合圖6。
7
由《水工鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)學(xué)(第四版)》(中國(guó)水利水電出版社)知，N2 = N^fy' As，(5-1)由變形協(xié)調(diào)條件知fc/Ec = fy，/Es得fy = Es/Ec*fcN2 = 2880+2. 0*105/ (2. 25*104) *9· 6* (1425. 375+188. 625)= 3017. 728kN2. 3工字鋼+鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，結(jié)合圖7。N2 = N^fy' As，(5-1)由變形協(xié)調(diào)條件知fc/Ec = fy’ /Es得fy = Es/Ec*fcN2 = 2880+2. 0*105/ (2. 25*104) *9· 6* (1425. 375+188. 625+3557. 8)= 3321. 327kN2. 4結(jié)構(gòu)對(duì)比分析
權(quán)利要求
一種洞室頂拱模噴混凝土施工結(jié)構(gòu)，包括錨桿、鋼結(jié)構(gòu)、混凝土和模板，其特征在于錨桿固定在基巖內(nèi)，鋼結(jié)構(gòu)通過(guò)錨桿固定，可拆卸模板懸掛固定并與基巖構(gòu)成洞室頂拱澆筑空間，混凝土通過(guò)模噴位于澆筑空間內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的洞室頂拱模噴混凝土施工結(jié)構(gòu)，其特征在于所述可拆卸模板 懸掛固定結(jié)構(gòu)是在鋼結(jié)構(gòu)上外表面有綁扎的混凝土保護(hù)層墊塊(9)，橫向圍拎鋼管(17) 有按照設(shè)計(jì)半徑尺寸加工彎曲成的洞室頂拱曲率，鉛絲(10)與鋼結(jié)構(gòu)綁扎固定縱向圍拎 鋼管(11)于最外層，縱向圍拎鋼管(11)支撐橫向圍拎鋼管(17)將模板(6)固定在混凝土 保護(hù)層墊塊(9)和橫向圍拎鋼管(17)之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的洞室頂拱模噴混凝土施工結(jié)構(gòu)，其特征在于所述鋼結(jié) 構(gòu)包括內(nèi)層鋼筋網(wǎng)(3)、L形連接筋(8)、工字鋼(4)和外層鋼筋網(wǎng)(5)；所述內(nèi)層鋼筋網(wǎng)(3)焊接固定在錨桿上靠近基巖表面，內(nèi)層鋼筋網(wǎng)(3)全覆蓋基巖；所述L形連接筋(8)的一邊焊接固定在錨桿上，一邊與工字鋼(4)焊接固定，工字鋼 (4)在洞室縱向間隔布置；所述外層鋼筋網(wǎng)(5)通過(guò)工字鋼(4)焊接固定，位于工字鋼(4)外側(cè)，全覆蓋基巖。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的洞室頂拱模噴混凝土施工結(jié)構(gòu)，其特征在于所述可拆卸模 板綁扎固定在鋼結(jié)構(gòu)的外層鋼筋網(wǎng)(5)上。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的洞室頂拱模噴混凝土施工結(jié)構(gòu)，其特征在于所述內(nèi)層鋼筋 網(wǎng)(3)和外層鋼筋網(wǎng)(5)的縱向和橫向鋼筋間距是20X20cm。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的洞室頂拱模噴混凝土施工結(jié)構(gòu)，其特征在于所述模板(6) 長(zhǎng)1. 5m,寬不大于Im0
7.一種洞室頂拱模噴混凝土施工工藝，其特征在于包括以下步驟A、基巖面處理，開(kāi)挖后進(jìn)行巖石面(1)欠挖處理及松動(dòng)巖塊的清除；B、錨桿施工，搭設(shè)施工平臺(tái)(13)，進(jìn)行錨桿(2)鉆孔和灌注；C、內(nèi)層鋼筋網(wǎng)安裝，通過(guò)錨桿(2)焊接內(nèi)層鋼筋網(wǎng)的架力鋼筋，然后將內(nèi)層鋼筋(3)按 照設(shè)計(jì)間排距20 X 20cm進(jìn)行綁扎安裝；D、工字鋼安裝，將L形連接筋(8)的一邊焊接固定在錨桿(2)上，另一邊焊接固定工字 鋼(4)；C、外層鋼筋網(wǎng)安裝，按照設(shè)計(jì)排距20cm將水平鋼筋焊接在工字鋼(4)的外側(cè)面上，再 將縱向鋼筋按照設(shè)計(jì)間距20cm綁扎在水平鋼筋上構(gòu)成外層鋼筋網(wǎng)(5)；D、模板安裝，在外層鋼筋網(wǎng)(5)上綁扎混凝土保護(hù)層墊塊(9)，墊塊(9)按照長(zhǎng)每塊模 板1.5m長(zhǎng)范圍內(nèi)綁扎2塊，排距為75cm，墊塊(9)綁扎好后進(jìn)行模板(6)安裝，模板(6)安 裝高度不大于1.0米，隨模噴混凝土(7)的上升增加高度，在混凝土(7)噴到頂部之前將頂 拱模板(6)封閉，模板(6)的橫向圍拎鋼管(17)按照設(shè)計(jì)半徑尺寸加工彎曲成形，利用鉛 絲(10)與外層鋼筋網(wǎng)(5)綁扎固定縱向圍拎鋼管(11)支撐橫向圍拎鋼管(17)將模板(6) 固定；E、噴混凝土，自下而上進(jìn)行混凝土噴射，噴頭(12)離受噴面的距離不超過(guò)1.0米，噴 射到頂部時(shí)，從側(cè)面進(jìn)行噴射，并在封閉模板(6)時(shí)采取頂部分段退步封閉進(jìn)行封閉噴射， 3米長(zhǎng)一段分成兩段進(jìn)行封閉，同時(shí)在頂部位置加設(shè)振搗棒，以防止在頂部時(shí)受空間的限制 噴設(shè)骨料集中形成托空；F、混凝土凝結(jié)硬化后拆除模板(6)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種洞室頂拱模噴混凝土施工結(jié)構(gòu)和施工工藝，包括錨桿、鋼結(jié)構(gòu)、混凝土和模板，其中錨桿固定在基巖內(nèi)，鋼結(jié)構(gòu)通過(guò)錨桿固定，可拆卸模板懸掛固定并與基巖構(gòu)成洞室頂拱澆筑空間，混凝土通過(guò)模噴位于澆筑空間內(nèi)。施工步驟包括基巖面處理，錨桿施工，內(nèi)層鋼筋網(wǎng)安裝，工字鋼安裝，外層鋼筋網(wǎng)安裝，模板安裝，噴混凝土等。采用本發(fā)明進(jìn)行施工不需混凝土輸送泵、不需搭設(shè)滿堂承重腳手架、只需少量施工人員和噴射設(shè)備，大量節(jié)約施工材料，且施工工期短，能代替頂拱襯砌混凝土成為地下洞室永久結(jié)構(gòu)的模噴混凝土，頂拱模噴混凝土在操作上更加方便，質(zhì)量有保障。
文檔編號(hào)E04C5/04GK101936170SQ20101027123
公開(kāi)日2011年1月5日 申請(qǐng)日期2010年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月3日
發(fā)明者伍有剛, 張登柱, 王先平, 羅寧, 陳建國(guó) 申請(qǐng)人:中國(guó)水利水電第七工程局有限公司