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中国新兴建设开发总公司 创新圆弧倾斜墙体施工方法

创新圆弧倾斜墙体施工方法

中国新兴建设开发总公司一公司三项QC小组
二〇一三年五月
创新圆弧倾斜墙体施工方法
中国新兴建设开发总公司一公司三项QC小组
一、工程概况
北京电子技术服务中心工程是涉及国家安全核心技术的国家级重点保密工程，建设单位是中办机要局。工程位于北京市海淀区永丰基地，建筑总面积为40717m2，是一个集办公、住宿、大型会议及相关配套设施等功能为一体的综合性建筑。
地下室窗井外墙为圆弧倾斜墙体，墙体倾斜角度为70°，垂直高度7.04m，圆弧墙体半径为17.65m至20.212m，墙体厚度为0.40m,圆弧倾斜墙体展开面积为494.34m2。
其平面图详见图1。

图1：地下室圆弧倾斜墙体平面图

工程结构复杂，形式新颖，在以往工程中，未遇到类似工程，无法按照现有施工方法进行结构施工，故申请注册号，成立QC小组。

二、QC小组概况
表1：QC小组概况一览表
小组名称
一公司三项QC小组
成立日期
2012年1月
QC小组活动课题类型
创新型
小组注册号
XXJZQC2012-0113
注册日期
2012年1月
活动频率
每月3次，每次不少于2小时
小组活动次数
10
出勤率
98%
活动时间
2012年1月－2012年4月
TQM教育时间
人均约32小时以上
序号
姓名
性别
年龄
职称
组内职务
1
徐瑞青
男
37
高级工程师
组长
2
焦中岭
男
31
工程师
副组长
3
张小妮
女
47
教授级高工
技术指导
4
常燕
女
34
高级工程师
顾问
5
胡夏初
男
48
工程师
质检
6
刘银磊
男
28
工程师
资料
7
陈阳
男
29
工程师
技术
8
李广常
男
52
工程师
工长
9
卢峰
男
32
工程师
预算
10
赵伟
男
26
助理工程师
资料
制表人：刘银磊 日期：2012年1月

三、选择课题
1、结构特点
1.1墙体倾斜角度为70°；
1.2墙体半径为17.65m至20.212m ；曲率小，1m范围内弦高为2mm；
1.3墙体垂直高度达到7.04m，厚度为0.4m 。
详见图2：圆弧倾斜墙体剖面图。

图2：圆弧倾斜墙体剖面图

2、项目部经过检索，未发现圆弧倾斜墙体的相关施工资料，施工难度较大。
针对以上特点分析，经小组成员研讨，将施工方法归纳为开挖土方时留置肥槽和不留置肥槽两种施工方法。
将两种施工方法进行演化，留置肥槽的施工方法只能采用双侧支模，不留置肥槽的施工方法只能采用单侧支模。
双侧支模需要开挖肥槽，工程量较大，肥槽回填土无法填实，倾斜墙体的外墙防水施工困难。并且由于现场场地狭小，施工困难，导致本工程无法使用双侧支模施工方法。
单侧支模避免了肥槽回填，外墙防水施工便捷，确保防水质量。但是目前仅有直墙的单侧支模施工方法，没有圆弧、倾斜特点相结合的墙体施工方法 。常规的直墙单侧支模施工方法无法满足现场施工需求。
综上所述，现有双侧支模及常规单侧支模施工方法均无法解决圆弧倾斜墙体的施工，故本小组确定研究课题为“创新圆弧倾斜墙体施工方法”。

四、设定目标
1、确定目标
我们QC小组根据上述分析，经QC小组成员共同讨论研究，确定目标为：
创新一种圆弧倾斜墙体模板体系；
2、设定目标值
倾斜度偏差小于3mm；。
平顺度偏差小于3mm。
合格率达到90%。
模板设计合理、选材经济适中，体系牢固稳定。
3、目标可行性论证
3.1公司具有丰富的模板施工经验。小组成员李广常参与“安德大厦”、“公安部办公楼”、“统战部办公楼”等重点工程的施工。以往工程支模的合格率可以达到95% 。
3.2项目部支持。项目部新购木模板、三合板及相关机具支持小组活动。施工机具、材料等均满足施工要求。
3.3外部环境适合创新。建设单位、监理单位非常支持小组活动，提供场地进行1：1放样，并提供活动资金3万元。
因此，“圆弧倾斜墙体模板体系的创新”课题可行！

五、提出方案并确定最佳方案
1、提出方案
小组成员通过“头脑风暴法”，集思广益，查阅相关资料，结合弧形模板和倾斜墙体模板的施工方法，进行方案讨论。小组成员将意见分类整理、并归纳提炼，运用亲和图汇总如下：

图3：意见汇总分析图
根据以上亲和图分析，拟采用如下三种方案：
圆弧倾斜墙体模板体系
型钢三角架全钢单侧支模
可调钢框圆弧单侧支模

组合钢模板单侧支模
型钢三角架支撑体系
大钢模

地脚螺栓加固
扣件式钢管支撑
钢框木模板
穿墙螺栓
扣件式钢管支撑
组合小钢模
穿墙螺栓

图4：拟选方案图
2、方案可行性分析
表3：方案一：型钢三角架全钢单侧支模体系
方案一: 型钢三角架全钢单侧支模体系
考虑角度
分 析
技术特点
板面采用定型弧形钢模板，支撑体系采用型钢三角架。
经济合理性
圆弧倾斜墙体长度为66m，垂直高度为7.04m，沿弧长线性长度为7.49m，全钢模板面积为:7.04m×7.49m=494.34m2，全钢模板自重为:494.34m2×23.55kg/m2=11641.71kg,全钢模板费用为：11641.71kg×8.4元/ kg=97790.34元，费用为一次性投入,费用约9.8万元。
对大型机械需求
需要塔吊或汽车吊。
质量效果
圆弧钢模板采用工厂加工，加工精度高，倾斜度及平顺度的质量效果好。
制表人：陈阳 日期：2012年1月
方案一综合评价：该方案施工费用高、质量效果好，但增加吊装设备。

表4：方案二：可调钢框圆弧单侧支模体系
方案二: 可调钢框圆弧单侧支模体系
考虑角度
分 析
技术特点
利用木模板的柔韧性，通过调节调节器，使面板弯成所需要的弧度。
经济合理性
圆弧倾斜墙体长度为66m，垂直高度为7.04m，线性长度为7.49m，模板面积为:7.04m×7.49m=494.34m2，钢框圆弧模板采用外租形式，按照租期30天进行考虑，组合模板总价为494.34m2×4.35元/天/ m2×30天=64511.37元，费用约6.5万元。
对大型机械需求
不需要塔吊或汽车吊。
质量效果
钢框木模板需要现场加工成扇形，加工难大，模板刚度差，倾斜度及平顺度的质量不宜控制。
制表人：陈阳 日期：2012年1月
方案二综合评价：该方案施工费用适中、质量效果差。

表5：方案三：组合钢模板单侧支模体系
方案三: 组合钢模板单侧支模体系
考虑角度
分 析
技术特点
利用圆弧斜墙半径超大、曲率小，1m内弦高为2mm的特性，采用55系列组合钢模板现场拼装。
经济合理性
圆弧倾斜墙体长度为66m，垂直高度为7.04m，线性长度为7.49m，模板面积为:7.04m×7.49m=494.34m2，组合钢模板采用外租形式，按照租期30天进行考虑，组合模板总价为494.34m2×2.35元/天/ m2×30天=34850.97元，外租费用约为3.5万元。
对大型机械需求
不需要塔吊或汽车吊。
质量效果

圆弧曲率小，可以采用55系列600mm宽小刚模散拆散拼，便于工人操作，倾斜度及平顺度的质量便于控制。
制表人：陈阳 日期：2012年1月
方案三综合评价：该方案施工费用低、质量效果适中。

3、方案比选并选出最佳方案
针对方案比选的各项指标，小组成员运用关联矩阵法对各方案进行分析评价。小组在评价时充分考虑了各项目的权重，大家一致认为施工质量是第一位，经济性和对大型机械需求为第二位。三种方案评价打分表如下：
表6：三种方案评价打分表
Xj
Vij ωj
Ai
经济型
对大型机械的需求
施工质量
Vi
0.2
0.2
0.6
方案一A1)
1
1
3
2.2
方案二(A2)
2
3
1
1.6
方案三(A3)
3
3
2
2.4
制表人：焦中岭 日期：2012年1月
通过以上方案的比选， V3﹥V1﹥V2，确定最优方案：组合钢模板单侧支模体系。
4、实施方案的优化
通过以上选择，确定了组合钢模板单侧支模体系，但是组合钢模板单侧支模体系必须从两个过程、六个方面进行方案优化，具体见图5：

图5：优化方案图
（1） 面板选择
面板选择组合钢模板，并进行排列优化设计。 见表7。
表7：面板排列优化
方案优化
特点
结论
方案一
放射状排列图

模板采用放射状组拼，每一列模板之间均有缝隙需要采用木模板封堵。模板不宜固定，加固措施困难。
不采用
方案二
整体排列图

组合钢模板在一端开始进行排列，每一列紧凑拼装，在另一端采用木模板封堵。整体性高，便于加固。
采用
制表人：陈阳 日期：2012年1月

（2） 龙骨材料选择
因为弧形墙体的特殊性，无法采用常规水平龙骨，需要确定龙骨材料。采用PDPC法确定水平龙骨的选材及方案优化设计。

图6：选择龙骨的PDPC图
水平龙骨选材需要按照圆弧的弧度进行加工。优先选用直径不小于25mm的钢筋，钢管作为备选方案。现场进行1：1放大样，在场地不够时，采取局部放样处理。

（3） 支撑体系
表8：支撑体系方案优化
方案优化
特点
结论
方案一
1、支撑体系采用满堂红架体。
2、圆弧倾斜墙体的模板受力通过满堂红支撑传递到内墙的模板支撑体系上。
1、内外墙混凝土需同时浇筑。
2、施工难度大，不宜操作，支撑不牢固。
不采用
方案二
支撑体系采用撑、拉结合方式，圆弧斜墙的支撑体系支顶在内墙上。
1、内外墙混凝土分次浇筑，先内墙、后外墙。
2、易于操作，支撑牢固。
采用
制表人：陈阳 日期：2012年1月
（4） 穿墙螺栓的选择、设计
表9：穿墙螺栓的优化
方案设计
特点
结论
钢方案一
因为无法使用常规的穿墙螺栓，针对单侧支模设计“拉接定位筋”作为穿墙螺栓。

优化穿墙螺栓，根据单侧支模特点设计“拉接定位筋”作为穿墙螺栓，并且可以控制钢筋保护层厚度和墙体截面尺寸。
采用
制表人：陈阳 日期：2012年1月
（5） 模板安装方案优化
表10：模板安装方案优化
方案优化
结论
方案
1、 编制单项施工方案，加强技术交底，明确工艺流程。
2、 做好龙骨加工、拉接定位筋的安装控制交底工作。
3、 制定检查方法：倾斜度检查采用在模板上口和下口定出50cm控制线，拉通线检查。平顺度检查采用0.8m长靠尺，水平靠在墙上，使用塞尺进行检查。
采用
制表人：陈阳 日期：2012年1月
（6） 混凝土浇筑方案优化
表11：混凝土浇筑方案优化
方案优化
结论
方案
1、 针对圆弧倾斜墙体倾斜70°的特性，无法按照常规的振捣方式进行施工。在墙体合模之前，需要把振捣棒提前插入双排钢筋内，边振、边拔。
2、 针对圆弧倾斜墙体超高的特点，垂直高度达到7.04m，线性高度达到7.49m，模板一次支设到顶，分层浇筑混凝土，减少外墙施工缝，避免施工质量隐患。
采用
制表人：陈阳 日期：2012年1月

六、制定对策
小组成员针对以上分析，按照5W1H的原则，分析研究相应对策，确立明确的目标值，并最终制定出相应的具体实施措施、明确责任人和完成日期。
表12：对策表
序号
要素
对策
目标
措施
地点
完成时间
负责人
1
面板排列
钢模板采用整体式拼装。
模板接缝严密，倾斜度和平顺度允许偏差不超过：±3mm。
1、钢模板采用整体式拼装；
2、异型部位采用12mm厚竹胶板，背部加设同小钢模厚度的木方
工地现场
2012年2月
李广常
2
龙骨材料选择
选用直径25mm钢筋做横向龙骨。
弧形龙骨要和圆弧斜墙的弧度一致。
1、在现场空地按照圆弧墙体的半径放线，做1：1模型 。
2、采用直径不小于25的钢筋按照弧线加工钢筋。
工地现场
2012年2月
陈阳
3
选择钢管支撑体系
支撑体系采用撑、拉结合的方式。
确保模板的稳定性，模板不上浮、跑模、移位。
1、先浇筑内墙混凝土，圆弧墙体的支撑体系支顶在内墙上；
2、加设钢丝绳进行斜拉。
现场工地
2012年2月
常燕
4
穿墙螺栓的选择、设计
设计拉接定位筋。
穿墙螺栓能够固定模板，把龙骨和模板连接成整体。拉接定位筋直径不小于18mm。
1、设计拉接定位筋固定模板。
2、拉接定位筋为φ18钢筋。
3、控制钢筋保护层和墙体截面尺寸。
工地现场
2012年3月
焦中岭
5
模板安装
制定方案和交底。并制定检测方法。
工人能够熟悉工艺流程，按照方案和交底进行模板安装。安装合格率达到100%。
1、做好专项施工方案、技术交底。
2、做好倾斜度、平顺度的检测方法及施工质量控制。
工地现场
2012年3月
陈阳
6
混凝土浇筑
提前预下振捣棒。
确保混凝土振捣密实，不漏振。
在墙体合模之前，把振捣棒预放在墙体双层钢筋之间，边浇筑混凝土，边拔振捣棒。
工地现场
2012年3月
焦中岭
制表人：焦中岭 日期：2012年1月
七、对策实施
实施一：采用整体式模板排列
圆弧倾斜墙体采用55系列组合钢模板，钢模板从一端开始进行拼装，型号优先选用宽度为600mm的模板，出现不符合模数的三角空隙，采用12mm厚竹胶板模板现场拼装，背部采用同模板厚度的木方。
模板安装时，要边就位，边校正，并随即安装各种连接件、支撑件和临时支撑。

图7：模板施工照片
实施效果检查：经检查，模板排列根据模板排列图就位，墙体模板排列的尺寸符合质量要求，模板接缝严密，倾斜度和平顺度允许偏差不超过3mm。
实施二：选择钢筋龙骨
圆弧墙体模板选用直径为25mm钢筋做横向龙骨，在现场空地按照圆弧墙体的半径放线，做1：1模型，钢筋按照模型的弧度进行加工。墙体竖向龙骨选用壁厚不小于3mm的直径为48mm的双钢管。水平钢筋龙骨在内侧，竖向钢管龙骨在外侧。
竖向龙骨
水平龙骨

图8：模板施工照片
实施效果检查：经检查，弧形钢筋龙骨和圆弧斜墙的弧度一致，龙骨紧贴墙体钢模板无缝隙，符合要求。
实施三：选择钢管支撑体系
1、先浇筑底板、内部墙体混凝土，在底板混凝土浇筑过程中预留抗浮地锚，用于加固圆弧斜墙模板下口，以确保浇筑混凝土过程中墙体底部的密实性和模板的稳定性。
2、模板支撑采用撑、拉结合的方式。在模板施工时，圆弧倾斜墙体的支撑体系支顶在内侧墙体上，增加支撑体系的稳定性。模板采用钢丝绳进行拉接固定在内侧墙体上。

图9、图10：内侧墙体施工照片
钢丝绳

图11：钢丝绳拉结照片
实施效果检查：经检查，借用内侧墙体作为支撑点，采用撑、拉结合的单侧模板支撑体系，保证了模板的稳定性。
实施四：设计、加工拉接定位筋
小组成员设计加工拉接定位筋，拉接定位筋卡在墙体内侧水平钢筋上，通过模板的穿墙螺栓孔伸出模板，端部和“3”型件相连，把模板和龙骨连成整体，同时，拉接定位筋可以控制钢筋保护层厚度和墙体截面尺寸。

拉接定位筋

图12：拉接定位筋加工详图 图13：拉接定位筋照片
实施效果检查：经检查， “拉接定位筋”采用φ18钢筋加工，与模板“3”型件固定牢固。所设计的“拉接定位筋”能够起到固定模板的作用，并可以控制钢筋保护层厚度和墙体截面尺寸。
实施五：模板安装
1、在施工之前，编写专项施工方案，并针对新型的“拉接定位筋”，对工人进行安装交底。
2、进行倾斜度和平顺度的检查。 检查方法：倾斜度检查采用在模板上口和下口定出50cm控制线，拉通线检查。平顺度检查采用0.8m长靠尺，水平靠在墙上，使用塞尺进行检查。

图14：编写专项施工方案 图15：检查方法示意图
实施效果检查：经检查，工人能够按照方案和交底进行模板安装。倾斜度和平顺度允许偏差不超过3mm。
实施六：混凝土浇筑
在墙体合模之前，把振捣棒伸入墙体双排钢筋内。振捣棒间距1m一根，浇筑混凝土时，边振捣，边拔振捣棒，随着混凝土的浇筑高度，逐根拔出振捣棒。

振捣棒

图16：混凝土振捣照片
实施效果检查：经检查，混凝土振捣密实，无漏振现象。

八、 效果检查
1、效果检查
55系列组合钢模板成功地使用在地下室圆弧倾斜墙体中，结构施工在2012年4月份施工完毕。拆模后，现场抽测60个点对倾斜度和平顺度进行检查，合格点数分别为56个和55个，合格率达到93.3%。施工过程中没有发生任何事故；拆模后砼密实、观感好、造型一次成型。

图17：检测点分布图

图18：施工完毕照片 图19：装修完毕照片
2、社会效益
大胆的创新为倾斜的新型异型结构提供了施工质量、安全、进度、成本等方面可以参考的数据，起到了良好的示范作用，并在类似工程中可广泛应用。
3、经济效益
圆弧倾斜墙体长度为66m，垂直高度为7.04m，沿弧长线性长度为7.49m，开挖肥槽土方量为：:1.00m×7.49m×66m=494.34m3，开挖土方总价：:494.34m3×25元/m3=12358.5元；土方回填总价为： 494.34m3×32元/m3=15818.88元；合计节省总价：28177.38元。单侧支模方案造价节省约2.9万元。

九、标准化
1、针对QC成果，项目经理部编写了“圆弧倾斜墙体施工工艺”，作为同类工程的施工依据。
施工工艺流程：

图20：施工工艺流程图
基坑开挖→垫层施工→防水施工→底板防水保护层→护壁防水→防水保护层→绑扎底板钢筋→底板混凝土浇筑（加抗浮地锚） →绑扎墙体钢筋（内外同绑）→内侧墙体结构施工→圆弧墙体模板支设（要点：钢丝绳拉，穿墙螺栓，龙骨，） →浇筑混凝土
2、 QC小组通过总结圆弧倾斜结构模板施工的经验，在总公司新兴建设杂志上发表了《单侧模板在圆弧斜墙中的应用》。
3、经中国新兴建设开发总公司专家评审委员会评审，《圆弧倾斜墙体施工工法》获得企业级工法称号，工法备案号为：Q/XXJZGF0101-2012。

十、总结及下一步打算
1、现场管理：通过QC小组活动，使我们小组成员对QC发布的程序、及在活动中所运用的PDCA循环、科学统计工具等有了进一步的认识，对组织QC活动的把握能力更进一步。
2、通过此次QC小组活动，提高了成员们分析、解决问题的能力，增强了自信心，提升了团队的整体凝聚力和战斗力。小组成员各方面素质提高见下表：

表13：分析表
序号
评价内容
活动前
活动后

1
团队精神
78
96
2
质量意识
82
95
3
进取精神
75
93
4
QC工具运用技巧
65
85
5
工作热情干劲
82
90
6
改进意识
73
90
制表人：焦中岭 日期：2012年1月
3、成员焦中岭赋诗一首，作为结语。
《七律》
Q C小组活动好，创新方法真不少；
圆弧斜墙头回见，无人知晓怎么干；
头脑风暴和树图，提出方案问题现；
制定对策想措施，逐条落实成果见；
效果检查达目标，成员素质均提高；
经验总结论文发，施工工艺编制全；
要问下步何打算，努力寻找新课题，
明年发布会再见！

编制人：焦中岭
中国新兴建设开发总公司一公司三项QC小组
二〇一三年五月

16