一种空腔叠合结构真空排沙与可周转模板施工方法与流程

本发明涉及建筑施工，具体的说是一种空腔叠合结构真空排沙与可周转模板施工方法。

背景技术：

1、空腔叠合结构（又称空心双层楼板、叠合空心楼板）是由下层板、上层板及周侧结构梁围合形成的带空腔楼盖体系。该类结构通过内部空腔减轻自重、节省混凝土用量，同时可利用空腔实现隔音、隔热、管线穿行等功能，广泛应用于大跨度公共建筑、工业厂房及有清水混凝土装饰要求的建筑中。

2、空腔叠合结构的施工难点在于：上层板施工时需在狭小空腔内设置支撑与模板，且该支撑体系需在混凝土凝固后拆除或留置。传统施工方法存在以下技术路线分歧及缺陷：

3、路线一：内部支撑架+模板留置。 如cn201710307967（广东省第四建筑工程有限公司）公开的"混凝土空心双层楼板"，采用木方支撑架和上层板模板永久留在空腔内。该方法的缺陷在于：支撑架占用空腔空间，减轻自重效果受限，且内部支撑无法拆除，影响空腔后续使用功能。

4、路线二：填充材料+简易底模。 为克服路线一的缺陷，后续技术采用可移除的填充材料（如沙子）配合简易底模（如防水薄膜）作为上层板施工支撑，待混凝土凝固后排出填充材料形成空腔。该路线为本发明的技术起点，但现有填充式施工技术仍存在显著不足：

5、（1）cn202111159148（上海宝冶集团有限公司）--"一种空腔叠合结构模板支设方法"

6、该技术是与本发明最接近的现有技术，其技术方案为：叠合结构下层板模板施工完成后，采用建筑用砂对叠合空腔位置进行铺填，沙子顶部铺设硬质防水薄膜作为上层板支设用外模板；待上层板混凝土浇筑完成并达到规定强度后，破除模板封堵盒子，使沙子自重状态下自然流出，再利用鼓风机清理残留沙子。

7、该技术存在以下缺陷：一是排沙效率低下，完全依赖沙子自重自然流出，对于空腔四角、曲面低洼处等位置，沙子易形成堆积死角，残留率高；鼓风机吹扫对工人操作技能依赖大，扬尘严重，环保性差。二是防水薄膜一次性使用，硬质防水薄膜抗穿刺能力差，上层板钢筋绑扎时易破损导致漏浆，且破损后无法修复周转，施工成本高。三是缺乏定量优化手段，沙层压实度、封堵盒子破除时机等关键参数仅凭经验确定，无科学计算依据，施工质量不稳定。

8、（2）cn202110261652（中冶建工集团有限公司）--"一种空心双层楼板施工方法"

9、该技术在cn202111159148基础上进行了改进，在下层板施工时预埋多根竖向排沙管，通过排沙管将沙子排出形成空腔。该技术仍存在以下缺陷：一是排沙管封堵可靠性差，排沙管上端采用泡沫填充封堵，泡沫材质轻，在混凝土浇筑振捣过程中易上浮或移位，导致管口封堵失效，混凝土进入排沙管造成堵塞，排沙功能丧失。二是排沙孔封堵困难，沙子排出后，需从下层板底面向上封堵排沙孔，操作空间狭小，封堵质量难以保证，易形成渗漏隐患；且排沙孔位置会在下层板底面形成明显修补痕迹，无法满足清水混凝土观感要求。三是排沙动力仍依赖重力，未解决曲面、异形空腔中沙子排出不彻底的根本问题。

10、（3）其他相关技术

11、cn202111196463（北京益汇达清水建筑工程有限公司）公开了一种异形双曲面清水混凝土墙体的拼装方法，涉及双曲面模板体系，但未涉及空腔叠合结构的排沙与模板技术，与本发明解决的技术问题不同。

12、综上所述，现有空腔叠合结构施工技术在排沙效率、模板周转、清水混凝土质量、施工参数优化及环保性能等方面存在明显不足，需要一种能够实现高效排沙、模板可周转、清水混凝土质量优良且施工参数科学可控的新型施工方法。

技术实现思路

1、本发明旨在克服现有技术的缺陷，提供一种空腔叠合结构真空排沙与可周转模板施工方法，针对现有技术中排沙效率低下、模板材料一次性消耗、清水混凝土表面质量难以保证、施工参数缺乏定量优化依据及环保性能差的问题，通过真空负压抽吸配合高压气流流化的上吹下吸排沙机制、可周转刚性薄板模板体系及多尺度数值模拟优化，实现空腔叠合结构的高效、绿色、高质量施工。

2、为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

3、一种空腔叠合结构真空排沙与可周转模板施工方法，在空腔叠合结构施工中，采用真空负压抽吸配合高压气流流化排出空腔内填充的沙层，以可周转刚性薄板模板作为上层板浇筑底模，并通过数值模拟优化施工参数，包括以下步骤：在下层板施工时预埋排沙管，所述排沙管上端采用水溶性封堵材料封堵，下端延伸至下层板底面；在下层板上方搭设支撑架，于所述支撑架顶部形成的空腔内填铺沙层并分层压实；在沙层顶面铺设可周转刚性薄板模板，作为上层板浇筑的底模；待上层板混凝土达到预设强度后，通过所述排沙管以真空负压抽吸配合高压气流流化排出沙层，形成空腔；对所述排沙管从下往上进行压力灌注封堵；其中，施工前通过数值模拟确定沙层压实参数、排沙管布置间距及支撑拆除时机。

4、优选地，所述排沙管为pvc管，管径为70mm-80mm，呈梅花形布置；所述水溶性封堵材料为水溶性pva胶囊，所述胶囊内部填充微膨胀水泥砂浆，遇水后溶解释放内部砂浆形成自封堵；所述排沙管下端与下层模板接触处设置橡胶垫圈，从而通过预埋排沙管与自溶解封堵的协同，在浇筑阶段可靠封堵管口防止混凝土进入，在排沙阶段自动开启排沙通道，避免人工破除封堵造成的操作困难及管口堵塞。

5、优选地，所述支撑架采用承插型盘扣式钢管支架，考虑空腔内填充沙子的等体积荷载及上层板施工活荷载进行稳定性验算，总设计荷载不小于12kn/m2，从而通过科学的荷载计算确保支撑体系在空腔填沙及上层板施工阶段的稳定性，满足施工安全要求。

6、优选地，下层板施工时，两挂板间间隙采用可充气式橡胶密封囊替代传统模板塞缝盒子，所述密封囊为圆柱形中空橡胶制品，充气压力为0.15mpa-0.20mpa，充气后挤压预先粘贴的海绵胶条实现严密密封，从而通过充气式密封囊的弹性挤压作用，在挂板间隙形成动态严密密封，防止浇筑漏浆并适应混凝土振捣时的微小位移。

7、优选地，所述可周转刚性薄板模板为纤维增强水泥板即grc板，或铝合金蜂窝复合板；所述grc板铺设前板底涂刷脱模剂，板接缝处采用自粘型丁基橡胶止水胶带密封，板四周通过角钢压条与结构梁临时固定；所述铝合金蜂窝复合板之间采用榫卯式连接，接缝处嵌入三元乙丙橡胶密封条，板表面做氟碳涂层处理，从而通过刚性薄板模板的高平整度表面及严密接缝，使上层板底面气泡率控制在1%以内，达到清水混凝土饰面标准，且模板可重复周转使用，大幅降低材料消耗。

8、优选地，所述真空负压抽吸采用工业级真空吸尘器，额定功率为2.5kw-3.5kw，最大真空度为-0.07mpa~-0.09mpa，风量为160m3/h-200m3/h；所述高压气流流化采用高压气管向沙层吹入气流，气压为0.3mpa-0.4mpa，形成上吹下吸的流化排沙状态，从而通过真空负压抽吸与高压气流流化的协同作用，使沙层在流化状态下被高效抽吸排出，排沙率可达98%以上，且适用于标准矩形及异形双曲面复杂空腔。

9、优选地，沙子排空后，拆除所述可周转刚性薄板模板供下次周转使用；排沙孔采用微膨胀细石混凝土从下往上压力灌注封堵，所述微膨胀细石混凝土的膨胀率为0.03%-0.05%，强度等级不低于c35，灌注前孔壁洒水湿润，灌注时分层捣实，表面与板底平齐，从而通过从下往上的压力灌注方式，在狭小操作空间内实现排沙孔的密实填充，封堵材料与基层混凝土色泽一致，表面无可见修补痕迹，满足清水混凝土观感要求。

10、优选地，所述数值模拟包括：采用pfc 3d软件建立空腔几何模型及多球团簇颗粒模型，模拟沙层铺填及压实过程，确定最优沙层压实参数；采用fluent-edem耦合平台建立空腔流场模型，模拟排沙过程，优化排沙管布置间距及自适应梅花形布置方案；采用abaqus软件建立叠合结构模型，采用成熟-温度耦合本构模拟施工时序，确定支撑拆除时机，从而通过多尺度数值模拟替代传统经验判断，实现从经验施工到定量施工的技术跨越。

11、优选地，针对异形双曲面空腔叠合结构，采用pfc 3d软件建立双曲面空腔几何模型，曲面曲率半径变化范围为5m-15m，建立多球团簇颗粒模型模拟实际砂粒，粒径分布为0.5mm-2mm，法向刚度kn=5×107n/m，切向刚度ks=2.5×107n/m，摩擦系数μ=0.7；模拟不同铺填方式，确定分层铺填配合振动压实的最优工艺；采用fluent-edem耦合平台建立1:1双曲面空腔流场模型，入口边界为标准大气压101325pa，出口边界为负压-0.05mpa，模拟排沙过程并优化排沙管布置间距，在曲面曲率大处加密排沙管间距至600mm，平缓处放宽至800mm，整体呈自适应梅花形布置；采用abaqus软件建立叠合结构模型，采用成熟-温度耦合本构模拟施工时序，确定支撑拆除时机，从而通过针对异形双曲面空腔的数值模拟优化，消除曲面低洼处的排沙死角，确保复杂形态结构中的排沙彻底性及施工安全性。

12、本发明的有益效果是：通过上述技术方案可以看出，本技术提供一种空腔叠合结构真空排沙与可周转模板施工方法，针对现有排沙效率低下的问题，本发明采用真空负压抽吸配合高压气流流化的上吹下吸主动排沙机制，替代传统的重力自然流出及鼓风机吹扫，从而将排沙率提升至98%以上，有效消除空腔四角及曲面低洼处的沙子堆积死角，显著缩短排沙作业时间并降低劳动强度。

13、针对现有模板材料一次性消耗的问题，本发明采用纤维增强水泥板或铝合金蜂窝复合板作为可周转刚性薄板模板，替代一次性防水薄膜，从而通过高抗穿刺能力及优异脱模性能，实现模板重复周转使用10~30次，大幅降低模板材料消耗及施工成本。

14、针对现有清水混凝土表面质量难以保证的问题，本发明采用高平整度刚性薄板模板及专用脱模剂，上层板底面气泡率控制在1%以内，且排沙孔采用微膨胀细石混凝土从下往上压力灌注封堵，从而在保证清水混凝土饰面标准的同时，消除下层板底面的可见修补痕迹，提升建筑观感质量。

15、针对现有施工参数缺乏定量优化依据的问题，本发明引入pfc 3d、fluent-edem及abaqus多尺度数值模拟技术，对沙层压实工艺、排沙管布置间距及支撑拆除时机进行定量优化，从而替代传统经验判断，提高施工质量的稳定性与可控性。

16、针对现有环保性能差的问题，本发明采用真空负压排沙，沙子在相对密闭的管道系统中经收集后可直接筛分回用，从而避免传统鼓风机吹扫造成的扬尘污染，改善施工现场作业环境。