大跨度预应力垭口梁、垭口结构、海工水池及施工方法与流程

1.本发明属于建筑技术领域，具体涉及一种大跨度预应力垭口梁、垭口结 构、海工水池及施工方法。


背景技术：

2.随着建筑业的飞速发展，近年来全国各地兴建了多个大型海洋馆。海洋 馆内一般分布有多个海工水池，用于饲养和展览各类海洋生物。海工水池侧 壁上设置多个预留洞口(下称垭口)用于安装亚克力玻璃视窗，游客可以通 过视窗观赏池内的海洋生物和美景。海工水池侧壁垭口尺寸随亚克力玻璃视 窗大小变化，垭口四周(包括垭口顶部、垭口底部以及垭口两个侧部)的内 壁面(即装配面)一般设计为l型阶梯面便于嵌固亚克力玻璃。安装亚克力 玻璃视窗对于垭口的装配面平整度要求极高，特别是要严格控制垭口顶部垭 口梁的变形。垭口顶部的压顶梁(或称垭口梁)最大变形需控制在2mm内， 精度远超规范l0/400要求(l0为计算跨度)。垭口梁跨度大(最大达48m)、 受力情况复杂。若垭口梁在安装亚克力玻璃前发生变形，安装亚克力玻璃时， 需要对亚克力玻璃进行打磨施工，影响施工进度；若垭口梁变形量过大，会 造成亚克力玻璃无法安装，不仅影响施工进度，而且增加项目成本。另外， 若亚克力玻璃安装后，垭口梁发生变形或长期对亚克力玻璃施加较大的压 力，会造成亚克力玻璃变形或受损，影响其透光性和海工水池的观赏效果。
3.现有大跨度预应力结构梁主要出现在桥梁结构中，包括现浇混凝土梁和 预制梁，预制梁又包括预制钢筋混凝土梁和预制钢箱梁，这类梁的特点是： 梁整体受力，梁整体变形。若大跨度海工水池的垭口梁直接采用桥梁结构中 的大跨度预应力梁，当垭口梁受到自身重力作用或海工水池内水的横向压力 或环境结构的外力作用时，整体变形的垭口梁会导致垭口梁上与亚克力玻璃 配合的装配面随之变形。因此，与桥梁结构中广泛应用的大跨度预应力梁相 比，海工水池大跨度预应力垭口梁精度要求更高，变形控制要更为严格。目 前国内外对于海工水池超大跨度超高精度的大跨度预应力垭口梁尚无针对 性研究。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服现有大跨度预应力梁及施工方法无法满足海工 水池大跨度垭口梁高精度要求的问题，提供一种施工精度高，变形量小的大 跨度预应力垭口梁、垭口结构、海工水池及施工方法。
5.第一方面，提供一种大跨度预应力垭口梁，包括：
6.预应力支撑结构，沿第一方向设置，并且所述预应力支撑结构与环境结 构连接；
7.压顶梁，与所述预应力支撑结构连接，所述压顶梁的至少一个平面设置 为垭口梁的装配面，所述装配面用于与亚克力玻璃的端面相抵配合；
8.其中，所述压顶梁上设置有阶梯结构；或
9.所述压顶梁与所述预应力支撑结构共同形成有阶梯结构；
10.所述阶梯结构包括顶端面，所述阶梯结构的顶端面设置在所述压顶梁 上，所述阶
梯结构的顶端面设置为所述装配面。
11.进一步地，所述预应力支撑结构包括：
12.第一预应力梁，沿所述第一方向设置，并且所述第一预应力梁与所述环 境结构连接；
13.第二预应力梁，沿所述第一方向设置，并且所述第二预应力梁与所述环 境结构连接；
14.其中，所述第一预应力梁与所述第二预应力梁在第二方向上相互间隔设 置。
15.上述进一步方案的有益效果是：由于预应力支撑结构包括相平行且保持 间距的第一预应力梁和第二预应力梁，可提高预应力支撑结构的承载力和结 构强度。且第一预应力梁和第二预应力梁可分别与不同的环境结构连接，以 将荷载分散至各个环境结构，减少压顶梁的受力，避免垭口梁的装配面变形。
16.进一步地，所述大跨度预应力垭口梁还包括：
17.一体式顶板结构，所述一体式顶板结构设置在所述预应力支撑结构和所 述压顶梁的顶端，且所述一体式顶板结构与所述环境结构连接。
18.本发明大跨度预应力垭口梁的有益效果是：
19.1.通过将大跨度预应力垭口梁分为预应力支撑结构和压顶梁，预应力支 撑结构与环境结构连接，且预应力支撑结构进行预应力张力，充分变形后再 施工压顶梁，最大程度的降低了预应力支撑结构变形对压顶梁造成的影响， 提高了压顶梁的作为垭口梁的装配面的平面的平整度，从而满足海工水池大 跨度垭口梁高精度要求。另外，由于预应力支撑结构分散荷载，压顶梁以及 亚克力玻璃受压和变形小，安装后的亚克力玻璃不会因长时间受压而变形影 响透光性和观赏效果。
20.2.通过阶梯结构的限位作用，使亚力克玻璃安装方便，结构稳定安全。 另外，由于安装后的竖立的亚克力玻璃抵接在阶梯结构的竖立面上，该竖立 面垂直于装配面，通过局部打磨阶梯结构的竖立面，可调整竖立的亚力克玻 璃在水平面上的装配角度，以适用于不同朝向方位的视窗，当然，阶梯结构 的该竖立面可在压顶梁混凝土浇注施工时成型，减少打磨工作量。
21.第二方面，提供一种预应力垭口结构，包括大跨度预应力垭口梁，还包 括环境结构，所述环境结构包括水池结构；
22.所述水池结构包括结构柱和水池侧壁，所述水池侧壁上设置有预留洞 口，所述预留洞口的沿所述第一方向的两个侧端分别设置有一个所述结构 柱；
23.所述大跨度预应力垭口梁设置在所述预留洞口的顶端，所述预应力支撑 结构与所述结构柱连接。
24.进一步，所述环境结构还包括看台结构，所述看台结构设置在所述水池 结构的外侧，所述看台结构包括看台本体和支撑柱，所述看台本体的一端与 所述大跨度预应力垭口梁连接，所述看台本体的另一端连接有所述支撑柱。
25.上述进一步方案的有益效果是：通过将看台本体的一端与大跨度预应力 垭口梁连接，减少看台本体靠近大跨度预应力垭口梁一端的支撑柱的数量， 以便于游客具有更广的观景视角。且大跨度预应力垭口梁与看台本体连接 后，可提高大跨度预应力垭口梁对水压力的抵抗效果。
26.本发明预应力垭口结构的有益效果是：通过在水池侧壁设置预留洞口， 并在洞口两个侧端设置结构柱，在洞口顶端设置大跨度预应力垭口梁，并使 大跨度预应力垭口梁的预应力支撑结构与结构柱连接，形成稳定体系的垭口 结构，大跨度预应力垭口梁不会变形，保证预留洞口的尺寸始终不变，提高 垭口结构内亚克力玻璃安装精度。
27.第三方面，提供一种海工水池，包括造波池和主水池；
28.所述造波池的池底标高高于所述主水池的池底标高，且所述造波池与所 述主水池连通，所述造波池用于造出涌向所述主水池的孤立波；
29.所述主水池包括水池底板以及所述预应力垭口结构，所述水池结构设置 在所述水池底板的顶端，所述水池侧壁上设置有多个所述预留洞口；设置在 所述预留洞口的顶端的所述大跨度预应力垭口梁的顶端标高低于所述主水 池内的静水位标高；其中至少一个预留洞口的两个侧端的所述结构柱为弧形 柱；至少一个预留洞口的顶端的所述大跨度预应力垭口梁为弧形梁。
30.进一步，所述造波池和所述主水池的迎水面设置有保护层，所述保护层 包括钢筋网片以及包裹所述钢筋网片的混凝土层，所述混凝土层掺有抗裂纤 维；所述抗裂纤维的掺量为0.4-0.8kg/m3。
31.上述进一步方案的有益效果是：通过在水泥内复掺粉煤灰和矿粉，可显 著降低混凝土层的绝热温升值，有利于提高海工水池的抗裂性能和耐久性。 通过钢筋网片对保护层进一步加强，可进一步提高海工水池的抗裂和抗渗性 能。
32.本发明海工水池的有益效果是：通过设置相连通的造波池和主水池，使 造波池造出的孤立波可涌向主水池，形成更好的观赏效果。由于限定大跨度 预应力垭口梁的顶端标高低于主水池内的静水位标高，而孤立波是高出静水 位的波浪，波谷很浅甚至没有波谷，使安装在预留洞口上的亚克力玻璃上始 终存在静水压强，不会出现负压。通过将结构柱设置为弧形柱，或将大跨度 预应力垭口梁设置为弧形梁，使预留洞口可安装弧面的亚克力玻璃，观景效 果更好。
33.第四方面，提供一种施工海工水池的方法，包括以下步骤：
34.首先施工水池底板，待施工完水池底板后，以主水池的水池侧壁的多个 预留洞口的底部标高和顶部标高作为分层设计标高，由下至上逐层进行混凝 土浇注施工，完成主水池的施工；其中，混凝土浇注施工包括结构柱、水池 侧壁和大跨度预应力垭口梁的浇注施工；
35.主水池施工过程中同步进行造波池的施工，或造波池与主水池分别独立 施工；
36.主水池和造波池施工完成并检验通过后，向主水池和造波池内灌入海 水；使主水池内的预留洞口的顶端的大跨度预应力垭口梁的顶端标高低于主 水池内的灌入海水的静水位标高。
37.本发明海工水池施工方法的有益效果是：通过将主水池的水池侧壁的多 个预留洞口的底部标高和顶部标高作为分层设计标高，由下至上逐层进行混 凝土浇注施工，便于提高大跨度预应力垭口梁的成型精度和施工质量。
38.第五方面，提供一种大跨度预应力垭口梁的施工方法，包括以下步骤：
39.步骤s10、沿第一方向设置预应力支撑结构，且使预应力支撑结构与环 境结构连接，对所述预应力支撑结构进行预应力张拉使其成为预应力梁；
40.步骤s20、所述预应力支撑结构完成预应力张拉后，施工压顶梁，使所 述压顶梁与所述预应力支撑结构连接形成所述大跨度预应力垭口梁，所述压 顶梁的至少一个平面设置为垭口梁的装配面。
41.在一个优选方案中，所述步骤s10包括以下步骤：
42.步骤s11、建立所述大跨度预应力垭口梁的有限元模型，并进行变形分 析和计算，确定所述预应力支撑结构的起拱值；
43.步骤s12、根据所述起拱值搭设模板及支架，进行预应力支撑结构以及 与其连接的环境结构的混凝土浇注施工，施工出与环境结构连接的预起拱的 所述预应力支撑结构；其中，所述预应力支撑结构包括沿所述第一方向设置 且分别与所述环境结构连接的第一预应力梁和第二预应力梁，所述第一预应 力梁与所述第二预应力梁在第二方向上相互间隔设置；
44.步骤s13、安装变形监测设备，对所述预应力支撑结构进行全生命周期 变形监测；
45.步骤s14、安装预应力筋，对所述预应力支撑结构进行分级预应力张拉 使其成为预应力梁。
46.在一个优选方案中，所述步骤s20包括以下步骤：
47.步骤s21、结合所述有限元模型的变形分析结果和所述变形监测设备的 变形监测结果，判定所述预应力支撑结构是否变形充分，若否，则进入步骤 s22，若是，则进入步骤s23；
48.步骤s22、静置等待，直至所述预应力支撑结构变形充分后，进入步骤 s23；
49.步骤s23、根据垭口梁的装配面的尺寸搭设模板及支架，在所述预应力 支撑结构上植筋，进行压顶梁的混凝土浇注施工，施工出具有所述装配面的 所述压顶梁。
50.上述优选方案的有益效果是：通过理论变形模拟结合实际变形监测，判 定预应力支撑结构是否变形充分，可保证判定结果的准确性。而预应力支撑 结构充分变形后再进行压顶梁的施工，减少预应力支撑结构变形对压顶梁的 影响，保证压顶梁的施工精度，尤其是可保证垭口梁的装配面的施工精度。
51.本发明大跨度预应力垭口梁的施工方法的有益效果是：通过先施工预应 力支撑结构，并对预应力支撑结构进行预应力张拉使其成为预应力梁后再施 工压顶梁，使压顶梁的被设置为垭口梁的装配面的平面易于控制施工精度， 从而满足海工水池大跨度预应力垭口梁的精度要求。通过将在先施工的预应 力支撑结构与环境结构连接，可分散施加在压顶梁上的外力，压顶梁不易变 形，便于亚克力玻璃的安装，提高海工水池的施工效率，加快施工进度，降 低施工成本。
附图说明
52.图1为本发明预应力垭口结构中的大跨度预应力垭口梁的受力分析结构 示意图。
53.图2为图1的预应力垭口结构的左视结构示意图。
54.图3为图1中大跨度预应力垭口梁的放大结构示意图。
55.图4为图3中大跨度预应力垭口梁的起拱曲线拟合结构示意图。
56.图5为本发明大跨度预应力垭口梁的施工方法的流程结构示意图。
57.图6为图5中步骤s10的进一步流程结构示意图。
58.图7为图5中步骤s20的进一步流程结构示意图。
59.图8为本发明海工水池的立体结构示意图。
60.图9为图8中a处亚克力玻璃的侧视结构示意图。
61.图10为本发明海工水池施工过程中水平施工缝的位置示意图。
62.图中，10-大跨度预应力垭口梁；11-预应力支撑结构；111-第一预应力梁； 112-第二预应力梁；113-连接顶板；114-连接底板；115-预应力筋；12-压顶 梁；121-压顶底板；122-压顶侧板；123-压顶顶板；13-一体式顶板结构；14
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阶梯结构；141-顶端面；142-竖立面；20-水池结构；21-结构柱；22-水池侧 壁；30-看台结构；31-看台本体；32-支撑柱；40-亚克力玻璃；50-造波池； 60-主水池；61-水池底板；62-水平施工缝。
具体实施方式
63.以下结合附图1至附图10和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
64.如图1所示的预应力垭口结构，包括大跨度预应力垭口梁10和环境结 构。环境结构包括水池结构20和看台结构30。水池结构20包括结构柱21 和水池侧壁22。
65.如图1所示，大跨度预应力垭口梁10的受力包括：看台结构30的竖向 荷载f1、扭矩m、看台结构30的水平荷载f2、水池结构20内水压力f3、亚 克力玻璃40传递荷载f4以及大跨度预应力垭口梁10的自重g。
66.在一个实施例中，大跨度预应力垭口梁10的长度即跨度为48米。
67.根据《建筑抗震设计规范》gb50011-2010中有关定义，一般情况下，抗 震设防烈度小于9度的地区的梁的跨度超过18m则为大跨度梁，当抗震设防 烈度为9度，或8度半的三类以下场地，梁的跨度超过15m则大跨度梁。
68.结合图2所示，水池侧壁22上设置有预留洞口，第一方向即预留洞口 的长度方向，预留洞口沿第一方向的两个侧端分别设置有一个结构柱21。大 跨度预应力垭口梁10设置在该预留洞口的顶端，且大跨度预应力垭口梁10 的两端与两个结构柱21一一对应并分别连接。该预留洞口即为垭口，用于 安装亚克力玻璃40，形成亚克力玻璃视窗，游客位于水池结构20外侧，透 过亚克力玻璃视窗观赏海工水池内的海洋生物和美景。为了方便描述，将水 池结构20的内侧面视为迎水面，将水池结构20的外侧面设为背水面。
69.看台结构30设置在水池结构20的外侧，如图1所示，看台结构30包 括看台本体31和支撑柱32，看台本体31的一端与大跨度预应力垭口梁10 连接，看台本体31的另一端连接有支撑柱32。大跨度预应力垭口梁10在此 处还起到支撑看台结构30的作用，这种环境结构的设计目的在于，看台本 体31下方的游客可通过亚克力玻璃视窗观看海工水池内的美景，而看台本 体31上的游客可直接观看海工水池内的海洋生物的表演。
70.如图3所示，大跨度预应力垭口梁10，包括预应力支撑结构11和压顶 梁12。预应力支撑结构11和/或压顶梁12可以是现浇梁，也可以是预制梁。 预制梁可以是混凝土梁，也可以是钢箱梁。
71.预应力支撑结构11，沿第一方向或拟施工亚克力玻璃40的长度方向设 置，并且其与环境结构连接，预应力支撑结构11为预应力梁。
72.压顶梁12，与预应力支撑结构11连接，压顶梁12的至少一个平面设置 为垭口梁的装配面。
73.相比于现有的一体式施工的垭口梁而言，本实施例的大跨度预应力垭口 梁10采用先施工的预应力支撑结构11和后施工的压顶梁12结构，可显著 的提高垭口梁的装配面的施工精度，将垭口梁的装配面的变形控制在2mm 以内。
74.在一个实施方式中，压顶梁12上设置有阶梯结构14。阶梯结构14包括 顶端面141，阶梯结构14的顶端面141设置在压顶梁12上，并被设置为装 配面，装配面用于与亚克力玻璃40的端面相抵配合。因此，压顶梁12的受 力和变形直接影响到垭口的设置精度，进而影响亚克力玻璃40的安装精度。 由于压顶梁12在后施工，预应力支撑结构11与环境结构连接后，起支撑作 用。环境结构比如看台结构30，施加在大跨度预应力垭口梁10上的力通过 预应力支撑结构11传递至地面或其他环境结构，减少在后施工的压顶梁12 的受力，降低其变形量。
75.阶梯结构14包括垂直相交的顶端面141和竖立面142。竖立面142为平 面或弧面。由于安装后的竖立的亚克力玻璃40抵接在阶梯结构14的竖立面 142上，通过局部打磨阶梯结构14的竖立面142，可调整竖立的亚克力玻璃 40在水平面上的装配角度，以适用于不同朝向方位的视窗。当然，阶梯结构 14的该竖立面142的角度可在压顶梁12混凝土浇注施工时直接成型，减少 打磨工作量。比如，亚克力玻璃40为球面结构时，该竖立面142为弧面， 压顶梁12进行混凝土浇注施工时，阶梯结构14对应竖立面142的模板需为 弯曲的弧面。
76.在一个实施方式中，压顶梁12与预应力支撑结构11共同形成有阶梯结 构14。阶梯结构14包括顶端面141，阶梯结构14的顶端面141设置在压顶 梁12上，并被设置为装配面。本实施例中的阶梯结构14由压顶梁12与预 应力支撑结构11共同形成。比如，压顶梁12的底端面作为阶梯结构14的 顶端面141，预应力支撑结构11的侧端面作为阶梯结构14的竖立面142。 阶梯结构14采用该实施方式的优势在于，水池结构20内水压力以及亚克力 玻璃40传递荷载施加在预应力支撑结构11上而非施加在压顶梁12上，压 顶梁12几乎不存在变形。
77.在一个实施方式中，预应力支撑结构11包括第一预应力梁111和第二预 应力梁112。
78.第一预应力梁111，沿第一方向设置，并且其与环境结构连接。
79.第二预应力梁112，沿第一方向设置，并且其与环境结构连接。
80.其中，第一预应力梁111与第二预应力梁112在第二方向即预留洞口的 宽度方向上保持间距。
81.需要说明的是，本实施例中的第一预应力梁111和第二预应力梁112分 别连接的环境结构可以是相同的环境结构，也可以是不同的环境结构。
82.在一个实施方式中，第一预应力梁111的两端与预留洞口的两个侧端的 结构柱21连接，第二预应力梁112在第二方向上的背对水池结构20的一端 与看台结构30连接。当然，该第二预应力梁112的两端还可与预留洞口的 两个侧端的结构柱21连接。因此，看台结构30的水平荷载和竖向荷载大部 分施加在第二预应力梁112上，并通过结构柱21传递至地面，少部分传递 至第一预应力梁111上，而传递至压顶梁12上的荷载非常少，不足以使压顶 梁12变形。
83.在一个实施方式中，预应力支撑结构11为箱梁。采用箱梁结构的预应力 支撑结构11，即可降低自重，又可保证自身强度和刚度。
84.在一个实施方式中，压顶梁12为箱梁。
85.在一个实施方式中，压顶梁12与预应力支撑结构11连接为双箱梁结构。 本实施例中的大跨度预应力垭口梁10采用该双箱梁结构，并形成有阶梯结 构14。
86.具体为，预应力支撑结构11包括第一预应力梁111、第二预应力梁112、 连接顶板113和连接底板114。连接底板114和连接顶板113均设置在第一 预应力梁111和第二预应力梁112之间，且连接底板114设置在连接顶板113 的下方。第一预应力梁111、第二预应力梁112、连接顶板113和连接底板 114相合围连接形成箱梁结构。
87.压顶梁12包括压顶底板121、压顶侧板122以及压顶顶板123。其中， 压顶底板121的一端与第一预应力梁111背对第二预应力梁112的一端连接， 且压顶底板121的底端与该第一预应力梁111的底端存在高度差，形成阶梯 结构14。压顶底板121的底端面即为垭口梁的装配面。施工时，为了保证压 顶底板121与第一预应力梁111的连接强度，可在第一预应力梁111上植筋， 并绑扎压顶底板121的钢筋，使压顶底板121与第一预应力梁111连接牢固。
88.压顶侧板122平行于第一预应力梁111设置在压顶底板121的顶端。压 顶顶板123设置在压顶侧板122的顶端，且压顶顶板123与第一预应力梁111 连接。压顶底板121、压顶侧板122、压顶顶板123以及第一预应力梁111 相合围连接形成箱梁结构。
89.在一个实施方式中，大跨度预应力垭口梁10还包括一体式顶板结构13。 一体式顶板结构13设置在预应力支撑结构11和压顶梁12的顶端。一体式 顶板结构13还与看台结构30连接。
90.在一个实施方式中，在第一预应力梁111的顶端和第二预应力梁112的 顶端分别进行凿毛处理，铺设一体式压顶结构的钢筋，支设一体式顶板结构 13的浇注模板，进行混凝土浇注形成一体式顶板结构13。该一体式顶板结 构13包括压顶顶板123和连接顶板113。即压顶顶板123和连接顶板113无 需单独施工，可在施工一体式顶板结构13时成型。
91.在一个实施方式中，在压顶顶板123的顶端、第一预应力梁111的顶端、 连接顶板113的顶端以及第二预应力梁112的顶端分别进行凿毛处理，并凿 出第一预应力梁111和第二预应力梁112内的钢筋，支设一体式顶板结构13 的浇注模板和钢筋，进行混凝土浇注形成一体式顶板结构13。一体式顶板结 构13与压顶顶板123、第一预应力梁111、连接顶板113以及第二预应力梁 112固定连接，使预应力支撑结构11和压顶梁12连接为整体结构并与看台 结构30连接。
92.在一个实施方式中，预应力支撑结构11内沿第一方向或称沿预应力支撑 结构11长度方向设置有预应力筋115。本实施例中的预应力支撑结构11包 括第一预应力梁111和第二预应力梁112，因此，第一预应力梁111和第二 预应力梁112内分别设置有预应力筋115。根据设计需要，预应力筋115的 数量可以不同，比如，本实施例中，第一预应力梁111设置有两根预应力筋 115，而第二预应力梁112设置有四根预应力筋115。
93.需要说明的是，第一预应力梁111和第二预应力梁112内还预埋预应力 波纹管，预应力筋115穿设在预应力波纹管内。
94.本实施例的大跨度预应力垭口梁10的施工方法，包括以下步骤：
95.步骤s10、沿第一方向设置预应力支撑结构，且使预应力支撑结构与环 境结构连接，对预应力支撑结构进行预应力张拉使其成为预应力梁。
96.具体包括：
97.步骤s11、建立大跨度预应力垭口梁的有限元模型，并进行变形分析和 计算，确定预应力支撑结构的起拱值；
98.步骤s12、根据起拱值搭设模板及支架，进行预应力支撑结构以及与其 连接的环境结构的混凝土浇注施工，施工出与环境结构连接的预起拱的预应 力支撑结构；其中，预应力支撑结构包括沿第一方向设置且分别与环境结构 连接的第一预应力梁和第二预应力梁，第一预应力梁与第二预应力梁在第二 方向上相互间隔设置；
99.步骤s13、安装变形监测设备，对预应力支撑结构进行全生命周期变形 监测；
100.步骤s14、安装预应力筋，对预应力支撑结构进行分级预应力张拉使其 成为预应力梁。
101.步骤s20、预应力支撑结构完成预应力张拉后，施工压顶梁，使压顶梁 与预应力支撑结构连接形成大跨度预应力垭口梁，压顶梁的至少一个平面设 置为垭口梁的装配面。
102.步骤s20包括以下步骤：
103.步骤s21、结合有限元模型的变形分析结果和变形监测设备的变形监测 结果，判定预应力支撑结构是否变形充分，若否，则进入步骤s22，若是， 则进入步骤s23；
104.步骤s22、静置等待，直至预应力支撑结构变形充分后，进入步骤s23；
105.步骤s23、根据垭口梁的装配面的尺寸搭设模板及支架，在预应力支撑 结构上植筋，进行压顶梁的混凝土浇注施工，施工出具有装配面的压顶梁。
106.进一步具体的，采用有限元软件(abaqus软件)建立大跨度预应力垭口 梁10的有限元模型，并进行变形分析和计算，确定预应力支撑结构11的起 拱值，拟合起拱曲线。当然，也可确定压顶梁12的起拱值。其中，变形分 析和计算包括大跨度预应力垭口梁10的弹性变形、预应力起拱值、长期变 形、施工中的模板及支架的变形分析和计算。如图4所示为本实施例中大跨 度预应力垭口梁10的起拱曲线拟合结构示意图，起拱高度单位为mm。
107.根据起拱值搭设模板及支架，进行钢筋绑扎，安装沿第一方向设置的预 应力波纹管，进行预应力支撑结构11以及与其连接的环境结构的混凝土浇 注施工，混凝土达到设计强度后，拆模，施工出预起拱的预应力支撑结构11。
108.具体的，根据起拱值搭设施工预应力支撑结构11的底模板以及支撑该底 模板的支架。支架采用碗扣架，由立杆和横杆相连接构成，支架的顶端设置 有与底模板连接的立杆顶托，通过调节立杆顶托的高度，调节底模板的起拱 高度。实际施工时，从拟施工的预应力支撑结构11的中心开始，按立杆沿 第一方向的间距的2-5倍向预应力支撑结构11的两端按拟合起拱曲线的折线 确定起拱高度。
109.底模板支设完成后，在底模板上设置侧模板，形成浇注连接底板114、 第一预应力梁111和第二预应力梁112的浇注腔。并在浇筑腔内绑扎钢筋， 设置钢筋笼和预应力波纹管。预应力管道接头处应用塑料胶带(聚丙烯)包扎 好，同时必须严格检查预应力波纹管有无破损，发现破损点必须用塑料胶带 包扎好。先浇注用于形成连接底板114的混凝土，待连接底板114的混凝土 的强度达到设计要求后，再浇注用于形成第一预应力梁111和第二预应力梁 112的混凝土，待第一预应力梁111，第二预应力梁112的强度达到设计要求 后拆侧模板。当然，也可先浇注用于形成第一预应力梁111和第二预应力梁 112的混凝土，再浇注用于形成连接底板114的混凝土。
110.在第一预应力梁111和第二预应力梁112的侧端，安装变形监测设备， 对预应力支
撑结构11进行全生命周期变形监测。
111.利用全站仪和基于物联网lora无线通信技术的变形监测设备对第一预 应力梁111和第二预应力梁112进行全生命周期变形自动监测，验证有限元 模型模拟的变形分析和计算结果，并为后续的压顶梁12的施工时机提供数 据支持。
112.安装预应力筋115，使预应力筋115穿入预应力波纹管，对预应力支撑 结构11进行分级预应力张拉使其成为预应力梁。本实施例中，分两级张拉 预应力，第一次张拉50％后，根据现场变形监测设备实测变形值与有限元模 型模拟计算值的差值调整第二次预应力张拉力以抵消误差。预应力张拉完成 后拆除用于施工预应力支撑结构11的底模板以及支架。
113.预应力支撑结构11静置一段时间后，结合有限元模型的变形分析结果和 变形监测设备的变形监测结果，判定预应力支撑结构11是否变形充分。
114.若否，则静置等待，直至预应力支撑结构11变形充分。
115.若是，则根据垭口梁的装配面的尺寸搭设用于浇注压顶梁12的压顶底 板121的底模板及支架，在第一预应力梁111的侧端，对应压顶底板121的 高度的区域植筋，在拟施工的压顶底板121的区域内进行钢筋绑扎，并与第 一预应力梁111上的植筋绑扎或焊接固连，搭设用于浇注压顶底板121的侧 模板形成浇注腔后，浇注用于形成压顶底板121的混凝土，待混凝土达到设 计强度后，进行压顶侧板122的浇注施工。压顶侧板122浇注施工时，同样 需要支设侧模板。压顶侧板122与第一预应力梁111之间设置有竖向的钢板， 作为浇注压顶侧板122的侧模板，在浇注完成后，可以不拆除，永久停留在 压顶梁12内，提高其强度和刚度，并可有效避免竖向变形。
116.压顶侧板122施工成型后，在压顶侧板122与第一预应力梁111之间的 拟浇注压顶底板121的区域铺设内置在压顶梁12内的第一底模板。在第一 预应力梁111与第二预应力梁112之间的拟浇注连接顶板113的区域铺设内 置在预应力支撑结构11内的第二底模板。该第一底模板和第二底模板可以 均为钢板。再相应的支设侧模板，铺设一体式顶板结构13钢筋后浇注混凝 土，形成一体式顶板结构13。
117.在一个实施例中，该一体式顶板结构13还与看台结构30搭接，包括内 部钢筋的搭接和浇注混凝土的连接。
118.如图8所示，本发明还提出一种海工水池，包括造波池50和主水池60。
119.造波池50的池底标高高于主水池60的池底标高，且造波池50与主水 池60连通，造波池50用于造出涌向主水池60的孤立波，造波池50的池顶 标高与主水池60的池顶标高相同。造波池50具体的造波设备采用现有设备， 本实施例不进行具体限定。
120.在一个实施例中，造波池50的水深为3米，主水池60的水深为11米。
121.主水池60包括水池底板61以及预应力垭口结构。预应力垭口结构包括 大跨度预应力垭口梁10和环境结构。大跨度预应力垭口梁10包括预应力支 撑结构11和压顶梁12。环境结构包括水池结构20。
122.水池结构20包括结构柱21和水池侧壁22，结构柱21沿水池结构20的 周向间隔设置多个，水池侧壁22沿水池结构20的周向设置，且连接多个结 构柱21。水池侧壁22上设置有预留洞口，在一个实施例中，主水池60的水 池侧壁22上的预留洞口有多个。
123.预留洞口的沿第一方向的两个侧端分别设置有一个结构柱21。
124.大跨度预应力垭口梁10设置在预留洞口的顶端，预应力支撑结构11与 结构柱21
连接。
125.水池结构20设置在水池底板61的顶端，水池侧壁22上设置有多个预 留洞口。设置在预留洞口的顶端的大跨度预应力垭口梁10的顶端标高低于 主水池60内的静水位标高。
126.在一个实施例中，大跨度预应力垭口梁10的顶端标高低于主水池60内 的静水位标高2.7-3米。
127.在一个实施例中，海工水池的迎水面的各个边角处均进行倒圆角处理。 来减轻海洋生物对结构撞击所造成的伤害。
128.海工水池的迎水面还设置有防水层，防水层应确保材料的无毒性以及迎 水面的整体密封性和平整度(2m/2mm)。避免后期海洋生物对防水层或迎水 面突出状物的撕咬。
129.如图8所示，海工水池的水池侧壁22的多个预留洞口中，至少一个预 留洞口的顶端的大跨度预应力垭口梁10为弧形梁。对应的，安装在该弧形 梁处的预留洞口内的亚克力玻璃40为在水平面上外凸或内凹的弧面结构。
130.如图9所示，海工水池的水池侧壁22的多个预留洞口中，至少一个预 留洞口的两个侧端的结构柱为弧形柱。弧形柱的底端与水池底板61连接， 弧形柱的顶端与大跨度预应力垭口梁10的预应力支撑结构11连接。从而安 装在该预留洞口中的亚克力玻璃40为在竖立面上外凸的弧面结构。
131.在一个实施例中，设置弧形柱的预留洞口位于造波池50与主水池60连 通的水池侧壁22处。且弧形柱的底端与主水池60的水池底板61连接，弧 形柱的顶端朝位于主水池60的背水面的造波池方向弯曲。
132.在一个实施例中，如图10所示，主水池60的水池侧壁上设置有多道水 平施工缝62。多道水平施工缝62以主水池60的水池侧壁22的多个预留洞 口的底部标高和顶部标高作为分层设计标高。水平施工缝62将拟施工的主 水池的水池结构分为水平的多个施工层，以便于由下至上逐层进行多个施工 层的混凝土浇注施工。其中，至少一个施工层内包含有大跨度预应力垭口梁。 至少一个施工层内包含有结构柱和水池侧壁。
133.造波池50和主水池60的迎水面设置有保护层，保护层包括钢筋网片以 及包裹钢筋网片的混凝土层，混凝土层掺有抗裂纤维；抗裂纤维的掺量为 0.4-0.8kg/m3。
134.在一个实施例中，混凝土层由凝胶材料、抗裂纤维、粗骨料、细骨料、 减水剂、膨胀剂和水混合而成，其中，凝胶材料由50％的水泥、20％的粉煤 灰和30％的矿粉混合而成；抗裂纤维的掺量为0.6kg/m3。
135.在一个实施例中，钢筋网片为不锈钢钢筋网片。抗裂纤维的掺量为 0.4kg/m3。在一个实施例中，抗裂纤维的掺量为0.8kg/m3。
136.需要说明的是，上述配比的混凝土层的材料也可用于造波池和主水池的 其他结构的混凝土浇注施工中。
137.具体的：
138.(1)水泥
139.宜采用强度等级不低于42.5的硅酸盐水泥，水泥质量必须符合《通用硅 酸盐水泥》(gb175-2007)的要求，水泥中的氯离子含量应小于0.03％，c3a 含量不宜超过8％。
140.(2)矿粉
141.宜采用比表面积400～450m2/kg范围的s95级粒化高炉矿渣粉，矿渣粉 应符合现
行国家标准《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》(gb/t 18046-2008)的规定。
142.(3)粉煤灰
143.粉煤灰应采用原状粉煤灰，细度(45μm方孔筛筛余)不大于15％，需 水量比不大于100％，其它检测指标应符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》 (gb/t 1596-2005)要求。
144.(4)粗骨料
145.粗骨料宜采用反击破或圆锥破工艺生产的坚硬碎石，最大公称粒径不宜 大于25mm，粗石、细石混合使用的混合级配其紧密堆积空隙率不应大于 40％，且不得使用具有潜在碱活性的骨料。
146.(5)细骨料
147.宜选用颗粒坚硬、强度高、耐风化的天然河砂，细度模数宜为2.6～3.0 的ⅱ区中砂，砂的氯离子含量和含泥量应作为重点指标控制。
148.(6)减水剂
149.宜选用标准型或缓凝型高性能减水剂，减水剂的减水率宜大于25％，且 应与胶凝材料匹配良好，所配置的混凝土坍落度损失小，其他质量还应符合 现行国家标准《混凝土外加剂》(gb 8076)、《混凝土外加剂应用技术规范》 (gb 50119)的有关规定。
150.(7)膨胀剂
151.需要混合使用高性能减水剂、膨胀剂时，应事先专门测定它们之间的相 容性。膨胀剂应满足《混凝土膨胀剂》(gb 23439-2009)规范的要求。
152.(8)拌和水、养护用水
153.宜采用饮用水，严禁使用未经处理的海水、工业污水和ph值小于5的 酸性水。水中的氯离子含量应不大于200mg/l，硫酸盐含量(按so42-计) 不大于500mg/l，且不应含有影响水泥正常凝结与硬化的有害杂质及油脂、 糖类、游离酸类、碱、盐、有机物或其它有害物质。水质化学分析应按现行 行业标准《公路工程水质分析操作规程》(jtj056)执行。除满足上述规定外， 混凝土拌和、养护用水尚应符合现行行业标准《混凝土用水标准》(jgj63) 的有关规定。
154.胶凝材料水化热试验
155.对不同搅拌站取回的水泥样品进行了7天的水化放热试验，同时测试不 同配比的复合胶凝材料(以下均为重量百分比)(55％水泥 15％粉煤灰 30％ 矿粉；50％水泥 20％粉煤灰 30％矿粉；45％水泥 18％粉煤灰 27％矿粉 10％ 膨胀剂)的水化热，经试验确定，胶凝材料采用50％水泥 20％粉煤灰 30％ 矿粉复合胶凝材料的胶凝材料水化放热总量显著降低，7天的放热总量仅为 纯水泥的80％，水化放热速率峰值由3.1mw/g降为1.8mw/g，峰值出现的时 间也推迟到14.5h，说明采用粉煤灰与矿渣粉复掺可显著降低混凝土内的绝 热温升值，有利于大体积混凝土的控裂。
156.由于海工水池的迎水面环境类别为
ⅲ‑
d，在一个实施例中，保护层的厚 度为60mm，60mm厚的保护层内采用钢筋网片进行加强，提高抗裂及抗渗 性能。钢筋网片直径为2.5mm，间距为100，每片的尺寸为1000*2000mm， 施工时钢筋网片满覆盖保护层的迎水面，采用镀锌铁丝进行绑扎固定。
157.海工水池的施工方法，包括以下步骤：
158.首先施工水池底板，待施工完水池底板后，以主水池的水池侧壁的多个 预留洞口
的底部标高和顶部标高作为分层设计标高，设置多道水平施工缝； 支设模板；利用水平施工缝将拟施工的主水池的水池结构分为水平的多个施 工层，由下至上逐层进行多个施工层的混凝土浇注施工，以完成主水池的施 工；其中，至少一个施工层内包含有大跨度预应力垭口梁。至少一个施工层 内包含有结构柱和水池侧壁。至少一个预留洞口的两个侧端的结构柱为弧形 柱；至少一个预留洞口的顶端的大跨度预应力垭口梁为弧形梁。由下至上逐 层进行多个施工层的混凝土浇注施工包括结构柱、水池侧壁和大跨度预应力 垭口梁的浇注施工。
159.主水池施工过程中同步进行造波池的施工，或造波池与主水池分别独立 施工。其中，造波池的施工包括造波设备的安装施工。主水池和造波池的施 工还包括防水层和保护层的施工。
160.主水池和造波池施工完成并检验通过后，向主水池和造波池内灌入海 水。其中，主水池内的预留洞口的顶端的大跨度预应力垭口梁的顶端标高低 于主水池内的灌入海水的静水位标高。
161.在一个实施例中，海工水池包括相连通的大鱼展览池和多个暂养池。大 鱼展览池包括上述实施例中相连通的造波池和主水池。造波池与主水池作为 一个整体的大鱼展览池施工，而多个暂养池相对独立，且分别与大鱼展览池 连通。大鱼展览池的造波池和主水池分别独立施工或同步施工。
162.在一个实施例中，海工水池的施工方法为：设置竖向施工缝，利用竖向 施工缝将大鱼展览池与暂养池分隔开，大鱼展览池和暂养池分别独立施工。
163.大鱼展览池的造波池和主水池分别独立施工。
164.在一个实施例中，将主水池的每个施工层分为多个施工段，同一个施工 层的多个施工段分别同步施工，且相邻施工段之间设置有施工缝。
165.在一个实施例中，海工水池的施工方法为：设置竖向施工缝，利用竖向 施工缝将大鱼展览池与暂养池分隔开，大鱼展览池和暂养池分别独立施工。
166.大鱼展览池的造波池和主水池同步施工。
167.其中，大鱼展览池的进一步施工方法为：施工完水池底板后，以主水池 的水池侧壁的多个预留洞口的底部标高和顶部标高作为分层设计标高，设置 多道水平施工缝。支设模板。利用水平施工缝将拟施工的造波池和主水池分 为水平的多个施工层，由下至上逐层进行多个施工层的混凝土浇注施工，以 完成大鱼展览池的施工。
168.以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于 上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应 当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下 的若干改进和润饰，同样也应视为本发明的保护范围。