填充墻構造柱混凝土泵送頂升免振搗應用技術

李 斌， 常東明， 楊建斌， 劉 申

（1．安徽建筑大學 土木工程學院，安徽 合肥 230022；2．中國十七冶集團有限公司，安徽 合肥 243000）

大量工程實踐表明，構造柱對建筑結構抗震性能的提高起著不容忽視的作用，這種情況在多高層結構體系中表現(xiàn)的尤為突出［1］。構造柱在結構體系中雖然不作為主要受力構件，但是通過與圈梁、框架梁的可靠連接使砌體結構形成穩(wěn)定的受力整體、限制砌體裂縫的展開、延緩或阻止砌體倒塌而明顯增強了建筑物的抗震性能。有鑒于此，非常有必要研究構造柱的設計與施工質(zhì)量。目前，針對我國新型農(nóng)村城鎮(zhèn)化建設的趨勢有學者研究出了一種裝配式構造柱新技術，其特點是圈梁和構造柱由特制的預制塊砌筑而成，將傳統(tǒng)圈梁和構造柱的現(xiàn)澆鋼筋混凝土施工工藝改變?yōu)橐云鲋橹鞯氖┕すに?，這種新技術雖然能滿足抗震性能要求，但是在高層建筑結構中仍然不能與現(xiàn)澆鋼筋混凝土構造柱抗震性能相比［2］。

近年來，隨著混凝土頂升施工技術的不斷發(fā)展，與之相關聯(lián)的技術也得以不斷出現(xiàn)［3］，本文根據(jù)混凝土頂升技術開發(fā)出的免振搗自密實混凝土構造柱施工工藝，設計出特定的模板體系，這種模板體系能夠滿足頂升免振搗混凝土澆筑過程中對模板的剛度、強度要求。

1 傳統(tǒng)構造柱施工存在的問題

傳統(tǒng)構造柱混凝土澆筑方法采用立體澆筑方式，在模板支撐體系完成后由模板上部側面入料口處灌入混凝土，分層澆筑，分層振搗，直至完成混凝土澆筑施工。該種施工工藝存在以下問題。

（1）混凝土振搗不充分。框架結構中的構造柱混凝土澆筑是在填充墻砌筑完畢后進行，由于構造柱與填充墻位置有呈“T”型、“L”型、“十”字型布置，混凝土澆灌、振搗操作空間受到限制，混凝土入模后易產(chǎn)生:振動器插入柱腔內(nèi)，不易移動，形成過振現(xiàn)象，造成混凝土離析；插入深度不夠，形成漏振，致使混凝土振搗不充分，產(chǎn)生混凝土外觀質(zhì)量缺陷；插入式振動器無法插入構造柱內(nèi)進行混凝土振搗，便通過模板外側或墻體傳振，致使混凝土振搗不充分等。

（2）構造柱混凝土外觀成型質(zhì)量不穩(wěn)定。按目前常規(guī)的構造柱施工工藝，構造柱混凝土外觀成型質(zhì)量由于施工中諸多因素影響，普遍存在疏松、裂紋、蜂窩、漏漿、孔洞等質(zhì)量缺陷，甚至出現(xiàn)露筋現(xiàn)象。

（3）模板損耗大，施工成本高。構造柱與填充墻位置呈“一”型、“L”型、“T”型、“十”字型等，一般采用留設腳手眼穿鋼管支模法、“步步緊”加固模板施工法、鉆孔開眼加固模板法等，常用木模板或組合鋼模板安裝，由于模板、模板外楞、緊固件等不斷裝拆，模板損耗大，施工成本高。

（4）構造柱頂與梁（板）連接不密實。目前的施工工藝在構造柱模板頂端30－40cm范圍內(nèi)留混凝土入?？?，混凝土澆筑至此后，將混凝土填實至梁底，不振搗，待拆模后，梁底的縫隙用細石混凝土塞實。因此構造柱頂端30－40cm范圍內(nèi)混凝土密實度較差。甚至會出現(xiàn)粉刷后開裂現(xiàn)象。

（5）構造柱施工功效低。構造柱混凝土施工由安裝模板——安裝緊固件——澆筑混凝土——拆除緊固件——拆除模板——梁底塞實混凝土等工序完成，通常一個構造柱有2個木工、2個混凝土工、1－2個小工組成，每天能完成3－5個構造柱，因此構造柱施工效率低，勞動力成本高，并且浪費材料，施工成本高。

2 泵送頂升免振搗構造柱模板設計

構造柱泵送頂升免振搗混凝土施工方案順利實施的關鍵取決于設計模板能否滿足在泵送頂升混凝土澆筑過程中時變荷載作用下的剛度、強度、穩(wěn)定性等要求。

2．1 模板材料選擇

（1）進料管:選用鋼管，總長370mm（水平投影），外徑80mm，壁厚4mm，端部100mm直管，局部設37°等直徑彎管。

（2）底座鋼模板:選用鋼模，按構造柱尺寸制作高600mm、寬450mm，進料管與前側鋼模板焊接成整體，前側鋼模板上特定位置設有一寬12mm，長170mm止回閥手柄滑動軌道，前側鋼模板通過四根對拉螺栓與另一側鋼板拉緊。

（3）止回閥:長360mm，厚5mm，鋼板前端為半徑為60mm的半圓，后端為長300mm、寬120mm的矩形，鋼板四周邊緣打磨成半徑為5mm的圓弧狀。

（4）上部組合模板:選用木模板，高600mm，寬444mm，厚20mm；木模板外包3mm厚鐵皮并嵌入鐵皮（高600mm，寬450mm）凹槽內(nèi)，鐵皮面相向，通過2根角鋼（高600mm，寬50mm）和7根對拉螺栓固定前后側模板。最后一塊組合模板的木模板、鐵皮以及角鋼高度視實際情況而定。

（5）泄壓管:選用鍍鋅鐵皮。

（6）對拉螺栓:選用 M12螺紋鋼，材質(zhì)為Q235鋼。

（7）外鋼楞:選用等邊角鋼，尺寸為50mm×50mm，高600mm，壁厚3mm。

模板體系大樣圖、模板上部泄壓管分別如圖1、圖2所示。

2．2 模板體系構造

底座鋼模板在構造柱馬牙槎最底部，組合木模板在底座鋼模板上部，前后兩側底座鋼模板和前后兩側組合木模板通過對拉螺栓連接拉緊，其中，螺栓間距為29cm，組合木模板頂端的前側設有泄壓管，底座鋼模板的前側設有進料管和止回閥，分別如圖3、圖4所示。

圖1 模板體系大樣

圖2 泄壓管大樣

圖3 進料管大樣

2．3 模板體系安裝

在模板安裝之前要先檢查驗收砌體結構施工質(zhì)量，要求構造柱兩側砌筑強度達到設計值80%以上，一般至少砌筑完成14天。要求鋼筋綁扎整齊、每個接頭都采用鐵絲綁扎牢固，柱底清理干凈，底部平整［4］。

圖4 止回閥大樣

安裝模板時，首先沿構造柱磚墻邊緣粘貼雙面膠貼條，然后安裝底座鋼模板、上部組合模板，底部采用對拉螺栓連接，上部組合模板、接縫處采用角鋼和對拉螺栓拉緊，使模板與墻面結合處密實，最后，檢查校正模板平整度、垂直度，將進料口與泵管連接。

3 泵送頂升免振搗構造柱安全性驗算

3．1 混凝土側壓力

混凝土的澆筑速度與混凝土初凝時間是影響泵送新澆混凝土對鋼模板側壓力的兩個主要因素。根據(jù)《混凝土結構工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》，新澆筑混凝土作用于模板上的最大側壓力可按照下列2個公式計算得出，并取兩者中的較小值［5－6］。

式中，F(xiàn)——新澆筑混凝土的最大側壓力（KN／m2）；

V——混凝土的澆筑速度（m3／h）；

H——混凝土側壓力計算處至新澆筑混凝土頂面的高度（m）；

β1——外加劑影響修正系數(shù)，不摻外加劑時取1．0，摻加具有緩凝作用的外加劑時取1．2；

β2——混凝土坍落度修正系數(shù)，當坍落度小于30mm時，取0．85；坍落度在50～90mm范圍時，取1．0；坍落度在110～150mm范圍時，取1．15；

γc——混凝土密度（KN／m3）；

t0——新澆筑混凝土初凝時間（h），當缺乏試驗資料時，可采用公式t0＝200／（T＋15）計算，其中T為混凝土溫度。

根據(jù)泵送頂升免振搗混凝土澆筑的相關規(guī)定及資料，取v＝0．009m3／s，H＝2．4m，β1＝1．2，β2＝1．5，γc＝24kN／m2，t0＝4．88h。

以上參數(shù)帶入（1）、（2）式，有F1＝202．40kN／m2，F(xiàn)2＝24×2．4＝57．6kN／m2，比較兩者大小，取較小值F2＝57．6kN／m2，則新澆混凝土對模板側壓力F設＝F1×分項系數(shù)＝57．6×1．2＝69．12kN／m2。

3．2 模板體系安全分析

（1）木模板抗彎強度和撓度。木模板彈性模量E＝4．0×103N／mm2，截面慣性距I＝2．33×105mm4，截面抵抗距W＝2．33×104mm3，計算簡圖如圖5所示，計算承載力時q＝0．29×69．12＝20．04N／mm。

圖5 木模板計算簡圖

①彎強度驗算

彎矩M＝4．23×105N·mm，故σ＝18．15N／mm2＜fm。fm＝20MPa，滿足要求。

當螺栓布置間距為50cm時，計算結果如下:

1）抗彎強度驗算

計算承載力時q＝0．50×69．12＝34．56kN／m。

彎矩M＝7．27×105N·mm，故σ＝31．19MPa＜fm，滿足要求。

螺栓間距越大，對模板承載力要求越高。但就本工程實例計算表明當螺栓間距大于50cm，仍能滿足要求。根據(jù)相關施工規(guī)范和工程實例經(jīng)驗，螺栓間距布置不易大于50cm，故螺栓間距最大取50cm。

（2）外鋼楞抗彎強度和撓度

外鋼楞截面慣性距I＝7．84×104mm4，截面抵抗距W＝5．36×104mm3，彈性模量E＝2．06×105N／mm2。按均布荷載計算時鋼楞上荷載可看成由面荷載傳遞到線荷載而產(chǎn)生，q＝0．5×69．12×350＝12．096N／mm。計算簡圖如圖6所示。

圖6 鋼楞計算簡圖

圖7 對拉螺栓計算簡圖

①抗彎強度驗算

（3）對拉螺栓抗拉強度

每個螺栓看成兩個固定鉸支座，其計算簡圖如圖7所示。

其中ft＜［f］＝140．48N／mm2，滿足要求。

上述計算表明，模板體系可以滿足泵送頂升免振搗混凝土施工要求，模板體系具有安全可行性。

4 泵送頂升免振搗構造柱施工工藝流程

泵送頂升免振搗構造柱施工工藝流程如圖8所示:

圖8 泵送頂升免振搗構造柱施工工藝流程圖

5 工程應用分析

填充墻構造柱混凝土泵送頂升免振搗技術應用于蚌埠金融中心工程，該工程為核心筒框架結構，地上25層，地下1層。填充墻構造柱截面尺寸為200mm＊240mm，砌筑墻體留設馬牙槎，采用泵送頂升免振搗技術施工。

采用填充墻構造柱混凝土泵送頂升免振搗技術施工，以單個構造柱計算，耗費人工費71．11元，模板及設施費37．4元，合計108．51元；同比，采用傳統(tǒng)混凝土構造柱施工方案，耗費人工費205元，模板費及設施費86．4元，合計291．4元。通過以上對比分析可得出:采用填充墻構造柱泵送頂升免振搗施工技術，耗費的人工費、模板費及設施費總和比傳動混凝土構造柱施工可節(jié)約182．89元，經(jīng)濟效益明顯。

6 結 論

本文以蚌埠金融中心工程填充墻構造柱混凝土采用泵送頂升免振搗工藝，并對該工藝的原理、力學性能進行分析和研究，得出以下結論:

（1）框架結構填充墻構造柱泵送頂升免振搗混凝土模板體系滿足強度、剛度、穩(wěn)定性要求，具有技術可行性。

（2）模板體系可以按照構造柱尺寸批量生產(chǎn)，現(xiàn)場組裝，提高構造柱施工效率、縮短工期。

（3）構造柱混凝土密實性好，保證了工程質(zhì)量。同時，模板可多次重復使用，節(jié)約了模板，具有經(jīng)濟合理性。

（4）施工無振動噪聲，符合國家綠色施工和節(jié)能環(huán)保要求，可在工程中廣泛應用。

致謝:感謝蚌埠金融中心構造柱泵送頂升免振搗混凝土技術創(chuàng)新研究項目對本文的支持。

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