帶有負(fù)重的斜圓柱施工方法研究

馮瑞麗

中建二局第二建筑工程有限公司 河南 鄭州 450044

1 工程概況

鄭州商都遺址博物院和鄭州市文物考古研究院建設(shè)項目4D影院部位的柱為圓柱，直徑1 000 mm，在－2.1 m以下為直圓柱，直圓柱共計16根，其中7根從－11.9 m標(biāo)高生根，9根從－6.0 m標(biāo)高生根，至－2.1 m標(biāo)高其中一根圓柱收頭，剩余15根在－2.1 m標(biāo)高以上與地面傾斜76°角呈發(fā)散狀佇立。

2 施工難點

1）本工程斜圓柱在空中僅與環(huán)形框架梁有連接，加上400 kg鋼埋件的影響，其柱子中心位置極易發(fā)生偏移，給現(xiàn)場斜柱角度校核工作帶來了很大麻煩。

2）埋件為厚30 mm鋼板，長1.545 m，每個埋件有22根φ25 mm抗剪鍵（三級鋼），沿長度方向均勻分布4個寬度100 mm、厚25 mm的抗剪板（鋼板）。斜柱縱向受力鋼筋為20φ32 mm，箍筋為φ12 mm@100 mm；環(huán)形框架梁在4.40 m及9.35 m標(biāo)高截面尺寸及配筋分別為500 mm×1 000 mm（上層鋼筋8根φ25 mm，底層鋼筋12根φ25 mm，N8φ20 mm），500 mm×800 mm（上層鋼筋8根φ25 mm，底層鋼筋10根φ25 mm，N6φ20 mm），埋件與圓柱鋼筋筋、框架梁鋼筋相互交叉重疊，穿筋操作難。

3）埋件的安裝和固定難度大。

4）由于4D影院位置的特殊性，塔吊覆蓋不到且汽車泵無法靠近，加上節(jié)點處鋼筋密集且斜圓柱中間無現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)板，混凝土澆筑困難。

3 施工技術(shù)及操作要點

3.1 斜圓柱坐標(biāo)定位及斜度校核

15根斜圓柱沿圓形布置，擁有共同圓心，相鄰2根柱子與中央圓心成22.5°圓心角，結(jié)合現(xiàn)場實際情況，經(jīng)過多種方案的分析比較，采用在15根斜圓柱中間搭設(shè)測量平臺，在平臺上確定圓心，進(jìn)行圓柱坐標(biāo)定位和角度復(fù)核。圓柱不同標(biāo)高位置的中心與圓心之間的距離運(yùn)用AutoCAD軟件及BIM技術(shù)進(jìn)行標(biāo)點和計算。

測量平臺兼作布料機(jī)操作平臺，采用鋼管搭設(shè)，尺寸10 m×10 m，鋼管立桿間距600 mm×600 mm[1-2]。

3.2 鋼筋工程施工

3.2.1 施工工藝流程

1）－2.1～4.4 m斜圓柱鋼筋綁扎工藝流程：斜柱鋼筋插筋→埋件以下箍筋安裝→4.25 m標(biāo)高埋件安裝（埋件范圍的外箍筋穿插進(jìn)行）→用手拉葫蘆進(jìn)行埋件位置及角度校正→4.4 m標(biāo)高框架梁鋼筋綁扎→通過測量圓心與斜圓柱中心距離的方式進(jìn)行斜柱鋼筋斜度校正及定位。

2）4.40～9.35 m斜圓柱鋼筋綁扎工藝流程：斜柱鋼筋綁扎→通過測量圓心與斜圓柱中心距離的方式進(jìn)行斜柱鋼筋斜度校正及定位→9.35 m標(biāo)高框架梁鋼筋綁扎→9.35 m標(biāo)高埋件安裝→用手拉葫蘆進(jìn)行角度校正。

3.2.2 鋼筋施工要點

1）應(yīng)用BIM技術(shù)。鑒于節(jié)點處存在鋼筋與預(yù)埋件錯綜復(fù)雜的特點，應(yīng)用BIM技術(shù)，并通過與傳統(tǒng)二維圖紙深化進(jìn)行比較，體現(xiàn)出了采用BIM技術(shù)進(jìn)行復(fù)雜節(jié)點深化設(shè)計的優(yōu)勢。深化設(shè)計時需要綜合考慮鋼筋間位置關(guān)系以及鋼筋與預(yù)埋件的位置關(guān)系，進(jìn)行合理排布，保證鋼筋全數(shù)通過。由BIM模型形成剖面圖，方便現(xiàn)場攜帶，也便于指導(dǎo)施工。

2）鋼筋預(yù)埋時必須準(zhǔn)確定位。采用BIM技術(shù)，以鋼筋在構(gòu)件中等間距布置原則，對此節(jié)點進(jìn)行建模，建模完成后對梁柱鋼筋和預(yù)埋件進(jìn)行碰撞檢查，對產(chǎn)生碰撞的鋼筋位置進(jìn)行調(diào)整，以預(yù)埋件上抗剪板的定位作為基準(zhǔn)，調(diào)整斜柱主筋的排布。施工現(xiàn)場斜圓柱鋼筋插筋時必須按照BIM模型進(jìn)行準(zhǔn)確定位。

3）優(yōu)化節(jié)點設(shè)計。梁柱節(jié)點鋼筋非常密集，考慮到結(jié)構(gòu)特點，經(jīng)設(shè)計院同意，埋件位置的內(nèi)箍改為拉鉤形式。通過排布埋件位置的節(jié)點模型看出，在抗剪板位置的斜柱鋼筋如果繞開抗剪板及抗剪鍵，其鋼筋間距會增大至275 mm，不能滿足設(shè)計要求，而抗剪板和抗剪鍵間的距離只有50 mm，斜柱鋼筋從二者之間穿筋相當(dāng)困難。為解決這個問題，將抗剪板適當(dāng)切口，從而保證主筋順利穿過（圖1）。

4）框架梁鋼筋數(shù)量多，鋼筋凈距接近于鋼筋允許最小距離，綁扎環(huán)形梁鋼筋時應(yīng)嚴(yán)格按畫好的位置線控制空間位置。為方便混凝土振搗，梁內(nèi)主筋豎向應(yīng)保證與斜圓柱角度一致。

5）梁柱主筋接頭采用直螺紋連接，均為一級接頭。

3.3 預(yù)埋件安裝

現(xiàn)場鋼結(jié)構(gòu)預(yù)埋件重達(dá)400 kg，且在塔吊的覆蓋范圍之外，吊車也無法靠近。針對這種情況，采取了以下措施：

1）在圓柱上部搭設(shè)鋼管支架，安裝固定手拉葫蘆，利用手拉葫蘆進(jìn)行鋼埋件的初步吊裝工作。

2）鋼埋件吊裝到相應(yīng)位置后，根據(jù)施工圖紙，對鋼埋件的位置進(jìn)行調(diào)整，保證埋件中心位置偏差≤5 mm，以便后期鋼梁的安裝工作順利進(jìn)行。

3）將手拉葫蘆鏈條一側(cè)固定于鋼埋件上，另一側(cè)固定于中間架體平臺上，利用鏈條斜拉著鋼埋件，減小鋼埋件對柱子的傾覆作用（圖2）。

圖1 節(jié)點位置鋼筋排布

圖2 鋼埋件固定

3.4 模板工程施工

3.4.1 模板的選擇與配置

1）該工程柱子截面為圓形，直徑為1 000 mm，給模板的制作、加工、安裝帶來了困難，而采用傳統(tǒng)的自制木模、小鋼模，會造成梁柱節(jié)點拼縫不嚴(yán)及梁柱節(jié)點處拼縫漏漿等問題。為此，根據(jù)柱高、角度及截面尺寸等參數(shù)，定制圓弧木模板，木模板由專業(yè)廠家生產(chǎn)，質(zhì)量可靠。

2）通過安裝水平約束箍@200 mm對模板進(jìn)行固定，同時在模板傾斜側(cè)及其左右兩側(cè)加設(shè)木方，并用鋼管支撐固定木方，保證模板架體的穩(wěn)定性（圖3）。

圖3 斜柱模板加固完成

3.4.2 架體搭設(shè)

1）本位置的模板支設(shè)屬于高支模，架體搭設(shè)分2次進(jìn)行，搭設(shè)的難點在于：架體底標(biāo)高不同，分別從－2.1 m的地下室底板及－5.4 m的淺基坑基礎(chǔ)頂面上開始搭設(shè)；斜圓柱中間為鋼結(jié)構(gòu)，在混凝土澆筑期間為中空，必須充分考慮架體的穩(wěn)定性；必須充分考慮斜圓柱的側(cè)向傾覆。

2）架體搭設(shè)參數(shù)：環(huán)形梁底立桿縱向間距600 mm，梁兩側(cè)立桿橫距為梁寬＋600 mm，為增加架體整體穩(wěn)定性，斜圓柱兩側(cè)搭設(shè)雙排架兼作操作架，立桿縱距同梁底，橫距1 000 mm，同時為抵抗斜圓柱的傾斜力矩，每個斜圓柱位置搭設(shè)鋸齒狀架體[3-4]。

3.5 混凝土工程施工

3.5.1 澆筑順序

斜圓柱混凝土分層澆筑，第1次澆筑范圍為標(biāo)高－2.1～4.4 m的斜柱及框架梁，第2次混凝土范圍為標(biāo)高4.4 m以上的斜柱及框架梁。

3.5.2 澆筑方式

鑒于現(xiàn)場實際情況，在圓心位置搭設(shè)布料機(jī)操作平臺，將布料機(jī)架設(shè)于中央平臺上，進(jìn)行混凝土澆筑。

布料機(jī)操作平臺分2次搭設(shè)，第1次從－5.4 m（局部－2.1 m）搭設(shè)至4.0 m高度，操作平臺搭設(shè)尺寸為8 000 mm×8 000 mm，立桿頂部采用雙扣件連接。立桿橫向間距0.6 m，縱距0.6 m，步距1.5 m，平臺底面鋼管間距0.2 m；四周外圍連續(xù)設(shè)置豎向剪刀撐。轉(zhuǎn)料平臺面板采用木腳手板。同時在布料機(jī)四角用纜風(fēng)繩與地錨進(jìn)行拉結(jié)。

第2次搭設(shè)高度為15.2 m，操作平臺搭設(shè)尺寸為10 000 mm×10 000 mm，其他參數(shù)和要求與第1次一致。

3.5.3 澆筑注意事項

混凝土澆筑是斜圓柱施工的重中之重，由于斜柱的特殊造型，造成混凝土施工有以下幾個難點：

1）斜柱鋼筋較密，在斜柱底面呈一斜面，混凝土在向下輸送過程中，拌和物中的砂漿易被箍筋掛住，造成斜柱底部混凝土缺少砂漿。

2）振搗棒很難輸送至斜柱底部，在提升過程中，振搗棒容易被箍筋卡住。

3）在斜柱振搗過程中，混凝土中產(chǎn)生的氣泡不易被排出，會積聚在頂面模板下，造成頂面混凝土蜂窩、麻面，影響混凝土觀感。

針對以上難點，采取以下措施：

1）選用作用半徑較大的φ70 mm振搗棒，澆筑混凝土前先在柱根澆一層厚50 mm同柱混凝土強(qiáng)度等級的水泥砂漿，然后將振搗棒和膠管先插入斜柱中，隨澆筑混凝土隨提升振搗棒和膠管，每根斜柱振搗一次。

2）嚴(yán)格控制混凝土拌和物的坍落度和擴(kuò)展度為200～220 mm，否則不得使用。采用分層澆筑，嚴(yán)格控制每層高度不大于500 mm。

3）在斜柱頂面模板間隔2 000 mm開通氣孔。在澆筑斜柱混凝土?xí)r，設(shè)專人在頂面模板用橡膠錘輕振模板，同時觀察通氣槽的氣泡，盡量使氣泡從通氣槽排出。

4）由于斜圓柱和梁的交界處鋼筋較密集，振搗棒難以將混凝土振動密實，故在綁扎該處鋼筋時，留出空隙作為振搗棒插入的空間。另外，對這一部位，看模工人可用錘子敲擊模板，根據(jù)敲擊聲判斷混凝土的密實情況。

4 結(jié)語

鄭州商都遺址博物院和鄭州市文物考古研究院建設(shè)項目斜圓柱施工可借鑒的施工資料及案例較少，項目通過施工方案的優(yōu)化以及施工工藝的創(chuàng)新，對斜圓柱模板的選擇與配置、鋼筋綁扎、斜圓柱定位及混凝土澆筑等方面進(jìn)行了細(xì)致研究，采用加設(shè)手拉葫蘆、搭設(shè)架體平臺、采用定制圓弧木模板等一系列措施，大大提高了施工效率，施工過程安全，達(dá)到了預(yù)期的質(zhì)量效果。