基于構(gòu)造柱裝配式鋁模分段澆筑施工技術(shù)研究

李曉強(qiáng)

(中鐵十六局集團(tuán)城市建設(shè)發(fā)展有限公司 北京 100018)

1 引言

構(gòu)造柱是結(jié)構(gòu)建筑中重要的砼構(gòu)件。為了加強(qiáng)多層建筑二次結(jié)構(gòu)的抗震功效，規(guī)范要求須在二次結(jié)構(gòu)的砌筑內(nèi)部要求部位增設(shè)鋼筋混凝土柱使其與圈梁相接[1]，整體相連來增強(qiáng)建筑物的穩(wěn)定性能，這種加設(shè)的柱體通常被稱作構(gòu)造柱[2]。構(gòu)造柱不單一承載著豎向荷載，亦表現(xiàn)于承擔(dān)抗擊剪力、抗震等橫向的荷載。在整體結(jié)構(gòu)中，構(gòu)造柱的強(qiáng)度和抗剪能力在整體部分中占據(jù)著非常重要的位置。構(gòu)造柱施工過程中，整體模板安裝與澆筑工藝流程較為復(fù)雜且質(zhì)量隱患較多，本文就構(gòu)造柱模板安裝與澆筑工藝進(jìn)行研發(fā)，介紹新型施工方法、材料，以提高施工質(zhì)量、速度。

2 工程概況

曹妃甸保稅區(qū)工程項(xiàng)目位于河北省唐山市曹妃甸，地處唐山南部沿海、渤海灣中心地帶，毗鄰保稅區(qū)海關(guān)關(guān)口。項(xiàng)目由30座倉儲(chǔ)庫房和3座辦公樓組成[3]，本工程總建筑面積約17萬m2，結(jié)構(gòu)形式為鋼結(jié)構(gòu)及磚混結(jié)構(gòu)，其中二次結(jié)構(gòu)均為蒸壓加氣塊砌體，共計(jì)16 000 m3，構(gòu)造柱31 000根。

3 裝配式鋁模施工技術(shù)原理及關(guān)鍵技術(shù)

3.1 裝配式鋁模施工技術(shù)原理

裝配式鋁模由鋁板及對(duì)拉螺栓組成，鋁模采用廠家預(yù)制完成的厚度15 mm的異形及常規(guī)成型鋁模。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際構(gòu)造柱位置，常規(guī)構(gòu)造柱選用常規(guī)鋁模，陰陽轉(zhuǎn)角處選用異形鋁模、T型墻體連接處構(gòu)造柱選用常規(guī)鋁模配合異形鋁模。通過鋁模的安裝槽進(jìn)行構(gòu)造柱鋁模首層拼裝[4-5]。采用對(duì)拉螺栓穿過鋁模預(yù)留洞進(jìn)行拉接固定，隨后首層澆筑混凝土并振搗，振搗完成后依下而上拼裝，隨拼隨澆隨振搗，延續(xù)此工序至最后一層拼裝。安裝頂層鋁模后通過柱頂灌灰口進(jìn)行灌注，安裝封閉板并采用封閉板門栓進(jìn)行封閉。通過裝配式鋁模完成構(gòu)造柱模板安裝及澆筑。

3.2 異形及常規(guī)鋁模三維模擬設(shè)計(jì)

在強(qiáng)大的三維建模功能下，從簡化施工工序、節(jié)省模具材料及安拆工費(fèi)、降低施工成本等方面入手，分別對(duì)常規(guī)構(gòu)造柱、陰陽轉(zhuǎn)角處構(gòu)造柱、T型墻體連接處構(gòu)造柱進(jìn)行三維模擬(見圖1～圖2)，建立完善的構(gòu)造柱三種模板體系，人工組拼操作簡便靈活、易裝快拆、可大量次循環(huán)使用的鋁模板[6]。通過插接對(duì)拉式的加固形式，來保證構(gòu)造柱模板體系施工的可行性，尤其對(duì)于解決所處異形截面的構(gòu)造柱施工具有良好的推廣意義。

3.3 裝配式鋁?？尚行则?yàn)算

(1)此創(chuàng)新形式鋁模為隨拼隨澆隨振搗式，故選用小型振搗棒振搗。當(dāng)采用內(nèi)部振搗器時(shí)，新澆筑的混凝土作用于模板的最大側(cè)壓力標(biāo)準(zhǔn)值G4k可按下列公式計(jì)算，并應(yīng)取其中的最小值[7]。

圖1 陰陽轉(zhuǎn)角處構(gòu)造柱裝配式鋁模初試構(gòu)畫示意圖

圖2 T型墻體連接處構(gòu)造柱裝配式鋁模三維圖

式中，F(xiàn)1為新澆筑混凝土對(duì)模板的最大側(cè)壓力；γc為混凝土的重力密度(24 kN/m3)；t0為混凝土初凝時(shí)間，可按實(shí)測確定，當(dāng)缺乏試驗(yàn)資料時(shí)，采用t0＝200/(T＋15)計(jì)算，T為混凝土溫度(℃)；β1為外壓力影響修正系數(shù)，具有緩凝作用的外加劑取1.2；β2為混凝土坍落度影響修正系數(shù)，取1.15；V為混凝土澆筑高度(厚度)與澆筑時(shí)間的比值，即澆筑速度(3 m/h)。

取較小值為標(biāo)準(zhǔn)值，則側(cè)壓力設(shè)計(jì)值為91.78 kN/mm2。

所承受的均布荷載:

依據(jù)現(xiàn)場實(shí)際，綜合測算:

撓度驗(yàn)算:ω＝5ql4/384EI≤[ω]

式中，[ω]為柱箍桿件允許撓度(mm)；E為柱箍桿件彈性模量，E＝2.05×105N/mm2；I為彎矩作用平面內(nèi)柱箍桿件慣性矩[8]。

由以上計(jì)算結(jié)果可知，柱箍的撓度遠(yuǎn)小于允許撓度，所以在單塊裝配鋁模中部設(shè)置豎向間距為500 mm的對(duì)拉螺栓，撓度上能夠滿足要求[9]。

對(duì)拉螺栓強(qiáng)度驗(yàn)算(鋼筋的屈服強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fy＝210 N/mm2):

柱底部中間螺栓受力最大，拉力N＝F×a×a＝22.95 kN。

φ16對(duì)拉絲桿截面面積:側(cè)壓力在對(duì)拉絲桿中產(chǎn)生的拉應(yīng)力:

應(yīng)力小于鋼筋屈服強(qiáng)度，拉桿不會(huì)變形，滿足要求。

(2)計(jì)算螺桿兩端的螺紋抗滑能力，避免螺紋破壞滑絲

即螺栓軸向螺紋抗滑移力設(shè)計(jì)值大于實(shí)際受拉應(yīng)力，滿足現(xiàn)場使用要求。

通過以上對(duì)拉螺栓的受力驗(yàn)算可知，M16的C級(jí)普通螺栓頭對(duì)拉螺栓滿足本裝配式鋁模，螺栓強(qiáng)度亦能符合本發(fā)明使用，滑絲脫口現(xiàn)象不會(huì)出現(xiàn)。

施工中，以此驗(yàn)算結(jié)果作為標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合施工規(guī)范的構(gòu)造要求，選用大于等于滿足要求的對(duì)拉螺栓，達(dá)到既節(jié)約材料又滿足施工要求的目標(biāo)[10]。

3.4 裝配式鋁模施工步驟

(1)構(gòu)造柱主筋的品種、規(guī)格、數(shù)量及連接方式應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，拉結(jié)鋼筋應(yīng)沿墻高每隔500 mm配置2φ6拉結(jié)鋼筋，伸入墻內(nèi)不應(yīng)小于600 mm[11]。經(jīng)監(jiān)理驗(yàn)收合格后，方可進(jìn)行首層鋁模安裝[12]。

(2)首層鋁模安裝

安裝前，構(gòu)造柱兩側(cè)支設(shè)的板處應(yīng)保持平整，如表面粗糙，應(yīng)采用1∶2水泥砂漿找平，防止混凝土澆筑時(shí)漏漿及鋁模安裝不協(xié)調(diào)。

鋁模需均勻涂抹脫模劑，脫模劑采用QL-6000全水性鋁模脫模劑。為防止脫模劑過多流至污染地面，所以只刷模板上半部分，下半部分由上自由流勻即可。

為保證構(gòu)造柱澆筑的感官要求，在馬牙槎的外邊粘雙面膠條，沿兩側(cè)馬牙槎墻體邊緣位置橫平豎直進(jìn)行粘貼，亦防止漏漿。將兩側(cè)首層模板分別對(duì)稱置于構(gòu)造柱兩側(cè)，通過驗(yàn)算φ16螺桿滿足實(shí)際施工。為保證構(gòu)件強(qiáng)度，選用公稱直徑20 mm的通絲螺桿進(jìn)行模板拉結(jié)，墊片選用外徑100 mm、內(nèi)徑22 mm、厚3 mm的不銹鋼預(yù)制墊片用來達(dá)到均勻受力。構(gòu)造柱內(nèi)部螺桿選用直徑25 mmPVC穿墻套管螺桿套接，便于后期螺桿抽出，多次利用。模板底與樓板或地板交接處若有縫隙，則采用1∶3干硬性水泥砂漿進(jìn)行填堵，防止漏漿(見圖3～圖4)。

圖3 首層鋁模安裝三維示意

圖4 首層鋁模三維構(gòu)造詳圖(單位:mm)

(3)首層澆筑

構(gòu)造柱混凝土必須在砌筑砂漿強(qiáng)度大于1 MPa以上時(shí)方可進(jìn)行澆筑，同時(shí)要求構(gòu)造柱混凝土的坍落度控制在120 mm左右。

混凝土澆筑前，構(gòu)造柱內(nèi)的雜物及垃圾應(yīng)清掃干凈，校正鋼筋位置，并綁扎或焊接固定后，方可澆筑。首層鋁模澆筑至480 mm高度為宜，避免影響下部鋁模安裝，澆筑時(shí)混凝土漿料嚴(yán)禁撒入鋁模插接凹槽內(nèi)。

構(gòu)造柱澆筑由人工入模，振搗棒振搗，同時(shí)配以人工振搗。砼分層灌注，分層振搗，層間砼接茬處仔細(xì)振搗，保證接茬處振搗密實(shí)。砼施工完成、清理干凈工作面。振搗時(shí)振搗棒嚴(yán)禁碰觸通絲螺桿及鋁模。

(4)分層安裝澆筑

每層鋁模采用邊安裝邊振搗的形式進(jìn)行。根據(jù)鋁模構(gòu)造尺寸，分段式鋁模由凹槽及插接頭組成，插接頭長500 mm、寬30 mm、厚5 mm，均與凹槽尺寸一致。在首層鋁模安裝前應(yīng)進(jìn)行試插接，保證后期鋁模安裝的順暢性。自首層后續(xù)施工，每道分層安裝澆筑工序不允許超過15 min。

(5)頂層安裝澆筑

頂部鋁模構(gòu)造由圖5中柱頂澆筑口封閉板①、插具②、封閉板門栓③、合頁④、通絲螺桿⑤、不銹鋼預(yù)制墊片⑥組成。封閉板上底寬300 mm、下底寬200 mm、高200 mm。頂模安裝方式為扣接式。由人工入模，當(dāng)澆筑至封閉板下沿，通過人工使用橡皮錘敲擊頂側(cè)模達(dá)到混凝土密實(shí)，剩余部分混凝土坍落度宜控制在100 mm左右，先將封閉口兩側(cè)填實(shí)敲擊達(dá)到振搗效果，再進(jìn)行封閉口填實(shí)。將混凝土放置澆筑口封閉板上，并稍有盈余迅速進(jìn)行封閉板封閉，敲擊封閉板反方向側(cè)模，達(dá)到微振效果后再進(jìn)行正面敲擊，待插具完全插入門栓內(nèi)部為止。柱頂嚴(yán)禁漏空頂澆筑，構(gòu)造柱混凝土與頂部結(jié)構(gòu)應(yīng)充分結(jié)合無空洞，迅速清理封閉板口四周的振漏漿料，防止影響鋁模后期使用(見圖6～圖8)。

圖6 頂部鋁?？劢影惭b三維結(jié)構(gòu)詳圖

圖5 頂部鋁模安裝三維結(jié)構(gòu)標(biāo)識(shí)詳圖

圖7 頂部鋁模安裝三維結(jié)構(gòu)詳圖

圖8 頂部異形鋁模合模三維示意圖

(6)拆模養(yǎng)護(hù)

澆筑混凝土24 h后，可拆卸鋁模。拆除方式為整體鋁模螺帽自上而下旋松，松擴(kuò)程度由頂至底由大變小。頂部鋁模松擴(kuò)程度為各向兩側(cè)傾斜至145°，除扣接頂模外，其余鋁模雙面同時(shí)斜上取出頂部鋁模，自上而下依次取出所有鋁模。

鋁模拆除后，及時(shí)用水清洗結(jié)構(gòu)面及模板。一為構(gòu)造柱混凝土養(yǎng)護(hù)，二為鋁模脫模劑的清洗，防止結(jié)構(gòu)附帶隔離層，保證鋁模的后期使用。

4 構(gòu)造柱裝配式鋁模的功能優(yōu)勢

(1)本鋁模重量輕、承載能力大。模板可單人搬運(yùn)，現(xiàn)場組裝方便，工序簡捷，大大降低了模板安裝費(fèi)用、維護(hù)修理費(fèi)用。

(2)異形鋁模拼接無縫隙，保證了澆筑過程中無漏漿狀況出現(xiàn)，澆筑后的混凝土外觀質(zhì)量優(yōu)異，且鋁模易于保養(yǎng)，使用壽命長，周轉(zhuǎn)次數(shù)高。

(3)施工更安全，不產(chǎn)生建筑垃圾，完全達(dá)到綠色建筑施工標(biāo)準(zhǔn)。

5 構(gòu)造柱裝配式鋁模經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢

以本工程為例，采用裝配式鋁模運(yùn)用在構(gòu)造柱施工中，構(gòu)造柱自身質(zhì)量、外觀質(zhì)量均滿足施工及設(shè)計(jì)要求，既加速了構(gòu)造柱成型的時(shí)間，又減少了模板安裝的人工投入及模板消耗的成本。經(jīng)過對(duì)本項(xiàng)目構(gòu)造柱裝配式鋁模的經(jīng)濟(jì)效益分析，在使用裝配式鋁模比未使用此項(xiàng)發(fā)明指導(dǎo)下的施工節(jié)省10 d工期，人工費(fèi)成本降低55.56%，材料成本降低64%。

綜合測算，采用裝配式鋁模比傳統(tǒng)鋼管配合竹膠板成本降低61.16%，人工費(fèi)、材料費(fèi)總成本為2.54萬元，折合每根構(gòu)造柱綜合單價(jià)為127元/根；采用傳統(tǒng)鋼管配合竹膠板人工費(fèi)、材料費(fèi)總成本為6.54萬元，折合每根構(gòu)造柱綜合單價(jià)為300元/根。本工程累計(jì)可節(jié)省成本約4萬元。

6 結(jié)束語

本工程通過對(duì)構(gòu)造柱模板安裝的綜合研究，于穩(wěn)定性、工藝流程簡潔性、工期要求、工程質(zhì)量、人工及材料成本等方面為出發(fā)點(diǎn)，通過前期可行性驗(yàn)算、三維構(gòu)畫，研發(fā)出一種全優(yōu)性施工工藝，同時(shí)該技術(shù)在項(xiàng)目上的研發(fā)和應(yīng)用獲得“一種現(xiàn)澆法的構(gòu)造柱裝配式鋁?！眹覍?shí)用新型專利。此項(xiàng)成果解決了構(gòu)造柱模板施工的重難點(diǎn)問題，在二次結(jié)構(gòu)施工中具有很強(qiáng)的實(shí)用性和推廣性。