隔震橡膠支座施工技術(shù)應(yīng)用與研究

王 朋，張 雷

（1.中城建設(shè)有限責(zé)任公司，福建 福州 350001；2.北京建工雙興建筑工程有限責(zé)任公司，北京 101100）

0 引言

隨著抗震設(shè)計(jì)規(guī)范的修訂，隔振和消能減震設(shè)計(jì)的適用范圍及其重要性越來(lái)越受到重視，隔震技術(shù)已經(jīng)成為結(jié)構(gòu)抗震的重要發(fā)展趨勢(shì)，它正逐步地 改變僅僅通過增加建筑物的剛度、強(qiáng)度來(lái)抵抗地震作用的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理念。隔振橡膠支座作為隔振和消能減震設(shè)計(jì)重要方法之一，以其隔震效果好、造價(jià)低等特點(diǎn)更愈來(lái)愈多地應(yīng)用于建筑工程領(lǐng)域當(dāng)中。

1 工程概述

北京景山學(xué)校大愛城分校小學(xué)教學(xué)樓工程位于河北省廊坊市香河縣，建筑面積 14 850 m2，主體為框架結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)采用平板式筏形基礎(chǔ)。正常使用和維護(hù)、正常施工環(huán)境下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限為 50 年，抗震設(shè)防等級(jí)為1級(jí)。為保證教學(xué)樓抗震性能特采用隔震橡膠支座將基礎(chǔ)與主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行隔震處理，使用部位為-1.566 m、-1.588 m、-1.634 m 的 3 個(gè)標(biāo)高位置設(shè)隔震橡膠支座，在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)中形成隔震層。在隔震層范圍內(nèi)，每根框架柱布置一個(gè)隔震支座，且框架柱中心點(diǎn)與隔震支座中心重疊。隔震層中設(shè)置 58 個(gè) LRB500、46 個(gè)LRB600、20 個(gè) LRB700 三種型號(hào)（LRB 代表鉛芯）共計(jì) 124 個(gè)隔震橡膠支座。

2 隔振橡膠支座構(gòu)造

隔震橡膠支座主要由下預(yù)埋板（定位預(yù)埋板）、下法蘭板、下封板、保護(hù)層橡膠、多層鋼板 、鉛芯、多層橡膠、上封板和上法蘭板、上預(yù)埋板等組成，下連結(jié)構(gòu)下支墩，上接結(jié)構(gòu)上支墩。隔振支座的橡膠層具有水平變形及復(fù)位能力，同時(shí)在鋼板的三向應(yīng)力作用下具有較小的豎向變形，使得隔振橡膠支座兼具有良好的水平彈性變形能力和很高的豎向承載能力。鉛芯加大了隔振支座的阻尼作用，更加有力地減還了地震加速度、吸收部分地震水平動(dòng)能。隔震橡膠支座與結(jié)構(gòu)的連接是通過高強(qiáng)螺栓與預(yù)埋套筒及錨筋實(shí)現(xiàn)的，錨筋與法蘭之間采用機(jī)械錨固形式，錨筋在套筒中連接長(zhǎng)度不計(jì)入錨固長(zhǎng)度。

圖1 隔震支座構(gòu)造縱向剖面圖

隔震橡膠支座構(gòu)造圖如圖 1、圖 2 所示，隔震橡膠支座組件規(guī)格型號(hào)、尺寸等相關(guān)參數(shù)如表 1 所示。

3 施工難點(diǎn)分析及解決思路

3.1 下支墩結(jié)構(gòu)鋼筋與支座錨筋之間相互占位現(xiàn)象的調(diào)整

圖2 隔震支座構(gòu)造橫向剖面圖

表1 隔震支座組件相關(guān)參數(shù)

該工程的下支墩高度有 452、474、520 mm 3 種，在有限高度范圍內(nèi)鋼筋密集，包括豎向鋼筋（包括端頭處的彎折平直段）、縱橫交錯(cuò)的箍筋、端頭部位附加雙層雙向@150 的鋼筋網(wǎng)片、用于固定定位預(yù)埋板的附加鋼筋等，并且所采用的鋼筋直徑較粗不易進(jìn)行調(diào)整。由此可見，定位預(yù)埋板錨筋安裝就位的空間非常有限，這加大了安裝操作的困難。為此，施工前利用 BIM 技術(shù)進(jìn)行鋼筋的二次深化設(shè)計(jì)，施工過程中采用定位預(yù)埋板預(yù)安裝方法，調(diào)整下支墩豎向鋼筋的位置及彎折平直段的放置方向等，以解決下支墩結(jié)構(gòu)鋼筋與定位預(yù)埋板錨筋之間相互占位的問題。

3.2 定位預(yù)埋板安裝精度的控制

下支墩處的定位預(yù)埋板安裝精度要求非常高，它是確保隔震橡膠支座安裝成敗的關(guān)鍵所在。同時(shí)，在其軸線位置、安裝標(biāo)高及水平度的調(diào)整過程中相互影響，需要反復(fù)進(jìn)行測(cè)量、校對(duì)。為此，首先，采用定位架和可調(diào)螺桿作為輔助安裝工具，保證定位預(yù)埋板安裝就位的精度，其軸線位置、水平度及標(biāo)高等安裝誤差需控制在允許偏差范圍內(nèi)；然后，采取與預(yù)埋附加筋焊接的方式將定位預(yù)埋板固定牢固，防止在模板支設(shè)過程中對(duì)其產(chǎn)生側(cè)移，并在混凝土澆筑前要進(jìn)行二次復(fù)核，以確保定位預(yù)埋板安裝的精度［1-2］。

3.3 下支墩混凝土澆筑質(zhì)量的控制

下支墩的混凝土必須密實(shí)，且須與定位預(yù)埋板結(jié)合緊密，但下支墩鋼筋較密，混凝土澆筑、振搗僅能在預(yù)埋板中心直徑為 200 mm的預(yù)留孔范圍內(nèi)進(jìn)行，混凝土澆筑質(zhì)量及避免擾動(dòng)預(yù)埋板是施工的難點(diǎn)。為此，下支墩采用高于設(shè)計(jì)一個(gè)強(qiáng)度等級(jí)的膨脹細(xì)石混凝土進(jìn)行澆筑，澆筑時(shí)采用專用料斗并架空，對(duì)準(zhǔn)定位預(yù)埋板中心的預(yù)留孔，避免擾動(dòng)預(yù)埋板；澆筑過程采用小型振搗棒振搗，同時(shí)配備表面振搗器用于輔助振搗，保證下支墩混凝土與抗震支座結(jié)合緊密、無(wú)空鼓［3-4］。

3.4 上支墩鋼筋綁扎困難問題的解決

上支墩高度為 900 mm（包含縱橫向框架梁在內(nèi)），鋼筋布置非常緊密，除上支墩本身配筋（豎向受力鋼筋及@100 mm 的箍筋）外，還包括隔震支座的上錨筋、縱橫框架梁鋼筋、上層柱插筋，且上支墩封頭及上層柱插筋均需要進(jìn)行彎錨。各個(gè)構(gòu)件之間的鋼筋在有限空間范圍內(nèi)相互穿插，按照常規(guī)“由下至上”的綁扎順序上層帶彎錨的柱子插筋將無(wú)法入位、鋼筋綁扎非常困難。為此，合理調(diào)整鋼筋綁扎順序，按照上支墩（含隔震支座的上錨筋）、上層框架柱插筋及框架梁的順序進(jìn)行鋼筋綁扎。

4 施工工藝

4.1 下支墩鋼筋綁扎

鋼筋排列不當(dāng)或過密都會(huì)導(dǎo)致隔震支座定位預(yù)埋板安裝困難。為確保定位預(yù)埋板順利安裝，施工前用 BIM 對(duì)結(jié)構(gòu)下支墩鋼筋和支座預(yù)埋錨筋進(jìn)行建模，根據(jù)鋼筋施工的順序，確定鋼筋之間的空間位置關(guān)系，必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行二次設(shè)計(jì)對(duì)其占位鋼筋或操作空間不足的鋼筋進(jìn)行調(diào)整。

在下支墩鋼筋的綁扎過程中，用畫有“+”字中心線的定位預(yù)埋板進(jìn)行試安裝，通過預(yù)埋板中的錨筋位置孔和套筒孔進(jìn)行觀察，查看下支墩插筋是否妨礙預(yù)埋板錨筋就位的現(xiàn)象，確認(rèn)無(wú)誤后，將對(duì)下支墩插筋使用定位箍筋進(jìn)行綁扎固定。同時(shí)，根據(jù)抗震支座安裝固定要求，在承臺(tái)柱四個(gè)角部各插放 2 根Ф22 附加鋼筋，用于與預(yù)埋板中的錨筋進(jìn)行焊接固定使用。

基礎(chǔ)底板及承臺(tái)基礎(chǔ)混凝土澆筑完成后，剔鑿下支墩施工縫浮漿，露出堅(jiān)硬的石子，彈出下支墩和預(yù)埋板的位置軸線，抄測(cè)標(biāo)高引至各隔震支座的下支墩位置，采用一塊拼裝好的定位預(yù)埋板（即：定位預(yù)埋板、高強(qiáng)螺栓、套筒、錨筋拼裝在一起）放置在下支墩上，用記號(hào)筆標(biāo)記出占位的下支墩鋼筋，對(duì)占位的支墩鋼筋做進(jìn)一步調(diào)整。

考慮到箍筋綁扎及水平鋼筋網(wǎng)片完成后，由于操作空間的不足，無(wú)法進(jìn)行定位預(yù)埋板錨筋與預(yù)埋附件鋼筋進(jìn)行焊接固定等施工。因此，下支墩的箍筋及水平鋼筋網(wǎng)片先不綁扎，待定位預(yù)埋板安裝完成后再進(jìn)行綁扎。

4.2 定位預(yù)埋板安裝

在定位預(yù)埋板（下預(yù)埋板）的上表面畫出“+”字中心線，并將定位預(yù)埋板、高強(qiáng)螺栓、套筒及錨筋進(jìn)行拼裝。高強(qiáng)螺栓擰入后的余留長(zhǎng)度應(yīng)小于或等于隔震支座連接板的厚度，以確保隔震墊的連接板與定位預(yù)埋板連接緊固。套筒與錨筋采取直螺紋方式進(jìn)行連接，外露絲扣及擰緊力矩應(yīng)符合直螺紋相關(guān)規(guī)范要求。

在定位預(yù)埋板安裝前，使用鋼筋或角鋼焊成定位架（定位架的長(zhǎng)寬高分別大于下支墩相應(yīng)長(zhǎng)寬高≥ 200 mm），架設(shè)在下支墩上，并在縱橫方向設(shè)置定位控制線，便于安裝過程中與定位預(yù)埋板中心線進(jìn)行校正。

安裝位置初步定位后，再根據(jù)標(biāo)高控制線，用塔尺放在定位預(yù)埋板四角進(jìn)行標(biāo)高調(diào)整，調(diào)整后塞入木楔子臨時(shí)固定，使預(yù)埋板標(biāo)高及水平度等控制在允許偏差范圍內(nèi)。

然后將可調(diào)螺桿與下支墩四角的豎向預(yù)埋附加鋼筋進(jìn)行焊接固定，取下臨時(shí)固定的木楔，通過旋轉(zhuǎn)四個(gè)可調(diào)螺桿精確控制預(yù)埋板的平整度及標(biāo)高，再對(duì)定位預(yù)埋板位置進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)整。符合要求后，把錨筋與下支墩預(yù)埋附加鋼筋進(jìn)行焊接固定。應(yīng)注意，在任何情況下都不能直接在預(yù)埋板上進(jìn)行焊接，因?yàn)楹附雍笕菀自斐啥ㄎ活A(yù)埋板的局部變形，影響整體隔震支座安裝質(zhì)量。

安裝固定完成后，將預(yù)埋板上表面采用透明膠帶滿粘（澆筑混凝土?xí)r需打開定位預(yù)埋板上的透氣孔），露出板面的高強(qiáng)螺栓采用成品保護(hù)套進(jìn)行保護(hù)，以防混凝土澆筑時(shí)污染。

4.3 下支墩模板安裝及混凝土澆筑

按照下支墩設(shè)計(jì)尺寸進(jìn)行支模，使用墊塊控制下支墩鋼筋的保護(hù)層厚度，支模的高度需要高于下支墩上表面設(shè)計(jì)標(biāo)高，下支墩模板的任何部位均不得觸碰定位預(yù)埋板。每個(gè)下支墩模板設(shè)置獨(dú)立支撐體系，嚴(yán)禁滿堂紅式的支撐體系，防止因在混凝土澆筑過程中產(chǎn)生位移而造成的相互影響。

鋼筋綁扎、模板及定位預(yù)埋板等驗(yàn)收合格后，灑水濕潤(rùn)下支墩施工縫，采用高于設(shè)計(jì)一個(gè)強(qiáng)度等級(jí)的微膨脹細(xì)石混凝土進(jìn)行澆筑?；炷恋乃涠瓤刂圃?00～220 mm。利用專用料斗對(duì)準(zhǔn)定位預(yù)埋板澆筑孔進(jìn)行混凝土澆筑，專用料斗應(yīng)架空，使其不得直接接觸定位預(yù)埋板。采用小型振搗棒從定位預(yù)埋板中心孔深入支墩內(nèi)進(jìn)行混凝土振搗，振搗過程中振搗棒不得直接接觸預(yù)埋板，振搗棒要快插慢拔，保證排氣孔暢通，并觀察檢查預(yù)埋板下混凝土是否完全密實(shí)，待混凝土充盈整個(gè)預(yù)埋板下區(qū)域，刮去預(yù)埋板上多余混凝土浮漿，找平收光上表面。

4.4 隔震橡膠支座安裝

當(dāng)下支墩混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度 75 % 后（試壓同條件混凝土試塊），對(duì)定位預(yù)埋板四周混凝土進(jìn)行清理，清除定位預(yù)埋板上粘貼的膠帶。將原來(lái)預(yù)先擰入的高強(qiáng)螺栓擰下，清理干凈、涂抹黃油備用。按照對(duì)應(yīng)的規(guī)格型號(hào)用塔吊吊裝隔震橡膠支座，安裝過程中要 4 個(gè)人同時(shí)操作，塔吊吊著隔震支座距定位預(yù)埋板 100 mm 位置，調(diào)整隔震橡膠支座位置，使定位預(yù)埋版與連接板的螺栓孔對(duì)齊，插入高強(qiáng)螺栓后，隔震橡膠支座緩慢落下。然后，按照初擰、復(fù)擰、終擰 3 個(gè)階段對(duì)稱擰緊高強(qiáng)螺栓，將法蘭板與上、下預(yù)埋板連接一體。

4.5 上支墩鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工

在高度為 900 mm 的上支墩范圍內(nèi)，如果按照常規(guī)施工順序進(jìn)行鋼筋綁扎，框架柱豎向鋼筋（末端為彎折的平直段、形如 L 型）無(wú)法穿過上支墩范圍內(nèi)縱橫交錯(cuò)的箍筋。為此，優(yōu)化鋼筋施工方案，調(diào)整鋼筋綁扎順序，采取先綁扎上支墩鋼筋，然后再安裝上層框架柱插筋，最后穿插縱橫向框架梁鋼筋，以保證鋼筋工程能夠順利地進(jìn)行施工。同時(shí)，施工前先制作上支墩鋼筋節(jié)點(diǎn)綁扎樣板，根據(jù)樣板中鋼筋沖突情況來(lái)指導(dǎo)大面積鋼筋加工。

上支墩模板與梁板模板支撐體系要分開支設(shè)、固定，避免澆筑混凝土過程中梁板支撐體系帶動(dòng)支座產(chǎn)生側(cè)移。在上支墩模板中設(shè)置型鋼抱箍拉緊兩側(cè)模板，防止?jié)q模。用 50 mm×100 mm 木方將模板與上法蘭板邊接縫處托住，并進(jìn)行支撐、固定?？蚣芰喊迥０迮c上支墩模板間、上支墩模板與上法蘭板邊緣接觸處等部位要粘貼海綿條擠緊，防止?jié)仓炷習(xí)r漏漿。

上支墩與梁板同時(shí)澆筑混凝土?xí)r，應(yīng)先進(jìn)行上支墩混凝土澆筑，再進(jìn)行框架梁、板混凝土澆筑。同時(shí)，上支墩混凝土應(yīng)采用細(xì)石混凝土澆筑，并用小型振搗棒進(jìn)行振搗，如果小型振搗棒仍然無(wú)法振搗時(shí)，采用表面振搗器在上支墩模板處進(jìn)行振搗。在澆筑過程中應(yīng)安排人員全程跟蹤、復(fù)核，發(fā)現(xiàn)漏漿、漲模、偏位情況及時(shí)加固、整改。

5 成品保護(hù)措施

隔震支座安裝好后、上支墩混凝土澆筑前，高強(qiáng)螺栓必須訂做塑料（或橡膠）成品保護(hù)套（或塞），防止混凝土澆筑的污染及絲扣的損傷；采取竹膠板模板對(duì)已安裝完成的隔震橡膠支座進(jìn)行封閉，作為在上支墩模板安裝等過程中的臨時(shí)成品保護(hù)措施，防止意外損傷，待上部混凝土澆筑完成后拆除。隔震支座及上支墩混凝土結(jié)構(gòu)施工完成后，對(duì)應(yīng)上下預(yù)埋板、高強(qiáng)螺栓等外露部分應(yīng)立即涂刷防腐涂料，防止銹蝕?？⒐で?，對(duì)隔震層的豎向間隙采用巖棉等阻燃柔性材料進(jìn)行填充。

建筑交付使用后，由于缺乏對(duì)隔震機(jī)理的了解，常將隔震層預(yù)留的變形空間堵塞，嚴(yán)重者將直接影響隔震橡膠支座在地震發(fā)生時(shí)的變形、加大隔震橡膠支座水平剛度、阻尼等力學(xué)性能，使隔震房屋喪失隔震功能，故應(yīng)經(jīng)常進(jìn)行檢查隔震溝、隔震支座處的預(yù)留空間是否有阻礙物。維護(hù)檢查可分為常規(guī)檢查、定期檢查、應(yīng)急檢查。常規(guī)檢查應(yīng)每年進(jìn)行一次，定期檢查應(yīng)在竣工后的 3 年、5 年、10 年，10 年以后每 10 年進(jìn)行一次，當(dāng)發(fā)生地震或火災(zāi)等災(zāi)害后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行應(yīng)急檢查，并進(jìn)行必要維護(hù)。

6 結(jié)語(yǔ)

在隔震橡膠支座施工技術(shù)應(yīng)用過程中，針對(duì)其施工難點(diǎn)進(jìn)行研究與分析，不斷進(jìn)行摸索、總結(jié)、優(yōu)化、改進(jìn)其施工工藝及相關(guān)措施，解決了下支墩結(jié)構(gòu)鋼筋與定位預(yù)埋板錨筋之間相互占位的問題、定位預(yù)埋板安裝的精度難于控制、下支墩混凝土澆筑質(zhì)量無(wú)法保證、上支墩鋼筋綁扎困難等難點(diǎn)問題。通過上述具有針對(duì)性的預(yù)控及過程控制方法，使得隔震橡膠支座在安裝精度、效率、成品保護(hù)等方面全面受控，并取得了良好的應(yīng)用效果。