深圳寶安國(guó)際機(jī)場(chǎng)衛(wèi)星廳仿清水混凝土異形預(yù)應(yīng)力斜柱施工技術(shù)*

盧建文，王朝龍，張勝陽(yáng)，區(qū)建峰，王 杰

(中國(guó)建筑第八工程局有限公司華南分公司，廣東 廣州 510663)

1 工程概況

深圳寶安國(guó)際機(jī)場(chǎng)衛(wèi)星廳及配套工程位于深圳市寶安區(qū)，總建筑面積23.89萬(wàn)m2，建筑最高點(diǎn)27.65m，地上4層，地下1層。建成后將滿足2025年旅客吞吐量2 200萬(wàn)人次的使用需求，是粵港澳大灣區(qū)航空港建設(shè)的重點(diǎn)項(xiàng)目。

沿旅客衛(wèi)星廳四周共布置132根斜柱，生根于三層樓板，其中預(yù)應(yīng)力斜柱124根。斜柱作為大跨度鋼桁架屋蓋的支撐構(gòu)件，為下大上小變截面異形造型，柱頂和柱底分別為1 000mm×950mm和1 500mm×950mm的異形截面(見(jiàn)圖1)。斜柱內(nèi)縱筋為26φ36+12φ25，緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋達(dá)14束42根，屋蓋支座的柱頂埋件高1 250mm，重750kg，柱頂整體安裝空間極為受限，施工精度要求嚴(yán)格。

圖1 異形預(yù)應(yīng)力斜柱剖面

斜柱施工直接影響整個(gè)工程的鋼屋蓋吊裝和屋面閉水試驗(yàn)，是整個(gè)項(xiàng)目的關(guān)鍵線路工作。

2 施工重難點(diǎn)

1)預(yù)應(yīng)力斜柱筋施工 預(yù)應(yīng)力斜柱作為新型結(jié)構(gòu)構(gòu)件，在國(guó)內(nèi)類似工程中可供借鑒的經(jīng)驗(yàn)與工藝極少。斜柱內(nèi)部鋼筋密集，柱頂位置又有鋼骨埋件，預(yù)應(yīng)力筋錨具等施工空間受限。

2)斜柱鋼筋與預(yù)應(yīng)力筋施工 異形變截面斜柱中，同一根斜柱內(nèi)大部分縱筋長(zhǎng)度與傾角均不一致，每個(gè)箍筋尺寸不一致，傳統(tǒng)加工廠預(yù)制中，現(xiàn)場(chǎng)安裝方式難以保證鋼筋精確連接及斜柱傾角需求。

3)鋼骨埋件的精準(zhǔn)定位 屋蓋支撐柱相比一般的混凝土構(gòu)件，柱頂埋件施工精度要求高，平面偏差要求≤10mm，標(biāo)高偏差要求≤3mm，在密集鋼筋籠中，需要將1 250mm高、750kg重的埋件精準(zhǔn)安裝到位，是工程重難點(diǎn)。

4)混凝土澆筑 斜柱均布置于旅客公共區(qū)，對(duì)斜柱混凝土成型觀感質(zhì)量要求高，需達(dá)到仿清水混凝土效果，且在斜柱密集狹小的空間內(nèi)澆筑混凝土是工程重難點(diǎn)。

3 主要施工技術(shù)

3.1 施工流程

斜柱施工流程如圖2所示。

圖2 預(yù)應(yīng)力斜柱施工流程

3.2 三維空間點(diǎn)位提取

建立斜柱BIM模型，合套設(shè)計(jì)圖紙坐標(biāo)系與高程系統(tǒng)，快速精準(zhǔn)獲取斜柱關(guān)鍵點(diǎn)位的立體坐標(biāo)，以指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工測(cè)量放點(diǎn)。

3.3 材料三維空間放樣

斜柱空間內(nèi)安裝材料多樣，鋼筋密集，尤其在斜柱頂部逐漸收窄的情況下，安裝柱頂鋼筋、預(yù)應(yīng)力錨墊板及支座埋件時(shí)，交叉沖突多，難以布置。通過(guò)BIM技術(shù)三維集中精準(zhǔn)放樣，建立斜柱內(nèi)各材料構(gòu)件的三維模型，進(jìn)行碰撞分析后導(dǎo)出碰撞報(bào)告，再優(yōu)化斜柱柱頂鋼筋安裝、合并布置埋件與預(yù)應(yīng)力錨墊板，并利用三維技術(shù)交底指導(dǎo)鋼筋、預(yù)應(yīng)力、鋼結(jié)構(gòu)及模板等班組人員穿插施工。斜柱三維模型如圖3所示。

圖3 預(yù)應(yīng)力斜柱三維模型

3.4 定位放線

待完成下層樓板后，根據(jù)柱腳與柱頂?shù)年P(guān)鍵點(diǎn)位，采用全站儀在板面上對(duì)柱腳邊線、中心線、柱頂控制線進(jìn)行彈墨線標(biāo)記。

在兩側(cè)施工腳手架上增設(shè)水平控制桿件，結(jié)合吊線錘方式對(duì)斜柱鋼筋、模板等工序進(jìn)行定位與復(fù)核，保證斜柱各施工構(gòu)件斜率正確。

3.5 鋼筋與預(yù)應(yīng)力筋施工

3.5.1普通鋼筋放樣

針對(duì)異形變截面斜柱內(nèi)縱筋與箍筋不一致的情況，利用E筋軟件進(jìn)行鋼筋翻樣，單獨(dú)計(jì)算每根鋼筋的長(zhǎng)度并繪制翻樣圖，對(duì)翻樣圖和斜柱內(nèi)每根縱筋進(jìn)行單獨(dú)編號(hào)(見(jiàn)圖4)。由于斜柱屬于異形變截面，斜柱內(nèi)存在大量?jī)?nèi)箍筋、外箍筋及拉結(jié)筋，且尺寸隨高度上升逐漸減少，翻樣時(shí)獲取每根斜柱內(nèi)箍筋、外箍筋及拉結(jié)筋的變化規(guī)律，在翻樣表內(nèi)繪制斜柱每隔1m時(shí)各箍筋與拉結(jié)筋的標(biāo)準(zhǔn)尺寸，并標(biāo)記數(shù)量與尺寸等。

圖4 斜柱鋼筋編號(hào)

3.5.2預(yù)應(yīng)力筋放樣

與設(shè)計(jì)進(jìn)行溝通后，合并預(yù)應(yīng)力束，以減少錨具，提高安裝空間可操作性。緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋長(zhǎng)度根據(jù)布置位置分為頂面和底面，頂面預(yù)應(yīng)力根數(shù)比底面多，深化時(shí)綜合考慮預(yù)埋長(zhǎng)度、張拉長(zhǎng)度等因素，緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋長(zhǎng)度=柱下預(yù)埋長(zhǎng)度(1.5m)+工具錨長(zhǎng)度+柱體工作長(zhǎng)度+張拉設(shè)備長(zhǎng)度(千斤頂，限位環(huán)等)+工具錨長(zhǎng)度+100mm(富余量)。斜柱預(yù)應(yīng)力筋深化如圖5所示。

圖5 斜柱預(yù)應(yīng)力筋深化

3.5.3普通鋼筋加工

斜柱鋼筋加工前必須到現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量預(yù)埋縱筋實(shí)際外露長(zhǎng)度，以翻樣圖表為基礎(chǔ)按實(shí)際調(diào)整加工斜柱縱筋長(zhǎng)度。斜柱鋼筋加工完成后進(jìn)行分類，縱筋上標(biāo)記鋼筋編號(hào)，同一根鋼筋的多段鋼筋編號(hào)需保持一致。

斜柱箍筋分為內(nèi)箍筋、外箍筋、拉結(jié)筋，應(yīng)由大到小按順序逐一加工，歸類時(shí)同樣由大到小按順序堆碼并貼上編號(hào)。

3.5.4預(yù)應(yīng)力筋加工

預(yù)應(yīng)力筋后臺(tái)加工時(shí)根據(jù)深化圖長(zhǎng)度，采用砂輪切割機(jī)截取預(yù)應(yīng)力筋，同時(shí)安裝固定端錨固體系組件，包括擠壓錨具、單孔錨墊板、螺旋筋，組件間相互靠緊不留縫隙，緩粘結(jié)筋使用擠壓機(jī)擠壓錨具前剝除擠壓段的無(wú)粘結(jié)外皮。制作完成后對(duì)不同長(zhǎng)度的預(yù)應(yīng)力筋進(jìn)行編號(hào)，并分類捆扎碼放。

3.5.5普通鋼筋安裝

同一根斜柱內(nèi)縱筋的傾斜角共14種，需嚴(yán)格控制縱筋傾斜角度，以保證后期順利安裝柱頂構(gòu)件。

1)斜柱柱腳預(yù)埋縱筋按直條進(jìn)行加工與預(yù)埋，本層板結(jié)構(gòu)澆筑完成5d后，在預(yù)埋縱筋上套φ48鋼管，再進(jìn)行人工張拉，對(duì)縱筋進(jìn)行初步彎折。同時(shí)根據(jù)每根鋼筋的傾角與高度關(guān)系進(jìn)行放樣，利用兩側(cè)操作架放置水平定位線，指導(dǎo)縱筋彎折定位。在初步彎折并安裝柱腳范圍內(nèi)的箍筋后，利用手拉葫蘆附著鄰近埋件，對(duì)整排縱筋進(jìn)行彎折張拉，使鋼筋對(duì)準(zhǔn)水平定位線，靜置12h方可卸下手拉葫蘆。

2)縱筋間采用直螺紋套筒進(jìn)行連接，并交錯(cuò)排列安裝，接頭錯(cuò)開35d(d為鋼筋直徑)。

3)箍筋安裝過(guò)程中，應(yīng)按尺寸大小逐一套入內(nèi)外箍筋并進(jìn)行安裝，且接頭相互交錯(cuò)。在斜柱四角縱筋上每隔1m做標(biāo)記，并按標(biāo)記逐步綁扎對(duì)照箍筋，根據(jù)對(duì)照箍筋綁扎其他箍筋，以控制箍筋在斜柱中的平整度。

4)待埋件安裝后方可綁扎柱頂埋件標(biāo)高范圍內(nèi)的箍筋。封模前在鋼筋籠周圍每隔1m設(shè)置30mm厚保護(hù)層墊塊。

3.5.6預(yù)應(yīng)力筋安裝

斜柱內(nèi)預(yù)應(yīng)力筋綁扎有別于普通梁板施工，需隨柱的普通鋼筋逐步向上安裝及固定，應(yīng)提前做好定位工作。流程如下：預(yù)埋普通鋼筋與預(yù)應(yīng)力筋→彎曲并安裝柱腳范圍普通鋼筋→測(cè)量定位，明確預(yù)應(yīng)力筋柱頂設(shè)計(jì)位置→從頂部拉直預(yù)應(yīng)力筋→在頂部固定預(yù)應(yīng)力筋→從下往上逐步安裝普通鋼筋并固定預(yù)應(yīng)力筋。

1)緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋固定端埋入下層結(jié)構(gòu)柱內(nèi)深度≥1.5m，應(yīng)定位準(zhǔn)確，并盡量與斜柱部分保持順直。

2)綁扎加固預(yù)應(yīng)力筋，對(duì)鋼筋與結(jié)構(gòu)柱主筋進(jìn)行點(diǎn)焊加固，但注意保護(hù)預(yù)應(yīng)力筋外皮。

3)綁扎斜柱鋼筋過(guò)程中，明確預(yù)應(yīng)力筋的柱頂設(shè)計(jì)位置后，沿直線拉緊，隨普通鋼筋從下往上進(jìn)行綁扎加固。

4)預(yù)應(yīng)力筋安裝時(shí)，必須左右對(duì)稱、間距均勻。

3.5.7預(yù)應(yīng)力筋張拉端安裝

1)在斜柱頂部設(shè)置預(yù)應(yīng)力筋張拉端，張拉體系組件包括多孔工作錨具、錨墊板、螺旋筋。鋼筋與錨墊板間的空間緊張，應(yīng)注意相互避讓。

2)柱頂張拉端內(nèi)塞入塑料條作臨時(shí)封堵，防止混凝土澆筑過(guò)程中，混凝土漿液進(jìn)入錨墊板孔內(nèi)。采用10cm×10cm×20cm的泡沫穴模預(yù)留張拉槽，泡沫穴模應(yīng)緊貼錨墊板并凸出柱頂，便于澆筑后進(jìn)行定位及清理，泡沫穴模使用鐵絲固定于普通鋼筋或錨墊板上。

3.6 模板與支撐施工

斜柱為滿足仿清水混凝土效果及異形變截面造型需求，采用鋼模板進(jìn)行施工，通過(guò)φ60鋼管內(nèi)套φ48螺桿制作的可調(diào)節(jié)長(zhǎng)度斜撐桿件，支撐斜柱模板，并精準(zhǔn)調(diào)節(jié)斜柱模板定位，可調(diào)節(jié)長(zhǎng)度的斜撐桿與固定面通過(guò)斜撐底座進(jìn)行連接。

安裝斜柱鋼筋籠并進(jìn)行初步固定后，將斜柱底模及斜撐桿件在地面進(jìn)行整體組裝，吊裝至斜柱設(shè)計(jì)位置后進(jìn)行安裝與固定，然后安裝斜柱的側(cè)模與頂模。在底模與兩側(cè)模板安裝多道可調(diào)節(jié)長(zhǎng)度的斜撐桿后進(jìn)行固定，間距≤3m，頂模采用φ20鋼絲繩+花籃螺栓組成的纜風(fēng)繩進(jìn)行固定。安裝可調(diào)節(jié)長(zhǎng)度的斜撐桿時(shí)，首先結(jié)合內(nèi)套螺桿長(zhǎng)度確定斜撐底部固定點(diǎn)，保證斜撐水平夾角≥60°。螺桿與斜撐底座通過(guò)銷軸連接后，在樓板固定面上植入膨脹螺栓進(jìn)行固定。待安裝完柱頂埋件與埋件范圍內(nèi)的普通鋼筋后，方可安裝最頂部一節(jié)斜柱的側(cè)模與頂模。最終通過(guò)調(diào)節(jié)斜撐桿的伸縮長(zhǎng)度，精準(zhǔn)調(diào)節(jié)斜柱模板至設(shè)計(jì)位置。

3.7 柱頂埋件安裝

1)吊裝前在埋件上焊接2個(gè)耳板，采用汽車式起重機(jī)或塔式起重機(jī)吊裝時(shí)，利用人工輔助埋件機(jī)械進(jìn)行初定位。

2)利用全站儀定位埋件中的2個(gè)對(duì)角標(biāo)高，通過(guò)不斷調(diào)整吊裝高度直至設(shè)計(jì)標(biāo)高。

3)調(diào)整標(biāo)高時(shí)，利用水平尺保證平整度。

4)當(dāng)埋件吊至設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，從斜柱左右兩側(cè)點(diǎn)焊φ16定位鋼筋，以確保埋件標(biāo)高穩(wěn)定并進(jìn)行初步固定。

5)通過(guò)調(diào)整埋件四邊與對(duì)比四周鋼模板間的距離，使埋件對(duì)稱居中布置于柱頂中間，滿焊后增加φ25定位鋼筋，進(jìn)行最終固定。

6)埋件居中固定后，標(biāo)記埋件中心并利用全站儀進(jìn)行定位，通過(guò)調(diào)節(jié)底面模板和側(cè)面模板的斜撐頂托，調(diào)整埋件中心至設(shè)計(jì)坐標(biāo)。

3.8 仿清水混凝土施工

斜柱內(nèi)鋼筋極其密集，混凝土最大澆筑高度達(dá)7.65m，混凝土表觀質(zhì)量需達(dá)到仿清水效果，在澆筑與振搗困難的情況下，混凝土中產(chǎn)生的氣泡不易被排出，容易積聚在頂面模板下，難以保證混凝土施工質(zhì)量。

3.8.1混凝土澆筑

1)混凝土澆筑前，應(yīng)至少提前1d繞斜柱模板底部一圈澆筑5cm高的水泥砂漿進(jìn)行封邊，防止漏漿。并在斜柱模板的1/3和2/3高度處，沿表面四周安裝并固定振搗器。

2)采用C50自密實(shí)混凝土，坍落度為210～230mm，擴(kuò)展度為650～750mm。

3)澆筑混凝土前，在斜柱內(nèi)插1根直徑100mm的軟質(zhì)波紋管，并在波紋管表面開70mm寬的槽，將直徑50mm的振搗棒放于槽內(nèi)，邊提升振搗棒邊提升波紋管，保持振搗棒始終在波紋管內(nèi)。同時(shí)波紋管作為串筒，向下輸送坐底砂漿和底部混凝土。

4)采用放料口和簸箕斗澆筑時(shí)，當(dāng)混凝土即將澆筑至臨近放料口標(biāo)高時(shí)，安裝并封閉放料口模板。

5)混凝土最終澆筑至設(shè)計(jì)柱頂以下100.000～150.000mm標(biāo)高處。

3.8.2混凝土養(yǎng)護(hù)

待斜柱混凝土強(qiáng)度達(dá)1.5MPa后，拆除斜柱頂部和側(cè)面模板，澆水并覆膜包裹養(yǎng)護(hù)14d。

3.9 斜柱預(yù)應(yīng)力張拉與封錨

3.9.1斜柱預(yù)應(yīng)力張拉

當(dāng)混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的90%時(shí)，可采用25t前卡式千斤頂對(duì)柱頂預(yù)應(yīng)力筋進(jìn)行單端張拉，并分批、分階段對(duì)稱實(shí)施。張拉時(shí)，先張拉頂部模板一側(cè)的預(yù)應(yīng)力筋，再?gòu)埨酌婺０逡粋?cè)的預(yù)應(yīng)力筋，每側(cè)預(yù)應(yīng)力筋均從中間向兩邊對(duì)稱張拉。斜柱柱頂預(yù)應(yīng)力筋張拉順序如圖6所示。

圖6 斜柱柱頂預(yù)應(yīng)力筋張拉順序

預(yù)應(yīng)力斜柱應(yīng)采用超張拉，張拉控制應(yīng)力σcon為1 488N/mm2，單根鋼絞線張拉控制力Ncon=208kN。張拉程序?yàn)?→10%σcon(記錄伸長(zhǎng)值L1)→ 20%σcon(記錄伸長(zhǎng)值L2)→100%σcon(記錄伸長(zhǎng)值L3)→荷載持續(xù)2min→卸載。采取控制應(yīng)力和伸長(zhǎng)值的雙控措施，伸長(zhǎng)值偏差控制在±6%內(nèi)，超出應(yīng)暫停張拉。預(yù)應(yīng)力筋張拉完成后應(yīng)及時(shí)切除多余部分,外露長(zhǎng)度≥30mm，隨后涂抹防腐油脂或環(huán)氧樹脂。

3.9.2斜柱二次灌漿及封錨

張拉完成后即可拆除斜柱的底面模板及支撐體系，封錨采用無(wú)收縮自流灌漿料，灌漿料性能要求1d強(qiáng)度≥20MPa、3d強(qiáng)度≥40MPa。灌漿料宜采用機(jī)械拌合，并嚴(yán)格按要求加水，拌合時(shí)宜先加入2/3的水，拌合約3min，然后加入剩余水量拌合至均勻，拌合地點(diǎn)宜靠近灌漿地點(diǎn)。灌漿前在柱頂接觸混凝土表面初步鑿毛，并清除雜質(zhì)，利用鐵皮模沿斜柱頂部周邊制作簡(jiǎn)易吊模，鐵皮模頂高于柱頂設(shè)計(jì)標(biāo)高50mm以上，底部安裝模板固定，確保不松動(dòng)、不漏漿。

灌漿時(shí)從柱頂埋件的排氣導(dǎo)料孔緩慢灌入，以利于排出空氣，致密縫隙內(nèi)不宜振搗，可利用條板撥動(dòng)引流，直至整體達(dá)到設(shè)計(jì)柱頂標(biāo)高。灌漿完成30min內(nèi)覆蓋薄膜進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

4 結(jié)語(yǔ)

在大型公共建筑中使用預(yù)應(yīng)力斜柱作為屋蓋支撐柱，通過(guò)發(fā)揮預(yù)應(yīng)力筋的特性，可解決斜柱內(nèi)偏心受荷的難題。

仿清水混凝土預(yù)應(yīng)力斜柱施工技術(shù)應(yīng)用于深圳寶安國(guó)際機(jī)場(chǎng)衛(wèi)星廳工程中，填補(bǔ)國(guó)內(nèi)預(yù)應(yīng)力斜柱施工技術(shù)的空白。同時(shí)通過(guò)該技術(shù)攻克斜柱內(nèi)鋼筋及預(yù)應(yīng)力筋施工空間受限、柱頂埋件安裝誤差控制嚴(yán)、縱向鋼筋傾角不一、混凝土成型要求高等技術(shù)難題，保證了132根斜柱仿清水混凝土的外觀質(zhì)量，并節(jié)約工期和降低成本，圓滿完成施工任務(wù)。