“天圓地方”異形曲面清水混凝土墩臺柱施工技術(shù)

沈 潔 陳 華 楊媛鵬 金國棟 王 剛 潘鈞俊

中國建筑第八工程局有限公司總承包公司 上海 201204

隨著城市現(xiàn)代化建設(shè)的需求及現(xiàn)代建筑美學(xué)設(shè)計(jì)觀念的體現(xiàn)，清水異形柱體造型在一些國際機(jī)場、城市地鐵、會展中心等大型公共建筑中的運(yùn)用愈加廣泛。此類結(jié)構(gòu)構(gòu)件從特殊模板設(shè)計(jì)制作、構(gòu)件定位加固、鋼筋加工綁扎到清水混凝土澆筑等一系列工藝均較為成熟[1-2]。在整體施工工藝大致相仿的同時(shí)，由于項(xiàng)目的差異，故存在各自的應(yīng)用特色。本文以蕭山機(jī)場T4航站樓獨(dú)有的“天圓地方”異形曲面墩臺柱為例，對施工過程中的重難點(diǎn)進(jìn)行分析。

1 工程概況

杭州蕭山國際機(jī)場三期項(xiàng)目新建航站樓懸挑鋼結(jié)構(gòu)金屬屋面的底部鋼管混凝土柱墩采用超大截面異形曲面清水混凝土柱，承擔(dān)上部整個(gè)懸挑鋼結(jié)構(gòu)金屬屋面的超重荷載，共計(jì)8根此類型柱。墩臺柱底部為正八邊形，內(nèi)切圓直徑3 m；頂部為圓形，直徑2.2 m；中間為變截面曲線圓滑過渡，柱墩高6.4 m。8根墩臺柱均為清水混凝土柱，位于航站樓室外（圖1）。復(fù)雜的“天圓地方”異形曲面造型對施工效果的控制提出了挑戰(zhàn)[3-5]。

圖1 墩臺柱平面布置

2 重難點(diǎn)概述

2.1 柱體定位

為呈現(xiàn)該異形柱“天圓地方”的獨(dú)特效果，施工時(shí)既要考慮截面隨高度變化而導(dǎo)致的平面定位調(diào)整，也要考慮8條角部邊線的定位調(diào)整，以達(dá)到由“方”變“圓”的成形效果，此為該墩臺柱施工工藝的關(guān)鍵。

2.2 鋼筋安裝

箍筋尺寸、形式隨高度變化而變化。由于截面由“方”至“圓”的變化，同一平面不同位置的主筋在隨截面漸變過程中的豎向角度及平面定位也變化不一。箍筋的加工及主筋的定位為本工藝鋼筋安裝的難點(diǎn)。

3 工藝流程

“天圓地方”異形清水混凝土墩臺柱的施工工藝流程為：定位放線→搭設(shè)鋼筋操作架→鋼筋定位支架焊接→定位箍筋安裝→柱主筋安裝→柱箍筋安裝→鋼筋操作架拆除→模板安裝操作架搭設(shè)→鋼模安裝→柱頂鋼埋件安裝→混凝土澆筑→鋼模拆除→柱體養(yǎng)護(hù)。

4 施工要點(diǎn)

4.1 操作架搭設(shè)

根據(jù)鋼模安裝及其加固空間需求，考慮柱體上小下大的構(gòu)造形式，操作架體底部距柱體1 m為宜，而上部距柱體達(dá)1.4 m，不利于鋼筋綁扎。為便于作業(yè)人員施工，同時(shí)保證安全，擬分2次搭設(shè)。

第1次搭設(shè)鋼筋安裝操作架，架體距離柱底邊線30 cm，采用與主體相契合的八邊形架體以便于主筋定位及工人操作。鋼筋安裝操作架在鋼筋綁扎完成且驗(yàn)收合格后拆除（圖2）。

第2次搭設(shè)模板安裝操作架，架體距離柱底邊線150 cm，采用常規(guī)的四邊形架體即可（圖3）。

圖2 鋼筋操作架

圖3 鋼模操作架

4.2 定位支架安裝

柱體為“天圓地方”的異形柱體，各截面高度主筋間距、箍筋尺寸均存在差異，不同于常規(guī)柱體。為保證主筋、箍筋定位準(zhǔn)確，不影響鋼模的安裝、加固，同時(shí)滿足設(shè)計(jì)要求，在鋼筋綁扎前需設(shè)置定位支架。定位支架主要有2個(gè)作用：

1）通過定位支架固定柱體中垂線及各角部方位，防止鋼筋在綁扎過程中偏位、整體扭曲，不利于模板安裝。

2）在定位支架上從上至下依次設(shè)置定位箍筋，主筋根據(jù)定位箍筋進(jìn)行綁扎，并與定位支架進(jìn)行臨時(shí)固定成形。

定位支架采用具備一定剛度及強(qiáng)度的鍍鋅鋼管制作。制作方法如下：

1）在柱底結(jié)構(gòu)預(yù)埋的中心埋件上固定一通長垂直立桿，作為柱體及定位支架中心桿。中心桿中部、頂部均設(shè)十字加強(qiáng)筋與外側(cè)架體連接，確保中心桿定位垂直、固定（圖4）。

2）根據(jù)設(shè)計(jì)要求，柱體箍筋自上而下由圓形漸變?yōu)榘诉呅?，通過建模軟件，確定柱體突變高度（約為柱高2/3處）及相應(yīng)位置箍筋尺寸。根據(jù)尺寸，在柱體頂部、箍筋突變位置設(shè)置定位箍筋，箍筋尺寸應(yīng)按內(nèi)切于柱主筋考慮。主定位箍同樣與中心桿采用十字加強(qiáng)筋固定（圖5）。

圖4 中心桿安裝

圖5 主定位箍安裝

3）主定位箍安裝完成后，可根據(jù)需求，增加1～2道副定位箍進(jìn)一步確保定位精確，加固方式同主定位箍（圖6）。

4）根據(jù)建模尺寸，在定位箍上用短鋼筋對八角邊線進(jìn)行定位，確保鋼筋籠成形后的立面八角線條對稱，符合設(shè)計(jì)及鋼模安裝要求（圖7）。

圖6 副定位箍安裝

圖7 八角定位筋安裝

4.3 鋼筋加工、安裝

4.3.1 主筋安裝步驟

1）根據(jù)放樣計(jì)算后，按直料下料，按先八角、后中間的順序進(jìn)行安裝。

2）與預(yù)留主筋套接后，根據(jù)定位筋的位置、角度，采用手持式鋼筋彎曲機(jī)對主筋底部進(jìn)行逐根彎曲，達(dá)到預(yù)定位置后與各定位箍焊接固定。

3）施工過程中隨時(shí)對中心桿、定位箍進(jìn)行校核，若有移動(dòng)應(yīng)停止作業(yè)，并第一時(shí)間進(jìn)行定位支架的糾偏與加固。

4）所有主筋安裝完成后，采用手持式鋼筋彎曲機(jī)對柱體上部鋼筋進(jìn)行構(gòu)造彎折。

4.3.2 箍筋安裝步驟

1）采用建模軟件對每根箍筋尺寸進(jìn)行精確定位、計(jì)算，根據(jù)建模數(shù)據(jù)進(jìn)行鋼筋下料。

2）為便于現(xiàn)場安裝，箍筋均按雙拼開口箍下料，安裝后按10d（d為箍筋直徑）長度進(jìn)行焊接，接頭部位錯(cuò)開（圖8、圖9）。

圖8 箍筋焊接

圖9 鋼筋骨架成形

4.4 鋼模安裝

1）安裝前在鋼模內(nèi)涂刷專用脫模劑。

2）安裝前對基層進(jìn)行抄底找平，噴涂發(fā)泡劑以防漏漿。

3）鋼模分為上下2層，下層高3.4 m，上層高3.0 m。下層模板安裝完成后采用水平尺對鋼模上口抄平，無誤后方可安裝上層鋼模，完成后再次對鋼模上口抄平。

4）鋼模安裝完成后進(jìn)行垂直度校正，無誤后方可澆筑混凝土。

4.5 混凝土成形

為保證成形效果，采用自密實(shí)清水混凝土一次澆筑成形。由于鋼筋密集，為防止混凝土出現(xiàn)離析，采用φ150 mm導(dǎo)管配合澆筑。

成形2 d后拆除鋼模，第一時(shí)間包裹塑料薄膜并澆水養(yǎng)護(hù)。

5 施工細(xì)節(jié)

5.1 操作架設(shè)置

常規(guī)采用鋼模施工柱體時(shí)操作架一次搭設(shè)成形，操作架距離柱體約1.5 m以利于鋼模拼裝，同時(shí)在架體間設(shè)木跳板供鋼筋綁扎使用。

考慮本柱體鋼筋定位要求高，尤其是柱體八角鋼筋須精確定位。為便于工人操作，提高鋼筋定位及綁扎質(zhì)量，操作架根據(jù)施工需求分2次搭設(shè)，即貼合柱體造型搭設(shè)的八邊形鋼筋操作架以及保證鋼模安裝空間的四邊形模板安裝操作架。

5.2 柱體定位

柱體定位準(zhǔn)確為本工藝關(guān)鍵點(diǎn)。主要包含柱中心定位及柱筋定位。

1）柱中心定位。柱中心定位直接影響柱體垂直度、箍筋下料、模板拼裝、成形效果，是后續(xù)施工的先決條件。采用具備剛度的鍍鋅鋼管貫穿整個(gè)柱高作為可視垂線并與基底結(jié)構(gòu)固定，以保證施工過程中具備統(tǒng)一、穩(wěn)固、可視的參照中心線。

2）柱筋定位。柱體形式為上圓下方，上小下大，主筋及箍筋角度、尺寸隨柱高變化而變化。常規(guī)的柱筋綁扎方式無法達(dá)到設(shè)計(jì)要求?，F(xiàn)場通過設(shè)置不同高度的定位箍筋來確定主筋的平面定位；通過在定位箍筋上設(shè)置八邊定位筋來確定不同高度八邊及角部的平面定位。通過定位箍筋及八邊定位筋從上至下形成整體定位網(wǎng)架，主筋及箍筋按此定位網(wǎng)架安裝即可滿足設(shè)計(jì)要求。

5.3 鋼模安裝

此套鋼模造價(jià)較高，且需周轉(zhuǎn)8次，使用前后應(yīng)加強(qiáng)保護(hù)、養(yǎng)護(hù)措施以保證鋼模使用頻次。模板內(nèi)襯層為聚氨酯材料，存放時(shí)應(yīng)進(jìn)行可靠覆蓋，避免因日曬雨淋而影響材質(zhì)。

模板分上下2層，下層模板嚴(yán)格按基層定位線安裝、抄平，底口輔以發(fā)泡劑封底以免漏漿。上層模板安裝后再次抄平并復(fù)核主體垂直度。最后檢查各加固件是否契合緊密，確認(rèn)無誤后再澆筑混凝土。

6 成形效果

澆筑過程中采用機(jī)械振搗棒振搗，做到“快插慢拔”，上下抽動(dòng)，均勻振搗，插點(diǎn)均勻排列，混凝土澆筑完成后做好大體積混凝土測溫工作，控制好內(nèi)外溫差，保證混凝土澆筑過程安全與澆筑質(zhì)量。模板拆除后加強(qiáng)對混凝土的養(yǎng)護(hù)，澆筑成形后混凝土效果良好。

7 結(jié)語

本文綜合應(yīng)用了模板選型、尺寸定位、鋼筋排布、操作架設(shè)計(jì)及成形質(zhì)量控制等關(guān)鍵技術(shù)，高效地完成了蕭山機(jī)場T4航站樓“天圓地方”異形曲面墩臺柱的施工，最終成形質(zhì)量達(dá)到了預(yù)定的目標(biāo)，確保了蕭山機(jī)場三期項(xiàng)目的順利推進(jìn)。本文介紹的方法可為以后類似異形柱的施工提供借鑒經(jīng)驗(yàn)。