大斜率斜柱混凝土振搗施工技術(shù)探究

吳強(qiáng)

0 引言

隨著建筑外形趨于異型結(jié)構(gòu)的發(fā)展，在現(xiàn)代建筑設(shè)計中大斜率斜柱越來越多出現(xiàn)，由于斜柱斜率較大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜給傳統(tǒng)的施工方法帶來了一定的影響。張建新、王偉和江逢潮等人通過控制模板支撐體系，解決斜柱鋼筋工程、斜柱測量定位、斜柱模板工程和混凝土澆筑的施工技術(shù)難題；朱帥帥等人通過硬撐軟拉加3 層的措施，解決了斜柱支模施工和混凝土澆筑質(zhì)量的難題；周洲從設(shè)計角度采用SATW 和ETABS 兩種軟件，分析斜柱，對相關(guān)節(jié)點的設(shè)計和構(gòu)造進(jìn)行了措施加強(qiáng)。以上方法都是通過解決外力影響，最大程度提高斜柱的施工質(zhì)量問題。

現(xiàn)階段施工現(xiàn)場常采用常規(guī)的插入式混凝土振搗棒的混凝土振搗方法，難以對斜柱柱根部位混凝土振搗密實，當(dāng)振動棒插入時，在自重力牽引下，振動棒隨著自身振動會垂直插入柱中，導(dǎo)致柱腳接近三分之二區(qū)域的混凝土無法振搗，從而產(chǎn)生柱腳混凝土強(qiáng)度不足，柱根以上1m 范圍內(nèi)混凝土表面出現(xiàn)大面積蜂窩、麻面現(xiàn)象，嚴(yán)重影響斜柱柱腳混凝土強(qiáng)度及表觀質(zhì)量。因此在蘭州奧體中心項目施工過程中，技術(shù)人員通過改變傳統(tǒng)的施工方法，針對大斜率斜柱混凝土難以振搗密實的問題，擬采用輔助振搗方法，對振動棒進(jìn)行牽引，從而達(dá)到斜柱下部混凝土振搗密實的目的。

1 工程概況

蘭州奧體中心運動員公寓及體育產(chǎn)業(yè)用房工程主體結(jié)構(gòu)呈橢圓異形結(jié)構(gòu)，四面均為弧形，且南側(cè)從底至頂從外向內(nèi)逐漸退層，退層深度約為1m，退層部位每層有混凝土斜柱12 根，1～16 層共計192 根斜柱。效果圖如圖1 所示。不同軸線圓柱斜率分別為：1層為 81.28°和86.64°，2～5層為80.33°和86.27°，6～16 層為77.64°和85.20°。每層橢圓曲率最大處分布4 根大斜率圓柱，最大斜率為77.64°。

圖1 蘭州奧體中心運動員公寓效果圖

2 方案比選及方案確定

2.1 提出方案

2020 年2 月29 日，項目部在春節(jié)后組織施工的首個周末，召開了斜柱混凝土難以振搗密實的專題會，項目組織了所有工程技術(shù)人員參加。結(jié)合本工程的實際，利用頭腦風(fēng)暴法詳細(xì)討論了所有可行方案，綜合參考各方意見后，提出三種創(chuàng)新性的大斜率高聳圓柱混凝土振搗施工方法：

方法一：聯(lián)系設(shè)計單位，將斜柱混凝土全部改為同等級自密實混凝土進(jìn)行澆筑；

方法二：在斜柱上傾斜面的模板上預(yù)留導(dǎo)流口和振搗口，待下層混凝土振搗完成后及時封閉模板；

方法三：采取振動棒輔助振搗方法，對振動棒進(jìn)行人為牽引至斜柱上傾斜面及柱腳。

2.2 方案比選和分析

項目部從技術(shù)特點和經(jīng)濟(jì)合理性角度出發(fā)，并利用矩陣圖對三個方案進(jìn)行比選分析，如表1 所示。

表1 方案綜合對比分析表

通過對以上三種方案可靠性、操作難易程度、工期、經(jīng)濟(jì)效益和其他影響，經(jīng)綜合對比及用矩陣圖對方案進(jìn)行比選，認(rèn)為方案三采用輔助振搗方法，對振動棒進(jìn)行牽引來振搗斜柱上傾斜面及以下部分的混凝土最可行。

3 研究方法

本研究方法為5W1H 方法，擬采用現(xiàn)場實操和計算機(jī)模擬達(dá)到預(yù)期值，本文的技術(shù)路線如圖2 所示。

圖2 技術(shù)路線圖

本研究方法為5W1H 方法，擬采用現(xiàn)場實操和計算機(jī)模擬達(dá)到預(yù)期值，針對大斜率斜柱混凝土難以振搗密實的問題，采用輔助振搗方法，對振動棒進(jìn)行牽引。在澆筑下層底板混凝土?xí)r，在斜柱柱腳埋設(shè)直徑φ30mm 直螺紋套筒，套筒傾斜角度和斜柱斜率保持一致，在斜柱鋼筋綁扎時，在套筒上安裝φ30mm的圓鋼，圓鋼上部與斜柱柱筋進(jìn)行臨時固定，在混凝土澆筑時，將帶有箍帶的軸承套在圓鋼上，然后將箍帶箍在振動棒根部，使振動棒沿著圓鋼上下活動，根據(jù)圓柱直徑大小，確定預(yù)埋直螺紋套筒的數(shù)量，多個振動棒同時振搗，從而達(dá)到斜柱柱根混凝土振搗密實的目的。在混凝土澆筑完成后，用力矩扳手?jǐn)Q動圓鋼，緩慢拔出，從而達(dá)到斜柱下部混凝土振搗密實的目的。

4 實施對策

針對以上施工工藝，運用5W1H 方法，提出3 種對策進(jìn)行解決。

對策（what）一：根據(jù)振動棒影響范圍，確定預(yù)埋套筒數(shù)量、間距及振動棒數(shù)量；目標(biāo)（why）是確保斜柱柱腳混凝土在振搗范圍內(nèi)振搗密實、無氣泡；采用按照振動棒影響范圍300～400mm 排布預(yù)埋套筒，確保套筒傾斜度與斜柱傾斜度大致相同，且方向保持一致的措施（how）；由專門負(fù)責(zé)人（who）在規(guī)定時間（when）規(guī)定地點（where）完成。

對策二：保證震動棒能在箍帶牽引下自由沿著圓鋼上下滑動；目標(biāo)為確保震動棒可在特定的圓鋼上沿著圓鋼人為上下輕松移動；措施為制作帶有軸承的箍帶，將箍帶固定在振動棒上，由于軸承可大大減小其與圓鋼的摩擦力，能夠保證震動棒在箍帶的牽引下沿著圓鋼上下輕松移動。

對策三：確定多個震動棒同時震動所需最佳振搗時間；目標(biāo)是確?；炷敛话l(fā)生漏振或者過度振搗；措施為振搗范圍不重疊的部位按照快插慢拔的原則進(jìn)行，重疊部位通過實驗確定振搗時間，以混凝土表面不再出現(xiàn)氣泡為止；完成地點在辦公室和現(xiàn)場。

4.1 確定預(yù)埋各項參數(shù)

根據(jù)振動棒影響范圍，確定預(yù)埋套筒數(shù)量、間距及振動棒數(shù)量。

按照振動棒振搗范圍300～400mm 排布預(yù)埋套筒；預(yù)埋套筒在柱腳靠近上傾斜面的部分呈梅花形布置，柱腳靠近下傾斜面的部分振動棒由于自重力牽引，無需布置預(yù)埋套筒即可深入此部分。

為確?；炷琳駬v充分密實，且易于操作，盡量保證預(yù)埋的直螺紋套筒的傾斜度與斜柱傾斜度保持一致，且傾斜方向相同。實施效果檢查：直螺紋套筒布置合理，傾斜角度與斜柱傾斜角度保持一致。

4.2 保證振動棒滑動措施

保證振動棒能在箍帶牽引下自由沿著圓鋼上下滑動?，F(xiàn)場選用內(nèi)圓直徑為φ30～35mm 的軸承，并在軸承外圓上焊接箍帶，箍帶與軸承之間可用φ6mm 的圓鋼進(jìn)行焊接連接，并保證焊接牢固。實施效果檢查：軸承與箍帶焊接牢固，箍帶箍定振動棒后，在軸承的減阻作用下，振動棒可沿著軸承上下自由移動。

4.3 確定振動棒振搗時間

確定多個振動棒同時振動所需最佳振搗時間。對多個振動棒同時振搗斜柱混凝土的時間，通過試驗進(jìn)行確定，以斜柱混凝土每次澆筑高度1.5m 進(jìn)行模擬，振動棒需同時向上緩慢提升1～2 次，從下到上共分2～3 次進(jìn)行振搗，每次振搗時間約為20～30s，振動棒第二次提升后，觀察混凝土表面是否有氣泡產(chǎn)生，混凝土粗骨料是否不再沉落為止，并記錄振搗時間約為50～60s。混凝土振搗模擬示意圖見圖3。斜柱整體效果見圖4。

圖3 混凝土振搗模擬示意圖

圖4 斜柱混凝土整體效果

5 效果驗證

通過大斜率斜柱混凝土振搗施工技術(shù)，斜柱柱根部分混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計規(guī)定強(qiáng)度的100%；斜柱混凝土表面孔洞、裂隙現(xiàn)象不再發(fā)生，漿體與骨料粘結(jié)力良好，合格率在96.35%；斜柱柱根1m 以上混凝土表面蜂窩麻面現(xiàn)象降至8.85%，檢查驗收匯總見表2，為一次結(jié)構(gòu)一次成優(yōu)提供了良好的條件。

表2 檢查驗收匯總表

蘭州奧體中心項目運動員公寓及體育產(chǎn)業(yè)用房，通過斜柱混凝土振搗技術(shù)創(chuàng)新，降低了施工成本，縮短了施工周期，提高了施工質(zhì)量。累計產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益約130 萬元。

6 結(jié)論

通過在下層樓板混凝土澆筑時，在斜柱柱根靠近建筑物外側(cè)一側(cè)預(yù)先埋置φ30mm 鋼套筒，在套筒上連接與柱高等高的φ30mm 圓鋼，圓鋼上部與斜柱柱筋進(jìn)行臨時固定，圓鋼斜率與柱子斜率保持一致，在混凝土澆筑時，將帶有箍帶的軸承套在圓鋼上，然后將箍帶箍在振動棒根部，軸承能大大減少與圓鋼之間的摩阻力，因此振動棒可以在帶有箍帶的軸承牽引下，人為輕松地使振動棒沿著圓鋼上下活動，從而達(dá)到斜柱柱根混凝土振搗密實的目的。在混凝土澆筑完成后，用力矩扳手?jǐn)Q動圓鋼，緩慢拔出，從而達(dá)到斜柱下部混凝土振搗密實的目的。

近年來，國內(nèi)外關(guān)于異形超高層及高層建筑層出不窮。各地方政府在城市建設(shè)方面獨具特色，建筑造型設(shè)計新穎，異形高層建筑隨之越來越多。本研發(fā)項目涉及的關(guān)鍵技術(shù)針對此類建筑具有較強(qiáng)的適用性，且能夠創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益、社會效益，可廣泛應(yīng)用于異形高層和超高層施工建造。