大直徑勁性混凝土柱施工技術

□文 /刁 寧

隨著國民經濟的發展，高層建筑的崛起，單幢建筑的高度越來越大，鋼骨混凝土柱作為主要承重結構的應用越來越廣。但大直徑勁性混凝土柱的施工，尤其是一些異形柱的節點處理，一直是工程質量控制的難點。

針對這一現狀，本文提出一種可用于高層勁性混凝土鋼骨柱結構的現場施工、安裝及澆筑的大直徑勁性混凝土柱施工技術。該技術已經運用在天津市公安局業務技術用房（兩級指揮中心）工程的2.1m直徑勁性混凝土鋼骨柱的施工中，采用了本技術，確保了工程質量，加快了施工進度，降低了工程成本，取得了明顯的經濟效益。

1 工程概況

天津市公安局兩級指揮中心項目一期工程位于天津市西青區中北鎮侯臺工業園區，包含1#、2#、3#樓地上建筑和連體地庫，總建筑面積約15.29萬m2；全部采用鋼筋混凝土框架結構，有4根大直徑勁性混凝土圓柱，直徑2.1 m，高度超過40 m。

2 施工技術

2.1 工藝原理

采用勁性十字鋼骨柱，鋼骨柱與混凝土組合，共同承受荷載作用。利用塔吊作為垂直運輸設備，將不同長度尺寸的十字型鋼骨進行吊裝、焊接后，與鋼筋混凝土結合，組成勁性混凝土結構構件。在梁柱節點部位，采用鋼模與木模組合支模，確保混凝土外觀精美；將梁筋、預應力波紋管與鋼骨進行可靠連接，確保結構安全。

2.2 技術特點

1）定型鋼模與弧形木模組合使用，配合獨立的模板支撐體系，確保施工結構安全及觀感質量。

2）勁性圓柱與預應力梁的交接節點工藝合理，施工便捷。

3）鋼骨柱采用氣保焊雙面焊接，輔以垂直角度檢測方法，確保2.1 m大直徑圓柱垂直度。

4）多尺寸鋼骨柱的拼接（1.5、0.9、0.6 m），拼裝靈活，適用于多種不同層高的排布。

3 施工工藝流程及操作要點

3.1 施工工藝流程

施工準備→勁性柱基礎安裝→柱節安裝、定位→柱節鋼筋綁扎、節點穿筋→柱節模板支設→標準層施工→柱節混凝土澆筑→勁性柱封頂→驗收。

3.2 操作要點

3.2.1 勁性柱基礎安裝

在做好人員、技術、場地和吊裝機具的準備工作之后，進行勁性柱基礎的安裝。先制作直徑1 160 mm的圓環模具，其內徑為900 mm。根據螺栓的位置以及螺栓直徑在模具上面定位鉆孔，鉆孔直徑比螺栓直徑大2 mm，模具比螺栓組外邊緣大50 mm。為保證垂直度，采用厚度為5 mm的鋼板做圓環模具。

螺栓穿入模具后，上部及下部擰一個螺帽固定，調節螺栓預留高度為200 mm，共8根，保證垂直度。螺栓錨入底板900 mm。基礎底板厚度為1 800 mm。

在基礎鋼筋綁扎完成后，將地腳螺栓模具控制線按施工圖紙要求校正、定位，校正標高后可將模具與螺栓插入基礎鋼筋內。然后將螺栓用鋼筋焊接連接，防止鋼筋位置移動并事先在螺栓下部焊接一截短鋼筋，讓短鋼筋支撐在基礎鋼筋上，防止螺栓的垂直位移。澆筑混凝土前，螺栓上部的螺桿及螺母抹上固體黃油后用塑料膠帶包裹，見圖1。

圖1 勁性柱基礎安裝

3.2.2 柱節安裝和定位

鋼柱起吊至就位上方200 mm時，應停機穩定，對準螺栓孔和十字線后，緩慢下落，下落中應避免磕碰地腳螺栓絲扣，當柱腳與基礎接觸后應停止下落，檢查鋼柱四邊中心線與基礎十字軸線對準情況（四邊要兼顧）和柱腳下的鋼墊板位置、數量是否正確，如有不符應立即調整。調整時需3人操作，一人移動鋼柱、一人協助穩固，另一人進行檢測，經調整鋼柱的就位偏差在3 mm以內后，再下落鋼柱，使之落實，擰緊地腳螺栓鎖緊螺母。

臨時固定完成后，在測量人的監測下，利用臨時固定用倒鏈、管式支撐、千斤頂等對柱垂直度進行校正，對柱的標高進行調整，對柱的水平位置、間距進行處理，確認堅固無誤。鋼骨與基礎底板之間空隙填充強度等級為C40無收縮細石混凝土。

在下層柱上口焊接耳板，用塔吊將上層柱子就位，用千斤頂配合全站儀進行校正，校正后，將上層鋼柱通過連接板與下層柱耳板焊接固定，連接耳板的尺寸為300 mm×100 mm、厚度為30 mm，使用二氧化碳氣體保護焊，雙面焊接，一級焊縫，根據GB 50205—2012《鋼結構工程施工質量驗收規范》，焊縫中應無裂紋、未熔合、未焊透和條狀夾渣并且輔以垂直角度檢測方法確保2.1 m大直徑圓柱垂直度。

使上下柱無錯口，上下柱十字線重合，如有偏差，在鋼柱的連接耳板的不同側面砸入楔鐵，敲擊楔鐵進行調整，鋼柱的十字線偏差每次調整3 mm以內，如果偏差過大，分2～3次調整。

垂直度及標高校正：采用兩臺全站儀、一臺水準儀對鋼柱進行跟蹤觀測。鋼柱垂直度采用無纜風校正，在鋼柱偏斜一側打入鋼鍥或頂升千斤頂。在保證單節柱垂直度不超限的前提下，將柱頂軸線偏移控制到0。

3.2.3 柱節鋼筋綁扎、節點穿筋

鋼骨柱十字板與預應力波紋管和梁主筋的連接是控制重點，將連接方式根據不同的工況，進行了深化設計，確定施工方案。

1）在打孔率允許條件下，鋼骨柱十字鋼板上可以穿孔，翼板上不得穿孔。

2）預應力波紋管穿過鋼骨柱，必須在十字鋼板上打孔。

在已確定的方案基礎上，深化研究處理方法。

1）圓柱兩側梁主筋與鋼骨柱翼板相接時，在翼板上增加牛腿，梁主筋與牛腿雙面焊接。

2）圓柱兩側梁主筋與鋼骨柱十字鋼板相接且兩側主筋為同一直徑型號的，在十字鋼板上定位打孔。

3)圓柱兩側梁主筋與十字鋼板相接時，但兩側主筋為非同一直徑型號的，在鋼骨柱翼板上增加牛腿，梁主筋與牛腿雙面焊接。

4）圓柱單側有梁時，在鋼骨柱翼板上增加牛腿，梁主筋與牛腿雙面焊接。

墻體水平筋與鋼柱節點部位的綁扎：當墻體水平筋的錨固長度不足，遇型鋼腹板時，應在腹板附近垂直向上或向下彎錨15d（d為鋼筋直徑），以使鋼筋滿足錨固要求；當遇型鋼翼緣時，應在進入勁性柱后彎折繞開鋼柱翼緣板后折回。

為減少普通鋼筋對預應力筋的擾動，首先完成預應力梁的底模板固定、梁普通鋼筋的綁扎固定以及鋼骨柱的焊接和柱筋的綁扎固定。

綁扎樓板鋼筋，按照預應力筋曲線圖，使用全站儀對波紋管弧度進行定位。波紋管支架采用φ12 mm鋼筋，間距1.0 m設置并與梁箍筋焊接牢固。梁側模板合模前，先將預應力波紋管穿插到預應力梁內。焊接支架，調整波紋管位置，對鋪設的預應力波紋管進行固定。波紋管與鋼骨柱節點方面，按照制定的方案措施，在鋼骨柱十字板上定位打孔，波紋管穿過十字板過孔，使波紋管與柱箍筋綁接牢固。

3.2.4 柱節模板支設

柱節模板的支設分為圓柱部位的模板支設與梁柱節點部位的模板支設。

1）圓柱部位。通過對樓層凈空高度、塔吊起重安全系數以及施工操作性等多方面考慮，選擇1.5 m高的半圓定型鋼柱模并配備0.9、0.6 m高鋼模。在鋼模拼裝時，1.5 m高鋼模設置在最下部，0.6 m高鋼模設置在最上部。上下層柱模板間設置海綿條進行封堵。

在每層柱模板支設的最頂端，采用現場加工的圓柱木模板，以便于與梁柱節點部位模板連接。同時，由于現場加工可靈活控制尺寸，最末節木模板可對鋼模板的模數進行補足，使其更適應各層層高。

圓柱木模板由多根5 cm寬木條拼接構成，模板的內壁上固定有2 mm厚的鐵皮內襯，鐵皮內襯上端與圓柱木模板，下端伸出圓柱模板5 cm（伸入下部鋼模板內），圓柱木模板上箍套有多道弧形鋼板條（間距為300 mm），以保證其具有良好的剛度及整體性。

2）梁柱節點部位。采用多塊弧形木模板拼接而成，見圖2。單塊弧形木模板由多根5 cm寬木條拼接構成，內側襯有2 mm厚的鐵皮，鐵皮與弧形模板內側貼合緊密，固定牢固。弧形模板與梁模板采用鋼釘固定，在接縫處設置海綿條。在弧形模板與下部圓柱木模板間亦設置海綿條。梁間弧形模板下部超出梁下部≮100 mm并設置弧形鋼板條，以保證其具有良好的剛度及整體性。

圖2 梁間弧形模板

3.2.5 勁性柱混凝土澆筑

由于勁性柱間鋼筋及鋼骨十分密集，里面空間很狹小，混凝土澆筑時振搗空間不足，型鋼制作時，水平肋板中心預留半徑200 mm灌灰孔，澆筑混凝土時，施工的關鍵控制點是確保型鋼和鋼筋之間的混凝土的密實度。混凝土選用的是自密性混凝土，強度等級為C50，使用混凝土泵車澆筑，嚴格控制混凝土坍落度，在澆筑混凝土時，實行分層澆筑振搗，加強勁性柱兩側對稱振搗，由于鋼筋密集，空間狹小，選用直徑30 mm的小型振搗棒，在有效半徑內的充分振搗，從而使型鋼空隙部分的混凝土擠密，確保鋼骨柱混凝土的澆筑質量。

3.2.6 勁性柱封頂

頂層鋼骨高出十層頂板1.5 m，上層接續直徑2.1 m鋼筋混凝土圓形柱。按照上述工序進行穿筋、綁扎，在鋼筋綁扎完成后，支設鋼模板并澆筑混凝土。待混凝土強度達到設計強度的100%時拆除鋼模板并對澆筑完成的勁性混凝土柱進行養護。

勁性柱施工完畢后，根據JGJ 138—2001《型鋼混凝土組合結構技術規程》組織驗收。

4 施工效果

該工程中按照本技術進行混凝土鋼骨柱的施工中，其質量均達到驗收一次合格且國家施工驗收規范的規定，避免了重復用工。按照本技術施工，降低了工程造價、增加了使用面積、縮短了施工工期、提高了建筑抗震性能和結構承載力；減小了柱截面，節約了混凝土使用量，減輕了結構的自重。

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