大斜率超高混凝土圓柱的施工創新

朱帥帥 董 松 陸建沖

江蘇南通二建集團有限公司 江蘇 啟東 226200

1 工程概況

啟東市文體中心項目位于江蘇省啟東市匯龍鎮江海南路東側、世紀大道南側，分為南北區2棟建筑，橫跨于蝶湖風景區中軸兩側，總用地面積96 339 m2，總建筑面積77 080 m2，是集影劇院、文化館、版畫館與美術館、博物館與規劃館、全民健身中心以及相關配套設施于一體的現代化文化體育場館。

北區的大劇場、小劇場外側共有48根φ1 000 mm的超高混凝土斜圓柱。其中大劇場有30根斜圓柱，最大傾斜角度為21.71°，標高為0.00～32.30 m。小劇場有18根斜圓柱，最大傾斜角度為27.43°，標高為0.60～18.44 m。

2 施工難點

1）工程的斜圓柱體量大、工期緊，且工程為啟東市地標性建筑，市政府及相關部門極其重視，工程質量要求高。

2）工程斜柱傾角最大達到27.43°，柱頂和柱底的最大水平投影距離達到13 m。

3）斜圓柱支模施工勞動強度大、耗費大量的材料，而且對支模的要求高，材料周轉慢，費工、費時、費料。

4）圓柱的截面難以控制，杜絕圓柱中部的下撓、圓柱截面向兩側擴大（形成橢圓形柱），是外觀質量控制的關鍵。

5）該柱高度較高，避免混凝土澆筑時的離析、漏振是內在質量控制的關鍵。

3 支模方案

斜柱模板采用厚18 mm覆膜多層板，圖1為工廠預制的圓弧形定型木模板。

圖1 圓弧形定型木模板

柱箍采用3層，第1層為寬30 mm、厚2 mm的鋼帶箍，設置在木模板表面；第2層為寬30 mm、厚2 mm的鋼帶箍，設置在模板豎楞外側；第3層為加強柱箍，設置在最外側，加強柱箍是通過10#槽鋼與寬100 mm、厚3 mm的鋼帶組成的外方內圓的柱箍（圖2）。

斜柱一側采用3道鋼管頂撐于槽鋼上；另一側采用2道φ18 mm鋼筋結合花籃螺栓軟拉，連接在地面預埋的φ18 mm鋼筋上。再在柱子四周搭設垂直腳手架，將斜撐和垂直腳手架連接在一起，共同支撐斜柱（圖3）。

4 施工工藝流程

放線→搭設豎向腳手架→將斜柱引測至梁底以控制斜率→安裝斜柱傾斜一側的模板（圓柱模板的一半）→鋼筋綁扎→隱蔽驗收→另一側模板安裝閉合，擰緊第1道鐵箍→豎楞安裝，擰緊第2道鐵箍→安裝最外側預制槽鋼箍→安裝硬撐軟拉→澆筑混凝土→拆模養護→模板清理[1-3]

圖2 柱箍

圖3 斜柱支撐示意

5 施工要點

5.1 放線

在地上放出斜柱底部邊界線和控制線，以及梁底標高處的斜柱截面在水平面上投影的邊界線和控制線，并且計算出斜圓柱在梁頂標高處的圓柱中心與斜柱底部中心的水平距離，用于模板安裝時的斜率控制（圖4）。

圖4 放線示意

5.2 模板安裝

先安裝柱傾斜一側的底部模板，并根據放線結果調整模板，斜率確定后可在垂直腳手架上安裝水平橫桿來初步固定模板，以方便鋼筋的綁扎。模板和水平橫桿間塞入三角形木塊用于微調斜率。斜圓柱上口的模板和梁、板模板固定。考慮到斜柱傾斜一側的主楞承受模板傳遞來的荷載較大，故斜柱傾斜的一側采用強度及剛度較高的方鋼管作為主楞，來約束模板的變形，另一側采用木方作為主楞（圖5）。

圖5 模板安裝示意

5.3 鋼筋綁扎

鋼筋綁扎時，主筋之間采用Ⅰ級直螺紋套筒連接。第1層斜柱的鋼筋由地下室垂直圓柱里的鋼筋根據圓柱的斜率進行液壓彎折后，采用套筒連接；第2層及以上的斜圓柱斜率與第1層的一致，其鋼筋直接用套筒連接（圖6）。

圖6 鋼筋綁扎

5.4 圓柱模板外箍安裝

第1層外箍為鋼帶箍，間距250 mm，直接設置在木模板表面。

第2層外箍為鋼帶箍，間距500 mm，設置在主楞上，與第1層外箍錯開。

第3層外箍為加強柱箍，每根柱子設置4個，第1個距柱頂500 mm，第2個設置在柱1/3處，第3個設置在柱2/3處，第4個距柱底500 mm（圖7）。

圖7 圓柱模板外箍安裝

5.5 硬撐軟拉

硬撐：鋼管斜撐安裝在柱子傾斜一側，和柱身夾角在55°～75°之間。

軟拉：將花籃螺栓一側連接在加強柱箍上，另一側連接于地面預埋的鋼筋錨環上。

每個加強柱箍上有2個拉結點，2根鋼筋的拉力與硬撐以及柱子處于同一平面，確保柱子受力穩定以及對柱子斜率的控制。

在保證斜柱整體尺寸和斜率滿足設計要求的前提下，斜柱整體向著反方向傾斜20 mm，以抵消澆筑混凝土時，由于混凝土自重產生的整體位移。

5.6 混凝土澆筑

現場預先澆筑幾根斜柱作為試驗，來確定合適的混凝土拌和物的坍落度和擴展度，并以此作為斜圓柱混凝土澆筑的控制依據。在每根斜柱澆筑前均檢測坍落度和擴展度，達到要求才允許進行澆筑。

在澆筑混凝土前，向斜柱中插入2根φ150 mm的PVC膠管，在PVC膠管表面開一條寬度為100 mm的槽，將振搗棒放在槽內。振搗棒采用作用半徑較大的φ70 mm振搗棒（2根），并放置于PVC膠管中。柱底的混凝土通過PVC膠管輸送到底部，使用振搗棒充分振搗，然后提升振搗棒與PVC膠管，并使振搗棒始終保持在膠管內（圖8）。

圖8 混凝土澆筑示意

混凝土采用分層澆筑，每層澆筑高度300～400 mm，并使振搗棒充分振搗，以確保混凝土的澆筑質量。梁鋼筋暫時不綁扎，澆筑時可采用預制的引流木板作為溜槽，擱置在梁口的位置，充當漏斗作用，用于控制混凝土在高空澆筑的離析，方便澆筑[4-5]。

5.7 模板的保存與修理

模板在存放時必須展開平放在較平的地面上，且工作面向上，如作業現場無條件平放時，必須組裝后立放。

每次使用前檢查模板有無損壞，將工作面上的黏漿除凈（清除時不要損傷模板工作面），將優質油性脫模劑涂均勻后方可使用。

模板應避免翻拆、踩壓、重物撞擊或高溫暴曬。多次周轉后，模板如有破壞孔洞或小面積開裂等現象，應用復合材料及時修補，嚴禁帶傷使用。

6 勞動組織和安全

一個專業小組需施工作業人員3～4人（可根據工程具體圓柱數量來決定）。作業人員由操作熟練的技工組成，施工前由項目技術管理人員進行相關的施工技術、質量和安全交底。

腳手架應搭設牢固，澆筑混凝土時關注斜撐變形情況，若發現問題，應暫停澆筑并立即增加支撐。拆模時下方嚴禁站人，拆下的連接件等構件禁止高空拋擲。

7 經濟效益分析

7.1 材料

將本工程超大斜率圓柱采用的木模配合加強柱箍與整體預制鋼模進行對比，并以層高5.5 m、柱身傾斜20°、直徑1 000 mm的柱子進行計算：

1）木模按周轉8次計算，鋼帶箍和加強柱箍按周轉20次計算。經計算，本工程圓柱成本約為431.5元/根。

2）本工程48根斜柱的斜率基本都不一樣，采用預制鋼模需分成兩部分來加工：柱底和柱身。柱底鋼模需按照每根柱子的斜率分別加工，需加工48套；柱身鋼模可以制作成標準節來流轉使用。折合斜圓柱的成本為550～600元/根。

兩者對比，采用木模配合加強柱箍做法的成本為預制鋼模成本的75%左右，單根柱子材料成本可節省150元左右。

7.2 人工

同樣以層高5.5 m、柱身傾斜20°、直徑1 000 mm的柱子進行計算：

1）木模的支撐加固需要2人半天完成，計1人工；拆除需要2人半天，計1人工。木模無需大型機械配合施工，安裝拆除便利。按每人工300元計，安拆費用為600元。

2）鋼模需大型機械配合吊裝施工，完成柱子的支撐加固需4人半天，計2人工；拆除需3人半天，計1.5人工。因此，安拆費用為1 050元。同時，因工程工期較緊，大型機械不能時刻配合吊裝，需另外配置汽車吊來協助鋼模安裝。汽車吊租賃費為1 200元/d，每天可穿插完成2根柱子，折合到單根柱子的費用為600元。由此可知，采用鋼模的人工成本合計為1 650元。

7.3 總成本

本工程斜圓柱每層48根，共3層，計144根。木模成本為1 031.5元/根，鋼模成本約為2 200元/根。因此，使用木模的總成本較預制鋼模可節省16.8萬元。

8 結語

實踐證明，硬撐軟拉加3層柱箍的措施，很好地解決了斜柱支模施工及混凝土澆筑質量的難題。

1）3層柱箍一層接一層，很好地限制了澆筑混凝土時模板的變形，解決了脹模問題，確保了澆筑后的混凝土質量達到要求。

2）采用硬撐軟拉，不需要復雜的外部支撐體系就解決了斜柱支模難度大的問題，并且很好地控制了斜柱的斜率。

3）預制木模板按圓柱每層凈高加工，可以一次性封模，不用接長，提高了工作效率。

4）預制槽鋼柱箍剛度大，制作材料來源廣，周轉次數高，對于約束斜柱模板的變形有明顯效果，而且便于拆裝，節約成本。