帶有負重的斜圓柱施工方法研究

馮瑞麗

中建二局第二建筑工程有限公司 河南 鄭州 450044

1 工程概況

鄭州商都遺址博物院和鄭州市文物考古研究院建設項目4D影院部位的柱為圓柱，直徑1 000 mm，在－2.1 m以下為直圓柱，直圓柱共計16根，其中7根從－11.9 m標高生根，9根從－6.0 m標高生根，至－2.1 m標高其中一根圓柱收頭，剩余15根在－2.1 m標高以上與地面傾斜76°角呈發散狀佇立。

2 施工難點

1）本工程斜圓柱在空中僅與環形框架梁有連接，加上400 kg鋼埋件的影響，其柱子中心位置極易發生偏移，給現場斜柱角度校核工作帶來了很大麻煩。

2）埋件為厚30 mm鋼板，長1.545 m，每個埋件有22根φ25 mm抗剪鍵（三級鋼），沿長度方向均勻分布4個寬度100 mm、厚25 mm的抗剪板（鋼板）。斜柱縱向受力鋼筋為20φ32 mm，箍筋為φ12 mm@100 mm；環形框架梁在4.40 m及9.35 m標高截面尺寸及配筋分別為500 mm×1 000 mm（上層鋼筋8根φ25 mm，底層鋼筋12根φ25 mm，N8φ20 mm），500 mm×800 mm（上層鋼筋8根φ25 mm，底層鋼筋10根φ25 mm，N6φ20 mm），埋件與圓柱鋼筋筋、框架梁鋼筋相互交叉重疊，穿筋操作難。

3）埋件的安裝和固定難度大。

4）由于4D影院位置的特殊性，塔吊覆蓋不到且汽車泵無法靠近，加上節點處鋼筋密集且斜圓柱中間無現澆混凝土結構板，混凝土澆筑困難。

3 施工技術及操作要點

3.1 斜圓柱坐標定位及斜度校核

15根斜圓柱沿圓形布置，擁有共同圓心，相鄰2根柱子與中央圓心成22.5°圓心角，結合現場實際情況，經過多種方案的分析比較，采用在15根斜圓柱中間搭設測量平臺，在平臺上確定圓心，進行圓柱坐標定位和角度復核。圓柱不同標高位置的中心與圓心之間的距離運用AutoCAD軟件及BIM技術進行標點和計算。

測量平臺兼作布料機操作平臺，采用鋼管搭設，尺寸10 m×10 m，鋼管立桿間距600 mm×600 mm[1-2]。

3.2 鋼筋工程施工

3.2.1 施工工藝流程

1）－2.1～4.4 m斜圓柱鋼筋綁扎工藝流程：斜柱鋼筋插筋→埋件以下箍筋安裝→4.25 m標高埋件安裝（埋件范圍的外箍筋穿插進行）→用手拉葫蘆進行埋件位置及角度校正→4.4 m標高框架梁鋼筋綁扎→通過測量圓心與斜圓柱中心距離的方式進行斜柱鋼筋斜度校正及定位。

2）4.40～9.35 m斜圓柱鋼筋綁扎工藝流程：斜柱鋼筋綁扎→通過測量圓心與斜圓柱中心距離的方式進行斜柱鋼筋斜度校正及定位→9.35 m標高框架梁鋼筋綁扎→9.35 m標高埋件安裝→用手拉葫蘆進行角度校正。

3.2.2 鋼筋施工要點

1）應用BIM技術。鑒于節點處存在鋼筋與預埋件錯綜復雜的特點，應用BIM技術，并通過與傳統二維圖紙深化進行比較，體現出了采用BIM技術進行復雜節點深化設計的優勢。深化設計時需要綜合考慮鋼筋間位置關系以及鋼筋與預埋件的位置關系，進行合理排布，保證鋼筋全數通過。由BIM模型形成剖面圖，方便現場攜帶，也便于指導施工。

2）鋼筋預埋時必須準確定位。采用BIM技術，以鋼筋在構件中等間距布置原則，對此節點進行建模，建模完成后對梁柱鋼筋和預埋件進行碰撞檢查，對產生碰撞的鋼筋位置進行調整，以預埋件上抗剪板的定位作為基準，調整斜柱主筋的排布。施工現場斜圓柱鋼筋插筋時必須按照BIM模型進行準確定位。

3）優化節點設計。梁柱節點鋼筋非常密集，考慮到結構特點，經設計院同意，埋件位置的內箍改為拉鉤形式。通過排布埋件位置的節點模型看出，在抗剪板位置的斜柱鋼筋如果繞開抗剪板及抗剪鍵，其鋼筋間距會增大至275 mm，不能滿足設計要求，而抗剪板和抗剪鍵間的距離只有50 mm，斜柱鋼筋從二者之間穿筋相當困難。為解決這個問題，將抗剪板適當切口，從而保證主筋順利穿過（圖1）。

4）框架梁鋼筋數量多，鋼筋凈距接近于鋼筋允許最小距離，綁扎環形梁鋼筋時應嚴格按畫好的位置線控制空間位置。為方便混凝土振搗，梁內主筋豎向應保證與斜圓柱角度一致。

5）梁柱主筋接頭采用直螺紋連接，均為一級接頭。

3.3 預埋件安裝

現場鋼結構預埋件重達400 kg，且在塔吊的覆蓋范圍之外，吊車也無法靠近。針對這種情況，采取了以下措施：

1）在圓柱上部搭設鋼管支架，安裝固定手拉葫蘆，利用手拉葫蘆進行鋼埋件的初步吊裝工作。

2）鋼埋件吊裝到相應位置后，根據施工圖紙，對鋼埋件的位置進行調整，保證埋件中心位置偏差≤5 mm，以便后期鋼梁的安裝工作順利進行。

3）將手拉葫蘆鏈條一側固定于鋼埋件上，另一側固定于中間架體平臺上，利用鏈條斜拉著鋼埋件，減小鋼埋件對柱子的傾覆作用（圖2）。

圖1 節點位置鋼筋排布

圖2 鋼埋件固定

3.4 模板工程施工

3.4.1 模板的選擇與配置

1）該工程柱子截面為圓形，直徑為1 000 mm，給模板的制作、加工、安裝帶來了困難，而采用傳統的自制木模、小鋼模，會造成梁柱節點拼縫不嚴及梁柱節點處拼縫漏漿等問題。為此，根據柱高、角度及截面尺寸等參數，定制圓弧木模板，木模板由專業廠家生產，質量可靠。

2）通過安裝水平約束箍@200 mm對模板進行固定，同時在模板傾斜側及其左右兩側加設木方，并用鋼管支撐固定木方，保證模板架體的穩定性（圖3）。

圖3 斜柱模板加固完成

3.4.2 架體搭設

1）本位置的模板支設屬于高支模，架體搭設分2次進行，搭設的難點在于：架體底標高不同，分別從－2.1 m的地下室底板及－5.4 m的淺基坑基礎頂面上開始搭設；斜圓柱中間為鋼結構，在混凝土澆筑期間為中空，必須充分考慮架體的穩定性；必須充分考慮斜圓柱的側向傾覆。

2）架體搭設參數：環形梁底立桿縱向間距600 mm，梁兩側立桿橫距為梁寬＋600 mm，為增加架體整體穩定性，斜圓柱兩側搭設雙排架兼作操作架，立桿縱距同梁底，橫距1 000 mm，同時為抵抗斜圓柱的傾斜力矩，每個斜圓柱位置搭設鋸齒狀架體[3-4]。

3.5 混凝土工程施工

3.5.1 澆筑順序

斜圓柱混凝土分層澆筑，第1次澆筑范圍為標高－2.1～4.4 m的斜柱及框架梁，第2次混凝土范圍為標高4.4 m以上的斜柱及框架梁。

3.5.2 澆筑方式

鑒于現場實際情況，在圓心位置搭設布料機操作平臺，將布料機架設于中央平臺上，進行混凝土澆筑。

布料機操作平臺分2次搭設，第1次從－5.4 m（局部－2.1 m）搭設至4.0 m高度，操作平臺搭設尺寸為8 000 mm×8 000 mm，立桿頂部采用雙扣件連接。立桿橫向間距0.6 m，縱距0.6 m，步距1.5 m，平臺底面鋼管間距0.2 m；四周外圍連續設置豎向剪刀撐。轉料平臺面板采用木腳手板。同時在布料機四角用纜風繩與地錨進行拉結。

第2次搭設高度為15.2 m，操作平臺搭設尺寸為10 000 mm×10 000 mm，其他參數和要求與第1次一致。

3.5.3 澆筑注意事項

混凝土澆筑是斜圓柱施工的重中之重，由于斜柱的特殊造型，造成混凝土施工有以下幾個難點：

1）斜柱鋼筋較密，在斜柱底面呈一斜面，混凝土在向下輸送過程中，拌和物中的砂漿易被箍筋掛住，造成斜柱底部混凝土缺少砂漿。

2）振搗棒很難輸送至斜柱底部，在提升過程中，振搗棒容易被箍筋卡住。

3）在斜柱振搗過程中，混凝土中產生的氣泡不易被排出，會積聚在頂面模板下，造成頂面混凝土蜂窩、麻面，影響混凝土觀感。

針對以上難點，采取以下措施：

1）選用作用半徑較大的φ70 mm振搗棒，澆筑混凝土前先在柱根澆一層厚50 mm同柱混凝土強度等級的水泥砂漿，然后將振搗棒和膠管先插入斜柱中，隨澆筑混凝土隨提升振搗棒和膠管，每根斜柱振搗一次。

2）嚴格控制混凝土拌和物的坍落度和擴展度為200～220 mm，否則不得使用。采用分層澆筑，嚴格控制每層高度不大于500 mm。

3）在斜柱頂面模板間隔2 000 mm開通氣孔。在澆筑斜柱混凝土時，設專人在頂面模板用橡膠錘輕振模板，同時觀察通氣槽的氣泡，盡量使氣泡從通氣槽排出。

4）由于斜圓柱和梁的交界處鋼筋較密集，振搗棒難以將混凝土振動密實，故在綁扎該處鋼筋時，留出空隙作為振搗棒插入的空間。另外，對這一部位，看模工人可用錘子敲擊模板，根據敲擊聲判斷混凝土的密實情況。

4 結語

鄭州商都遺址博物院和鄭州市文物考古研究院建設項目斜圓柱施工可借鑒的施工資料及案例較少，項目通過施工方案的優化以及施工工藝的創新，對斜圓柱模板的選擇與配置、鋼筋綁扎、斜圓柱定位及混凝土澆筑等方面進行了細致研究，采用加設手拉葫蘆、搭設架體平臺、采用定制圓弧木模板等一系列措施，大大提高了施工效率，施工過程安全，達到了預期的質量效果。