大斜率斜柱混凝土振搗施工技術探究

吳強

0 引言

隨著建筑外形趨于異型結構的發展，在現代建筑設計中大斜率斜柱越來越多出現，由于斜柱斜率較大，結構復雜給傳統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量的難題；周洲從設計角度采用SATW 和ETABS 兩種軟件，分析斜柱，對相關節點的設計和構造進行了措施加強。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量問題。

現階段施工現場常采用常規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，導致柱腳接近三分之二區域的混凝土無法振搗，從而產生柱腳混凝土強度不足，柱根以上1m 范圍內混凝土表面出現大面積蜂窩、麻面現象，嚴重影響斜柱柱腳混凝土強度及表觀質量。因此在蘭州奧體中心項目施工過程中，技術人員通過改變傳統的施工方法，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，對振動棒進行牽引，從而達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業用房工程主體結構呈橢圓異形結構，四面均為弧形，且南側從底至頂從外向內逐漸退層，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人員參加。結合本工程的實際，利用頭腦風暴法詳細討論了所有可行方案，綜合參考各方意見后，提出三種創新性的大斜率高聳圓柱混凝土振搗施工方法：

方法一：聯系設計單位，將斜柱混凝土全部改為同等級自密實混凝土進行澆筑；

方法二：在斜柱上傾斜面的模板上預留導流口和振搗口，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

項目部從技術特點和經濟合理性角度出發，并利用矩陣圖對三個方案進行比選分析，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、經濟效益和其他影響，經綜合對比及用矩陣圖對方案進行比選，認為方案三采用輔助振搗方法，對振動棒進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，擬采用現場實操和計算機模擬達到預期值，本文的技術路線如圖2 所示。

圖2 技術路線圖

本研究方法為5W1H 方法，擬采用現場實操和計算機模擬達到預期值，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，對振動棒進行牽引。在澆筑下層底板混凝土時，在斜柱柱腳埋設直徑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，根據圓柱直徑大小，確定預埋直螺紋套筒的數量，多個振動棒同時振搗，從而達到斜柱柱根混凝土振搗密實的目的。在混凝土澆筑完成后，用力矩扳手擰動圓鋼，緩慢拔出，從而達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 種對策進行解決。

對策（what）一：根據振動棒影響范圍，確定預埋套筒數量、間距及振動棒數量；目標（why）是確保斜柱柱腳混凝土在振搗范圍內振搗密實、無氣泡；采用按照振動棒影響范圍300～400mm 排布預埋套筒，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）；由專門負責人（who）在規定時間（when）規定地點（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；目標是確保混凝土不發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氣泡為止；完成地點在辦公室和現場。

4.1 確定預埋各項參數

根據振動棒影響范圍，確定預埋套筒數量、間距及振動棒數量。

按照振動棒振搗范圍300～400mm 排布預埋套筒；預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，無需布置預埋套筒即可深入此部分。

為確保混凝土振搗充分密實，且易于操作，盡量保證預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。現場選用內圓直徑為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，通過試驗進行確定，以斜柱混凝土每次澆筑高度1.5m 進行模擬，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，斜柱柱根部分混凝土強度達到設計規定強度的100%；斜柱混凝土表面孔洞、裂隙現象不再發生，漿體與骨料粘結力良好，合格率在96.35%；斜柱柱根1m 以上混凝土表面蜂窩麻面現象降至8.85%，檢查驗收匯總見表2，為一次結構一次成優提供了良好的條件。

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業用房，通過斜柱混凝土振搗技術創新，降低了施工成本，縮短了施工周期，提高了施工質量。累計產生直接經濟效益約130 萬元。

6 結論

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一側預先埋置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，用力矩扳手擰動圓鋼，緩慢拔出，從而達到斜柱下部混凝土振搗密實的目的。

近年來，國內外關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方面獨具特色，建筑造型設計新穎，異形高層建筑隨之越來越多。本研發項目涉及的關鍵技術針對此類建筑具有較強的適用性，且能夠創造良好的經濟效益、社會效益，可廣泛應用于異形高層和超高層施工建造。