高大型鋼混凝土獨(dú)立柱施工關(guān)鍵技術(shù)研究

閆 杰（甘肅第三建設(shè)集團(tuán)有限公司，甘肅 蘭州 730030）

隨著我國(guó)建筑業(yè)開始走向工業(yè)化和低碳化，裝配式產(chǎn)業(yè)和相關(guān)工藝不斷升級(jí)發(fā)展，鋼混結(jié)構(gòu)應(yīng)用越來越多[1-2]。鋼混結(jié)構(gòu)將鋼構(gòu)件包裹在混凝土中，該種結(jié)構(gòu)形式采用抗彎性能較好的鋼材作為框架，外部包裹混凝土作為鋼材防火措施，在滿足建筑物剛度及承載力的同時(shí)有效減少自重及材料消耗[3-5]。型鋼混凝土獨(dú)立柱施工一直都是難點(diǎn)之一，尤其當(dāng)層高較高時(shí)，鋼筋綁扎定位較難，容易發(fā)生鋼筋偏位，混凝土澆筑振搗困難，導(dǎo)致爛根、孔洞的情況時(shí)有發(fā)生[6-7]。因此，如何解決高大型鋼混凝土獨(dú)立柱施工困難的問題成為鋼混結(jié)構(gòu)發(fā)展的重要課題之一。為此，結(jié)合某科創(chuàng)園生產(chǎn)廠房項(xiàng)目，提出一種高大型鋼混凝土獨(dú)立柱施工方案，系統(tǒng)闡述該項(xiàng)目中施工中所采取的技術(shù)措施。

1 工程概況

某科創(chuàng)園生產(chǎn)廠房采用混凝土梁-型鋼混凝土柱結(jié)構(gòu)，共3 層，建筑高度為23.25m，其中首層層高9m?；A(chǔ)采用獨(dú)立基礎(chǔ)，獨(dú)立基礎(chǔ)頂標(biāo)高為-1.2m，基礎(chǔ)底標(biāo)高為-2.1m。該項(xiàng)目共有型鋼混凝土獨(dú)立柱45根，其中首層高大型鋼混凝土獨(dú)立柱共12 根，從基礎(chǔ)頂?shù)缴蠈拥装甯叨葹?0.2m，截面尺寸為700mm×700mm 和900mm×900mm兩種。該項(xiàng)目除作為生產(chǎn)廠房使用外，也作為辦公場(chǎng)所使用，首層全部作為生產(chǎn)廠房及庫(kù)房使用，二層、三層除作為生產(chǎn)廠房外均設(shè)計(jì)了辦公區(qū)域，辦公區(qū)域位于建筑物東側(cè)。

2 高大型鋼混凝土柱施工技術(shù)

2.1 防沉降

該項(xiàng)目為生產(chǎn)性工程項(xiàng)目，建成之后首層設(shè)置兩臺(tái)龍門吊，二層、三層各一臺(tái)龍門吊，生產(chǎn)設(shè)備安裝樓板上，生產(chǎn)原料后續(xù)也會(huì)堆放在相應(yīng)位置，項(xiàng)目生產(chǎn)期建筑物荷載較大。二層、三層均在東側(cè)設(shè)置了辦公區(qū)域，西側(cè)為生產(chǎn)區(qū)域，導(dǎo)致二層、三層南側(cè)荷載較大，東側(cè)荷載較小。因此，該項(xiàng)目具有荷載大且不均勻的特點(diǎn)，由于獨(dú)立柱不依附于其他構(gòu)件，獨(dú)自起到支撐作用，不同區(qū)域的獨(dú)立柱承受荷載大小不同，容易發(fā)生不均勻沉降的情況。

通過勘察報(bào)告顯示，基礎(chǔ)底至-9m 區(qū)域?yàn)轲ね翆樱?9m 以下為粉砂質(zhì)泥巖，具有較高的承載力，可作為基礎(chǔ)持力層，因此，選用在獨(dú)立基礎(chǔ)加設(shè)混凝土預(yù)制方樁作為主要防沉降措施。

（1）在獨(dú)立基礎(chǔ)下部設(shè)置預(yù)制混凝土方樁，預(yù)制方樁施工速度快，樁身強(qiáng)度較高，有利于縮短工期。預(yù)制混凝土方樁混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C35，樁長(zhǎng)7m，截面尺寸為350mm×350mm，方樁頂部深入獨(dú)立基礎(chǔ)50mm。打樁時(shí)以樁頂標(biāo)高控制為主、樁端標(biāo)高控制為輔，施工中考慮一定上浮量，向下多打20mm。以5m、4m 及3m 為界限，截面尺寸超過5m×5m 的獨(dú)立基礎(chǔ)下部設(shè)置3 根方樁，截面尺寸超過4m×4m 的獨(dú)立基礎(chǔ)下部設(shè)置2 根方樁，截面尺寸超過3m×3m 的獨(dú)立基礎(chǔ)下部設(shè)置1 根方樁。獨(dú)立基礎(chǔ)施工前應(yīng)對(duì)樁基進(jìn)行檢測(cè)驗(yàn)收后方可進(jìn)行。

（2）預(yù)制混凝土方樁加工時(shí)頂部預(yù)埋鐵板，方便與后續(xù)獨(dú)立柱型鋼焊接，鐵板四角焊接四根角筋，將角筋與獨(dú)立基礎(chǔ)鋼筋綁扎，提高型鋼混凝土獨(dú)立柱與獨(dú)立基礎(chǔ)、樁基礎(chǔ)的整體性。

（3）基礎(chǔ)梁伸入獨(dú)立柱部分鋼筋做加強(qiáng)處理，加強(qiáng)處理區(qū)域?yàn)楠?dú)立基礎(chǔ)外部200mm 范圍及伸入柱部分，在端部做彎錨，彎錨長(zhǎng)度不小于300mm，彎錨起始位置距離型鋼200mm。

2.2 節(jié)點(diǎn)加強(qiáng)

一般獨(dú)立柱與橫向鋼梁交接處理采用高強(qiáng)度螺栓連接與焊接，該種方式多數(shù)情況下能夠保證連接強(qiáng)度，但本項(xiàng)目由于后期使用中荷載過大，因此，為保證建筑物使用功能，對(duì)獨(dú)立柱與鋼梁交接點(diǎn)進(jìn)行節(jié)點(diǎn)優(yōu)化，以提高連接強(qiáng)度，加強(qiáng)措施如圖1和圖2所示。

圖1 節(jié)點(diǎn)加強(qiáng)鋼筋示意

圖2 加強(qiáng)鋼筋形狀

（1）梁柱交接點(diǎn)核心區(qū)域用加強(qiáng)鋼筋做加強(qiáng)處理，加強(qiáng)鋼筋采用Ф14mm 鋼筋，間距100mm，鋼梁兩側(cè)布置，a 端與獨(dú)立柱焊接，b 端與鋼梁焊接，均焊接在腹板上。該措施能夠有效提高節(jié)點(diǎn)的抗剪能力，提高梁柱的整體性。

（2）在獨(dú)立柱與鋼梁交接下部區(qū)域，做柱梁加腋，加腋鋼筋采用Ф14mm 鋼筋，橫豎向間距均為100mm，混凝土澆筑前焊接在型鋼腹板上。獨(dú)立柱鋼筋綁扎時(shí)，根據(jù)16G101-1圖集要求將加腋鋼筋與獨(dú)立柱鋼筋相互連接，然后將底部、側(cè)面封閉模板澆筑混凝土即可。該措施能有效提高獨(dú)立柱與梁的接觸面積，提高二者的整體性，上部荷載加大或出現(xiàn)異常變化時(shí)能夠保證交接點(diǎn)穩(wěn)定性[8-10]。

2.3 鋼筋定位

型鋼混凝土獨(dú)立柱高度超過10m，獨(dú)立柱豎向鋼筋綁扎高度較高，且需要套筒連接，定位十分困難，以測(cè)量定位方式進(jìn)行定位綁扎無法滿足定位精度要求。傳統(tǒng)做法為在一定高度內(nèi)先綁扎豎向鋼筋，在上部將箍筋套入，扶正豎向鋼筋，進(jìn)行鋼筋套筒連接，在下一高度范圍內(nèi)再次重復(fù)此程序。以傳統(tǒng)鋼筋綁扎做法不僅效率低下，難以滿足施工工期要求，且定位困難，十分容易造成鋼筋偏位，且不好糾正[11]。

為解決鋼筋定位困難，施工效率底下的問題，采用一種新型鋼筋定位做法（如圖3所示），鋼柱安裝完畢后，在上部將獨(dú)立柱底部2000mm 范圍內(nèi)所需箍筋套入，在鋼柱底部2000mm處焊接四根定位筋1，定位筋1應(yīng)采用Ф12mm 及以上鋼筋，定位筋1 長(zhǎng)度為型鋼柱距箍筋距離；在定位筋2 上做好縱筋標(biāo)記，在縱筋兩側(cè)將定位筋3焊接，定位筋3采用Ф6mm鋼筋，將定位筋2與定位筋1 焊接，四根定位筋2 沿四角焊接，再將柱筋放入。獨(dú)立柱總計(jì)10m，依此方法重復(fù)4次即可完成縱筋定位及綁扎。其中，定位筋1為起到固定定位筋2的作用，定位筋2 保證鋼柱與箍筋間距，定位筋3 保證縱筋位置和保護(hù)層厚度。此方法施工速度快，鋼筋定位準(zhǔn)確，且能充分利用現(xiàn)場(chǎng)鋼筋邊角料，節(jié)省材料。

圖3 鋼筋定位做法

2.4 混凝土澆筑

型鋼混凝土獨(dú)立柱高度超10m，在澆筑過程中粗骨料容易下沉，造成爛根、露筋等質(zhì)量缺陷，加之獨(dú)立柱內(nèi)部存在型鋼、鋼筋，且鋼筋十分密集，澆筑中難以振搗或振搗不到位。因此，將普通混凝土更換為自密實(shí)混凝土，自密實(shí)混凝土不容易發(fā)生離析，且工作性能好、振搗要求低，能夠滿足施工要求。在澆筑混凝土前，在獨(dú)立柱根部預(yù)先澆筑50mm 厚水泥砂漿，水泥砂漿強(qiáng)度與混凝土一致，保證粗骨料下沉后仍舊能有水泥砂漿包裹，避免出現(xiàn)爛根或露筋等質(zhì)量缺陷[12]。

混凝土澆筑采用分層澆筑，每層高度為500mm，每層澆筑后在內(nèi)部采用振搗棒進(jìn)行振搗，振搗時(shí)間在20s～30s 范圍內(nèi)，振搗管直徑在30mm～40mm 之間。下層混凝土澆筑后，上下混凝土結(jié)合區(qū)域100mm～200mm范圍內(nèi)再振搗10s，振搗時(shí)不應(yīng)觸碰鋼筋，以免造成鋼筋偏位，且布料時(shí)不可在頂部進(jìn)行，應(yīng)在模板對(duì)應(yīng)位置設(shè)置布料口，澆筑達(dá)到一定高度后方可在頂部布料，或采用加設(shè)串管在頂部布料，串管長(zhǎng)度應(yīng)根據(jù)自由傾落高度確定。澆筑過程中內(nèi)部振搗的同時(shí)外部采用橡皮錘進(jìn)行敲擊振搗，對(duì)獨(dú)立柱四角模板進(jìn)行敲擊，500mm范圍內(nèi)敲擊次數(shù)不小于10次。

2.5 混凝土養(yǎng)護(hù)

獨(dú)立柱混凝土初凝后至拆模前在柱頂部分進(jìn)行澆水養(yǎng)護(hù)，每日3 次。拆模之后在柱頂部放置一根PVC管，下部連接塑料軟管，塑料軟管管身開小孔，開孔間距為100mm，將塑料軟管從上到下纏繞到柱身，再用塑料薄膜將柱子纏繞包裹，將塑料軟管固定，如圖4所示。養(yǎng)護(hù)時(shí)在PVC管上部注水，塑料軟管開孔處滴水，對(duì)柱身進(jìn)行淋滴養(yǎng)護(hù)，該方式節(jié)省人工、養(yǎng)護(hù)均勻。獨(dú)立柱養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于14d，每日不少于3 次，養(yǎng)護(hù)頻次應(yīng)根據(jù)天氣溫度進(jìn)行調(diào)整。

圖4 獨(dú)立柱養(yǎng)護(hù)措施

3 效果分析

采用本文所述方案，獨(dú)立柱施工完成后對(duì)施工效果進(jìn)行實(shí)測(cè)驗(yàn)收，沉降監(jiān)測(cè)將在主體結(jié)構(gòu)完成后進(jìn)行，實(shí)測(cè)結(jié)果見表1。由表1可知，12根型鋼混凝土獨(dú)立柱垂直度偏差均在8mm范圍內(nèi)，全部合格；保護(hù)層厚度每根柱子抽檢8根鋼筋，其中四根角筋、四根邊筋，僅1根鋼筋保護(hù)層厚度為24mm，整體合格率超過95%，符合驗(yàn)收要求；12根柱子軸線偏差均在8mm～14mm范圍內(nèi)，全部合格；外觀質(zhì)量全數(shù)檢測(cè)，僅有一根柱子邊角處拼縫不嚴(yán)，附有漏漿現(xiàn)象，其余11根柱子全部合格。

表1 型鋼混凝土獨(dú)立柱現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果

從實(shí)測(cè)結(jié)果不難看出，通過該技術(shù)方案有效保證了高大型鋼混凝土獨(dú)立柱的施工質(zhì)量，且相較于原施工方案節(jié)省人工，提高了施工效率，具有較高的應(yīng)用效果。

4 結(jié)語

高大型鋼混凝土獨(dú)立柱在施工時(shí)難以保證鋼筋位置和澆筑質(zhì)量，施工復(fù)雜且難度高；通過施工實(shí)踐制定了一套高大型鋼混凝土獨(dú)立柱施工方案，在梁柱交接部位側(cè)面采用加強(qiáng)筋、下部加腋兩種措施能有效保證節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度，提高節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度及整體性；采用三根定位筋組成豎向鋼筋定位系統(tǒng)，在解決鋼筋定位難問題的同時(shí)兼顧保護(hù)層厚度；混凝土分層分組澆筑，并采用塑料薄膜包裹塑料軟管的方式對(duì)獨(dú)立柱進(jìn)行淋滴式養(yǎng)護(hù)，保證了混凝土澆筑質(zhì)量。從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果不難看出，除防沉降措施尚未驗(yàn)證之外，該方案具有良好的應(yīng)用效果。