鐵路工程鋼筋混凝土配筋問題及解決措施

賀廿生

(廣州鐵路(集團(tuán))公司廣州工程建設(shè)指揮部,廣東廣州　510440)

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鐵路工程鋼筋混凝土配筋問題及解決措施

賀廿生

(廣州鐵路(集團(tuán))公司廣州工程建設(shè)指揮部,廣東廣州510440)

Problems and Solutions for Reinforcement Design and Construction of Reinforced Concrete Structures in Railway Engineering

HE Niansheng

摘要鋼筋是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的主要建筑材料之一，鋼筋配置直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)物的安全性、經(jīng)濟(jì)性及施工性，在整個設(shè)計和施工中占有非常重要的地位，做好配筋設(shè)計及施工是提高整個鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量的重要組成部分。在鐵路工程鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工中，配筋設(shè)計及施工還存在諸多不足，如配筋率偏大、節(jié)點(diǎn)鋼筋布置十分擁擠、鋼筋定位不準(zhǔn)確、鋼筋連接不規(guī)范、以及成型鋼筋骨架保護(hù)不到位等常見問題，通過對問題進(jìn)行原因剖析，提出鋼筋用量限額設(shè)計，使用高強(qiáng)度鋼筋代替低強(qiáng)度鋼筋，應(yīng)用BIM技術(shù)建立節(jié)點(diǎn)配筋設(shè)計模型等相應(yīng)解決措施。

關(guān)鍵詞鐵路工程混凝土配筋

1配筋設(shè)計問題

1.1部分結(jié)構(gòu)配筋率偏大

配筋率是鋼筋混凝土構(gòu)件受力特征的重要參數(shù)，設(shè)計中控制配筋率的大小可以有效地保證構(gòu)件的強(qiáng)度和剛度，同時，配筋率的大小也與工程項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益息息相關(guān)。上世紀(jì)八九十年代，鋼材在我國是一種緊缺物資，鐵路工程鋼筋混凝土構(gòu)件要求鋼筋用量限額設(shè)計，配筋率指標(biāo)受到嚴(yán)格限制，結(jié)構(gòu)設(shè)計人員想方設(shè)法降低配筋率，當(dāng)時的配筋率是合理甚至是偏低的。進(jìn)入21世紀(jì)以來，隨著我國鋼鐵工業(yè)的迅猛發(fā)展，鋼材在我國已不再是緊缺物資，配筋率也不再是嚴(yán)控指標(biāo)，鐵路工程配筋率呈現(xiàn)了逐步提升的趨勢，部分結(jié)構(gòu)的配筋率接近或達(dá)到最大值。目前，部分梁柱結(jié)構(gòu)每m3混凝土受力鋼筋用量超過300 kg(配筋率3.9%)已很平常，這對工程成本和施工是極為不利的。

嚴(yán)格控制配筋率過低的目的是為了防止混凝土構(gòu)件發(fā)生脆性破壞[1]，但盲目地增加配筋率也是不合理的，甚至對整個結(jié)構(gòu)是有害的[2]。從安全方面考慮，配筋率過大容易產(chǎn)生粘結(jié)裂縫，特別是突然卸載時混凝土易被拉裂[3]，影響結(jié)構(gòu)的安全。從經(jīng)濟(jì)方面考慮，配筋率過大必然加大工程的成本。按照我國的設(shè)計經(jīng)驗(yàn)，板的經(jīng)濟(jì)配筋率為0.4%～0.8%，梁的經(jīng)濟(jì)配筋率為0.6%～1.5%，柱的常用配筋率為0.8%～2.0%[4]。從施工方面考慮，過密的鋼筋布置帶來鋼筋綁扎和混凝土搗實(shí)困難，施工質(zhì)量難以保證。有鑒于此，《鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(TB10002.3—2005 J462—2005)規(guī)定了軸心受壓構(gòu)件的縱筋截面積不應(yīng)大于構(gòu)件截面積的3%[5]。對于受彎構(gòu)件，通常將構(gòu)件按受拉破壞的構(gòu)件來設(shè)計，規(guī)定了最大(極限)配筋率，用以限制配筋的數(shù)量[5]。

根據(jù)單筋矩形截面混凝土受彎構(gòu)件斷面相對受壓區(qū)高度ξ與縱向配筋率ρ之間對應(yīng)關(guān)系：ρmax=Asmax/bh0=ξbα1fc/fy，可計算出縱向受力鋼筋的最大配筋率ρmax[6](如表1所示)。

表1　單筋矩形截面受彎構(gòu)件縱向受力鋼筋的最大配筋率　(%)

國家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB 50010—2010)規(guī)定了框架柱全部縱向受力鋼筋配筋率不應(yīng)大于5%，梁端縱向受拉鋼筋的配筋率不宜大于2.5%[7]。

在鐵路工程鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)實(shí)際設(shè)計中，為了確保結(jié)構(gòu)的安全、抗裂及耐久性等要求，配筋設(shè)計雖然沒有超過規(guī)范最大配筋率的規(guī)定，但有意無意中采用了較大的配筋率，處于經(jīng)濟(jì)(常用)配筋率的上限值與最大配筋率之間，每m3混凝土鋼筋用量越來越大。

如某高鐵站承軌層700×1 200 C45框架梁，在梁柱結(jié)點(diǎn)處配筋上部為22C32(8/8/6)，下部為17C32(7/10)，保護(hù)層厚度30 mm，配筋率達(dá)到了3.88%或293 kg(鋼筋)/m3(混凝土)。上部受拉區(qū)配筋率為2.19%，雖然仍控制在《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》規(guī)定的梁端縱向受拉鋼筋的配筋率不宜大于2.5%之內(nèi)，但已接近配筋率的上限。

又如某高鐵站承軌層C50框架柱配筋率最高達(dá)到了4.19%或320 kg(鋼筋)/m3(混凝土)，如表2所示。

表2　C50框架柱縱向受力鋼筋配筋(保護(hù)層厚度30 mm，均為三級鋼筋)

上述框架柱配筋率雖然仍控制在《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》規(guī)定的5%之內(nèi)，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了軸心受壓構(gòu)件的縱筋配筋率不應(yīng)大于3%的規(guī)定，是柱常用配筋率上限值2%的兩倍多。

1.2節(jié)點(diǎn)鋼筋布置十分擁擠

梁柱節(jié)點(diǎn)或梁梁節(jié)點(diǎn)的鋼筋布置十分擁擠，最小凈距不滿足規(guī)范要求，嚴(yán)重影響混凝土灌注和搗實(shí)，這種現(xiàn)象比較普遍，是我國鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)內(nèi)鋼筋布置存在的質(zhì)量通病。產(chǎn)生的主要原因如下：

(1)結(jié)構(gòu)設(shè)計人員對節(jié)點(diǎn)內(nèi)配筋不重視，未認(rèn)真設(shè)計節(jié)點(diǎn)內(nèi)配筋及繪制節(jié)點(diǎn)配筋詳圖。我國混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的傳統(tǒng)做法是將節(jié)點(diǎn)配筋要求在設(shè)計說明中注明，一般不繪制節(jié)點(diǎn)配筋詳圖，由施工人員根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況來布置節(jié)點(diǎn)鋼筋。如梁柱節(jié)點(diǎn)鋼筋布置，施工的傳統(tǒng)做法是將梁的下部受力筋并排錨入柱節(jié)點(diǎn)中，假如兩邊梁的下部鋼筋剛好滿足鋼筋的凈距要求，相向并排錨入柱節(jié)點(diǎn)后，已不能滿足鋼筋的凈距要求。節(jié)點(diǎn)內(nèi)鋼筋間凈距不足，使混凝土不易澆筑和搗實(shí)，施工質(zhì)量難以保證，將會影響節(jié)點(diǎn)區(qū)的剛度，削弱節(jié)點(diǎn)的塑性變形能力，對于高抗震等級的結(jié)構(gòu)而言有可能是非常嚴(yán)重的問題。

(2)把不必要的鋼筋也錨入節(jié)點(diǎn)。在滿足梁端正彎矩承載力配筋要求后，其余跨中下部鋼筋可不伸入支座，在支座以外截斷即可[3]。例如配置兩排甚至三排正彎矩鋼筋，沒有必要全部錨入支座。把不需要錨入節(jié)點(diǎn)的鋼筋在節(jié)點(diǎn)外截斷，是世界各國的普遍做法。究竟截斷幾根鋼筋，既要符合規(guī)范要求，又要滿足受力要求，規(guī)范對此并未“直接”做出明確的規(guī)定，結(jié)構(gòu)設(shè)計人員要依據(jù)結(jié)構(gòu)基本理論和經(jīng)驗(yàn)，細(xì)致地分析后決定。

2配筋施工問題

2.1鋼筋定位不準(zhǔn)確

為使灌注混凝土?xí)r集料能順利地通過鋼筋骨架，保證混凝土灌注密實(shí)及混凝土與鋼筋之間能有良好的粘結(jié)力，《鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》規(guī)定：受拉區(qū)域鋼筋的凈距不得小于鋼筋的直徑，并不得小于30 mm[5]。在現(xiàn)澆鐵路混凝土工程工序驗(yàn)收檢查中，常常可以發(fā)現(xiàn)鋼筋定位不準(zhǔn)確，造成鋼筋局部布置過密，其凈距不滿足規(guī)范要求的現(xiàn)象。

鋼筋定位不準(zhǔn)確主要是鋼筋骨架中鋼筋的幾何位置和尺寸不正確，通過原因剖析，主要是由鋼筋加工偏差及鋼筋安裝偏差兩方面的原因造成。

2.2鋼筋連接不規(guī)范

鋼筋接頭的傳力性能不如直接傳力的整根鋼筋，任何形式的鋼筋連接均會削弱其傳力性能。因此，鋼筋連接的基本原則為：接頭設(shè)置在受力較小處，限制鋼筋在構(gòu)件同一跨度或同一層高內(nèi)的接頭數(shù)量，避開結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵受力部位，如柱端、梁端的箍筋加密區(qū)，并限制接頭面積百分率等[7]。為確保受力鋼筋連接后滿足結(jié)構(gòu)受力要求，《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》[8](GB 50204—2002)及《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》[9](TB 10424—2010)對鋼筋連接進(jìn)行了非常具體、詳細(xì)、嚴(yán)格及易操作的規(guī)定。但在現(xiàn)澆鐵路混凝土工程工序驗(yàn)收檢查中，常常可以發(fā)現(xiàn)鋼筋連接不規(guī)范，不符合規(guī)范要求的現(xiàn)象。造成鋼筋連接不規(guī)范主要是主觀方面的原因：

(1)不按規(guī)范、設(shè)計文件及作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行鋼筋連接施工，粗制濫造甚至偷工減料。

(2)未落實(shí)工序質(zhì)量自檢、互檢、交接檢的“三檢制”。未按照規(guī)范、設(shè)計文件和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格工序質(zhì)量驗(yàn)收，上一道工序未驗(yàn)收合格就進(jìn)入下一道工序。

2.3成型鋼筋骨架保護(hù)不到位

鋼筋骨架中受力鋼筋的定位準(zhǔn)確與否，將直接影響鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)。在澆筑混凝土前，必須對鋼筋骨架加以有效保護(hù)，防止鋼筋被踩踏變形，以及位移、銹蝕、污染，確保受力鋼筋處于正確的位置。成型鋼筋骨架被踩踏嚴(yán)重變形，致使受力鋼筋偏離設(shè)計位置，對混凝土結(jié)構(gòu)的損害是不可彌補(bǔ)的，后果嚴(yán)重。特別對混凝土板結(jié)構(gòu)，輕則引起板開裂，重則引起板的斷裂。但在現(xiàn)場施工中，常常可以發(fā)現(xiàn)已成型的鋼筋骨架沒有任何保護(hù)措施，已嚴(yán)重變形及銹蝕。造成鋼筋骨架被踩踏嚴(yán)重變形及銹蝕的主要原因如下：

(1)對鋼筋骨架嚴(yán)重變形必然造成混凝土結(jié)構(gòu)的損害沒有深刻的認(rèn)識。

(2)對成型鋼筋骨架沒有采取有效的保護(hù)措施。

(3)未嚴(yán)格按照作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行施工，施工現(xiàn)場沒有設(shè)置施工通道，任由施工人員在成型的鋼筋骨架上隨意走動及蹬踏，以及集中堆放施工機(jī)具及材料等重物。

3解決措施

針對上述鐵路工程鋼筋混凝土配筋設(shè)計與施工中的常見問題，提出如下解決措施和建議。

(1)提倡鋼筋用量限額設(shè)計。在不增加配筋量的情況下，通過優(yōu)化設(shè)計方案，合理調(diào)整配筋形式或采取其它措施，確保結(jié)構(gòu)物滿足安全、抗裂及耐久性等要求。

(2)為避免過密的鋼筋布置帶來鋼筋綁扎施工困難，使混凝土容易澆筑和搗實(shí)，使用高強(qiáng)度鋼筋代替低強(qiáng)度鋼筋，在保證建筑結(jié)構(gòu)安全度不變的前提下，減少鋼筋用量。據(jù)研究測算，以HRB400鋼筋替代HRB335鋼筋的省鋼率在12%～14%左右，以HRB500替代HRB4OO鋼筋的省鋼率在5%～7%左右。

(3)結(jié)構(gòu)設(shè)計人員對節(jié)點(diǎn)內(nèi)配筋應(yīng)高度重視，繪制節(jié)點(diǎn)配筋詳圖，推廣應(yīng)用BIM技術(shù)，建立節(jié)點(diǎn)配筋設(shè)計模型，盡量減少節(jié)點(diǎn)配筋鋼筋密度，把不需要錨入節(jié)點(diǎn)的鋼筋在節(jié)點(diǎn)外截斷。

(4)鋼筋加工、連接及安裝應(yīng)嚴(yán)格按規(guī)范及設(shè)計要求進(jìn)行，上一道工序經(jīng)檢查驗(yàn)收合格后才能進(jìn)入下一道工序。

(5)對成型的鋼筋骨架必須采取有效的保護(hù)措施，驗(yàn)收合格后，應(yīng)盡快澆筑混凝土。混凝土澆筑施工前，應(yīng)在鋼筋網(wǎng)上鋪設(shè)木跳板，設(shè)置成品馬凳，以及用鋼管跳板搭設(shè)臨時通道等。澆筑混凝土?xí)r應(yīng)指派專人監(jiān)管，及時對變形移位的鋼筋進(jìn)行恢復(fù)。

4結(jié)束語

鋼筋是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的主要建筑材料之一，鋼筋配置直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)物的安全性、經(jīng)濟(jì)性及施工性，在整個設(shè)計和施工中占有非常重要的地位。因此，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的配筋設(shè)計及施工是十分重要而細(xì)致的工作，認(rèn)真做好配筋設(shè)計及施工是提高整個鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量的重要組成部分。

參考文獻(xiàn)

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[9]中華人民共和國鐵道部.TB 10424—2010鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國鐵道出版社，2011

中圖分類號：TU755.3

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1672-7479(2016)01-0088-03

作者簡介：賀廿生(1963—)，男，1983年畢業(yè)于西南交通大學(xué)鐵道工程專業(yè),工學(xué)學(xué)士，高級工程師。

收稿日期：2015-12-25