大斜率超高混凝土圓柱的施工創(chuàng)新

朱帥帥 董 松 陸建沖

江蘇南通二建集團(tuán)有限公司 江蘇 啟東 226200

1 工程概況

啟東市文體中心項(xiàng)目位于江蘇省啟東市匯龍鎮(zhèn)江海南路東側(cè)、世紀(jì)大道南側(cè)，分為南北區(qū)2棟建筑，橫跨于蝶湖風(fēng)景區(qū)中軸兩側(cè)，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(huà)館與美術(shù)館、博物館與規(guī)劃館、全民健身中心以及相關(guān)配套設(shè)施于一體的現(xiàn)代化文化體育場(chǎng)館。

北區(qū)的大劇場(chǎng)、小劇場(chǎng)外側(cè)共有48根φ1 000 mm的超高混凝土斜圓柱。其中大劇場(chǎng)有30根斜圓柱，最大傾斜角度為21.71°，標(biāo)高為0.00～32.30 m。小劇場(chǎng)有18根斜圓柱，最大傾斜角度為27.43°，標(biāo)高為0.60～18.44 m。

2 施工難點(diǎn)

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

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

3）斜圓柱支模施工勞動(dòng)強(qiáng)度大、耗費(fèi)大量的材料，而且對(duì)支模的要求高，材料周轉(zhuǎn)慢，費(fèi)工、費(fèi)時(shí)、費(fèi)料。

4）圓柱的截面難以控制，杜絕圓柱中部的下?lián)稀A柱截面向兩側(cè)擴(kuò)大（形成橢圓形柱），是外觀質(zhì)量控制的關(guān)鍵。

5）該柱高度較高，避免混凝土澆筑時(shí)的離析、漏振是內(nèi)在質(zhì)量控制的關(guān)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(yù)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(shè)置在木模板表面；第2層為寬30 mm、厚2 mm的鋼帶箍，設(shè)置在模板豎楞外側(cè)；第3層為加強(qiáng)柱箍，設(shè)置在最外側(cè)，加強(qiáng)柱箍是通過(guò)10#槽鋼與寬100 mm、厚3 mm的鋼帶組成的外方內(nèi)圓的柱箍（圖2）。

斜柱一側(cè)采用3道鋼管頂撐于槽鋼上；另一側(cè)采用2道φ18 mm鋼筋結(jié)合花籃螺栓軟拉，連接在地面預(yù)埋的φ18 mm鋼筋上。再在柱子四周搭設(shè)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(shè)豎向腳手架→將斜柱引測(cè)至梁底以控制斜率→安裝斜柱傾斜一側(cè)的模板（圓柱模板的一半）→鋼筋綁扎→隱蔽驗(yàn)收→另一側(cè)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(cè)預(yù)制槽鋼箍→安裝硬撐軟拉→澆筑混凝土→拆模養(yǎng)護(hù)→模板清理[1-3]

圖2 柱箍

圖3 斜柱支撐示意

5 施工要點(diǎn)

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(biāo)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(jì)算出斜圓柱在梁頂標(biāo)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(shí)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(cè)的底部模板，并根據(jù)放線結(jié)果調(diào)整模板，斜率確定后可在垂直腳手架上安裝水平橫桿來(lái)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(diào)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(cè)的主楞承受模板傳遞來(lái)的荷載較大，故斜柱傾斜的一側(cè)采用強(qiáng)度及剛度較高的方鋼管作為主楞，來(lái)約束模板的變形，另一側(cè)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(shí)，主筋之間采用Ⅰ級(jí)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(jù)圓柱的斜率進(jìn)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(shè)置在木模板表面。

第2層外箍為鋼帶箍，間距500 mm，設(shè)置在主楞上，與第1層外箍錯(cuò)開(kāi)。

第3層外箍為加強(qiáng)柱箍，每根柱子設(shè)置4個(gè)，第1個(gè)距柱頂500 mm，第2個(gè)設(shè)置在柱1/3處，第3個(gè)設(shè)置在柱2/3處，第4個(gè)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(cè)，和柱身夾角在55°～75°之間。

軟拉：將花籃螺栓一側(cè)連接在加強(qiáng)柱箍上，另一側(cè)連接于地面預(yù)埋的鋼筋錨環(huán)上。

每個(gè)加強(qiáng)柱箍上有2個(gè)拉結(jié)點(diǎn)，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(wěn)定以及對(duì)柱子斜率的控制。

在保證斜柱整體尺寸和斜率滿(mǎn)足設(shè)計(jì)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?xí)r，由于混凝土自重產(chǎn)生的整體位移。

5.6 混凝土澆筑

現(xiàn)場(chǎng)預(yù)先澆筑幾根斜柱作為試驗(yàn)，來(lái)確定合適的混凝土拌和物的坍落度和擴(kuò)展度，并以此作為斜圓柱混凝土澆筑的控制依據(jù)。在每根斜柱澆筑前均檢測(cè)坍落度和擴(kuò)展度，達(dá)到要求才允許進(jìn)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(kāi)一條寬度為100 mm的槽，將振搗棒放在槽內(nèi)。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(guò)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(nèi)（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(zhì)量。梁鋼筋暫時(shí)不綁扎，澆筑時(shí)可采用預(yù)制的引流木板作為溜槽，擱置在梁口的位置，充當(dāng)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(shí)必須展開(kāi)平放在較平的地面上，且工作面向上，如作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)無(wú)條件平放時(shí)，必須組裝后立放。

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

模板應(yīng)避免翻拆、踩壓、重物撞擊或高溫暴曬。多次周轉(zhuǎn)后，模板如有破壞孔洞或小面積開(kāi)裂等現(xiàn)象，應(yīng)用復(fù)合材料及時(shí)修補(bǔ)，嚴(yán)禁帶傷使用。

6 勞動(dòng)組織和安全

一個(gè)專(zhuān)業(yè)小組需施工作業(yè)人員3～4人（可根據(jù)工程具體圓柱數(shù)量來(lái)決定）。作業(yè)人員由操作熟練的技工組成，施工前由項(xiàng)目技術(shù)管理人員進(jìn)行相關(guān)的施工技術(shù)、質(zhì)量和安全交底。

腳手架應(yīng)搭設(shè)牢固，澆筑混凝土?xí)r關(guān)注斜撐變形情況，若發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，應(yīng)暫停澆筑并立即增加支撐。拆模時(shí)下方嚴(yán)禁站人，拆下的連接件等構(gòu)件禁止高空拋擲。

7 經(jīng)濟(jì)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(qiáng)柱箍與整體預(yù)制鋼模進(jìn)行對(duì)比，并以層高5.5 m、柱身傾斜20°、直徑1 000 mm的柱子進(jìn)行計(jì)算：

1）木模按周轉(zhuǎn)8次計(jì)算，鋼帶箍和加強(qiáng)柱箍按周轉(zhuǎn)20次計(jì)算。經(jīng)計(jì)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(yù)制鋼模需分成兩部分來(lái)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(biāo)準(zhǔn)節(jié)來(lái)流轉(zhuǎn)使用。折合斜圓柱的成本為550～600元/根。

兩者對(duì)比，采用木模配合加強(qiáng)柱箍做法的成本為預(yù)制鋼模成本的75%左右，單根柱子材料成本可節(jié)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(jìn)行計(jì)算：

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

2）鋼模需大型機(jī)械配合吊裝施工，完成柱子的支撐加固需4人半天，計(jì)2人工；拆除需3人半天，計(jì)1.5人工。因此，安拆費(fèi)用為1 050元。同時(shí)，因工程工期較緊，大型機(jī)械不能時(shí)刻配合吊裝，需另外配置汽車(chē)吊來(lái)協(xié)助鋼模安裝。汽車(chē)吊租賃費(fèi)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(fèi)用為600元。由此可知，采用鋼模的人工成本合計(jì)為1 650元。

7.3 總成本

本工程斜圓柱每層48根，共3層，計(jì)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(yù)制鋼模可節(jié)省16.8萬(wàn)元。

8 結(jié)語(yǔ)

實(shí)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(zhì)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?xí)r模板的變形，解決了脹模問(wèn)題，確保了澆筑后的混凝土質(zhì)量達(dá)到要求。

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

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

4）預(yù)制槽鋼柱箍剛度大，制作材料來(lái)源廣，周轉(zhuǎn)次數(shù)高，對(duì)于約束斜柱模板的變形有明顯效果，而且便于拆裝，節(jié)約成本。