“天圓地方”異形曲面清水混凝土墩臺柱施工技術

沈 潔 陳 華 楊媛鵬 金國棟 王 剛 潘鈞俊

中國建筑第八工程局有限公司總承包公司 上海 201204

隨著城市現代化建設的需求及現代建筑美學設計觀念的體現，清水異形柱體造型在一些國際機場、城市地鐵、會展中心等大型公共建筑中的運用愈加廣泛。此類結構構件從特殊模板設計制作、構件定位加固、鋼筋加工綁扎到清水混凝土澆筑等一系列工藝均較為成熟[1-2]。在整體施工工藝大致相仿的同時，由于項目的差異，故存在各自的應用特色。本文以蕭山機場T4航站樓獨有的“天圓地方”異形曲面墩臺柱為例，對施工過程中的重難點進行分析。

1 工程概況

杭州蕭山國際機場三期項目新建航站樓懸挑鋼結構金屬屋面的底部鋼管混凝土柱墩采用超大截面異形曲面清水混凝土柱，承擔上部整個懸挑鋼結構金屬屋面的超重荷載，共計8根此類型柱。墩臺柱底部為正八邊形，內切圓直徑3 m；頂部為圓形，直徑2.2 m；中間為變截面曲線圓滑過渡，柱墩高6.4 m。8根墩臺柱均為清水混凝土柱，位于航站樓室外（圖1）。復雜的“天圓地方”異形曲面造型對施工效果的控制提出了挑戰[3-5]。

圖1 墩臺柱平面布置

2 重難點概述

2.1 柱體定位

為呈現該異形柱“天圓地方”的獨特效果，施工時既要考慮截面隨高度變化而導致的平面定位調整，也要考慮8條角部邊線的定位調整，以達到由“方”變“圓”的成形效果，此為該墩臺柱施工工藝的關鍵。

2.2 鋼筋安裝

箍筋尺寸、形式隨高度變化而變化。由于截面由“方”至“圓”的變化，同一平面不同位置的主筋在隨截面漸變過程中的豎向角度及平面定位也變化不一。箍筋的加工及主筋的定位為本工藝鋼筋安裝的難點。

3 工藝流程

“天圓地方”異形清水混凝土墩臺柱的施工工藝流程為：定位放線→搭設鋼筋操作架→鋼筋定位支架焊接→定位箍筋安裝→柱主筋安裝→柱箍筋安裝→鋼筋操作架拆除→模板安裝操作架搭設→鋼模安裝→柱頂鋼埋件安裝→混凝土澆筑→鋼模拆除→柱體養護。

4 施工要點

4.1 操作架搭設

根據鋼模安裝及其加固空間需求，考慮柱體上小下大的構造形式，操作架體底部距柱體1 m為宜，而上部距柱體達1.4 m，不利于鋼筋綁扎。為便于作業人員施工，同時保證安全，擬分2次搭設。

第1次搭設鋼筋安裝操作架，架體距離柱底邊線30 cm，采用與主體相契合的八邊形架體以便于主筋定位及工人操作。鋼筋安裝操作架在鋼筋綁扎完成且驗收合格后拆除（圖2）。

第2次搭設模板安裝操作架，架體距離柱底邊線150 cm，采用常規的四邊形架體即可（圖3）。

圖2 鋼筋操作架

圖3 鋼模操作架

4.2 定位支架安裝

柱體為“天圓地方”的異形柱體，各截面高度主筋間距、箍筋尺寸均存在差異，不同于常規柱體。為保證主筋、箍筋定位準確，不影響鋼模的安裝、加固，同時滿足設計要求，在鋼筋綁扎前需設置定位支架。定位支架主要有2個作用：

1）通過定位支架固定柱體中垂線及各角部方位，防止鋼筋在綁扎過程中偏位、整體扭曲，不利于模板安裝。

2）在定位支架上從上至下依次設置定位箍筋，主筋根據定位箍筋進行綁扎，并與定位支架進行臨時固定成形。

定位支架采用具備一定剛度及強度的鍍鋅鋼管制作。制作方法如下：

1）在柱底結構預埋的中心埋件上固定一通長垂直立桿，作為柱體及定位支架中心桿。中心桿中部、頂部均設十字加強筋與外側架體連接，確保中心桿定位垂直、固定（圖4）。

2）根據設計要求，柱體箍筋自上而下由圓形漸變為八邊形，通過建模軟件，確定柱體突變高度（約為柱高2/3處）及相應位置箍筋尺寸。根據尺寸，在柱體頂部、箍筋突變位置設置定位箍筋，箍筋尺寸應按內切于柱主筋考慮。主定位箍同樣與中心桿采用十字加強筋固定（圖5）。

圖4 中心桿安裝

圖5 主定位箍安裝

3）主定位箍安裝完成后，可根據需求，增加1～2道副定位箍進一步確保定位精確，加固方式同主定位箍（圖6）。

4）根據建模尺寸，在定位箍上用短鋼筋對八角邊線進行定位，確保鋼筋籠成形后的立面八角線條對稱，符合設計及鋼模安裝要求（圖7）。

圖6 副定位箍安裝

圖7 八角定位筋安裝

4.3 鋼筋加工、安裝

4.3.1 主筋安裝步驟

1）根據放樣計算后，按直料下料，按先八角、后中間的順序進行安裝。

2）與預留主筋套接后，根據定位筋的位置、角度，采用手持式鋼筋彎曲機對主筋底部進行逐根彎曲，達到預定位置后與各定位箍焊接固定。

3）施工過程中隨時對中心桿、定位箍進行校核，若有移動應停止作業，并第一時間進行定位支架的糾偏與加固。

4）所有主筋安裝完成后，采用手持式鋼筋彎曲機對柱體上部鋼筋進行構造彎折。

4.3.2 箍筋安裝步驟

1）采用建模軟件對每根箍筋尺寸進行精確定位、計算，根據建模數據進行鋼筋下料。

2）為便于現場安裝，箍筋均按雙拼開口箍下料，安裝后按10d（d為箍筋直徑）長度進行焊接，接頭部位錯開（圖8、圖9）。

圖8 箍筋焊接

圖9 鋼筋骨架成形

4.4 鋼模安裝

1）安裝前在鋼模內涂刷專用脫模劑。

2）安裝前對基層進行抄底找平，噴涂發泡劑以防漏漿。

3）鋼模分為上下2層，下層高3.4 m，上層高3.0 m。下層模板安裝完成后采用水平尺對鋼模上口抄平，無誤后方可安裝上層鋼模，完成后再次對鋼模上口抄平。

4）鋼模安裝完成后進行垂直度校正，無誤后方可澆筑混凝土。

4.5 混凝土成形

為保證成形效果，采用自密實清水混凝土一次澆筑成形。由于鋼筋密集，為防止混凝土出現離析，采用φ150 mm導管配合澆筑。

成形2 d后拆除鋼模，第一時間包裹塑料薄膜并澆水養護。

5 施工細節

5.1 操作架設置

常規采用鋼模施工柱體時操作架一次搭設成形，操作架距離柱體約1.5 m以利于鋼模拼裝，同時在架體間設木跳板供鋼筋綁扎使用。

考慮本柱體鋼筋定位要求高，尤其是柱體八角鋼筋須精確定位。為便于工人操作，提高鋼筋定位及綁扎質量，操作架根據施工需求分2次搭設，即貼合柱體造型搭設的八邊形鋼筋操作架以及保證鋼模安裝空間的四邊形模板安裝操作架。

5.2 柱體定位

柱體定位準確為本工藝關鍵點。主要包含柱中心定位及柱筋定位。

1）柱中心定位。柱中心定位直接影響柱體垂直度、箍筋下料、模板拼裝、成形效果，是后續施工的先決條件。采用具備剛度的鍍鋅鋼管貫穿整個柱高作為可視垂線并與基底結構固定，以保證施工過程中具備統一、穩固、可視的參照中心線。

2）柱筋定位。柱體形式為上圓下方，上小下大，主筋及箍筋角度、尺寸隨柱高變化而變化。常規的柱筋綁扎方式無法達到設計要求。現場通過設置不同高度的定位箍筋來確定主筋的平面定位；通過在定位箍筋上設置八邊定位筋來確定不同高度八邊及角部的平面定位。通過定位箍筋及八邊定位筋從上至下形成整體定位網架，主筋及箍筋按此定位網架安裝即可滿足設計要求。

5.3 鋼模安裝

此套鋼模造價較高，且需周轉8次，使用前后應加強保護、養護措施以保證鋼模使用頻次。模板內襯層為聚氨酯材料，存放時應進行可靠覆蓋，避免因日曬雨淋而影響材質。

模板分上下2層，下層模板嚴格按基層定位線安裝、抄平，底口輔以發泡劑封底以免漏漿。上層模板安裝后再次抄平并復核主體垂直度。最后檢查各加固件是否契合緊密，確認無誤后再澆筑混凝土。

6 成形效果

澆筑過程中采用機械振搗棒振搗，做到“快插慢拔”，上下抽動，均勻振搗，插點均勻排列，混凝土澆筑完成后做好大體積混凝土測溫工作，控制好內外溫差，保證混凝土澆筑過程安全與澆筑質量。模板拆除后加強對混凝土的養護，澆筑成形后混凝土效果良好。

7 結語

本文綜合應用了模板選型、尺寸定位、鋼筋排布、操作架設計及成形質量控制等關鍵技術，高效地完成了蕭山機場T4航站樓“天圓地方”異形曲面墩臺柱的施工，最終成形質量達到了預定的目標，確保了蕭山機場三期項目的順利推進。本文介紹的方法可為以后類似異形柱的施工提供借鑒經驗。