大型游泳館組合型斜杈柱支撐體系施工技術(shù)研究

劉生強，關(guān)永瑩，胡 義，司拴牢，賈增強，楊 宏

（1.中國十七冶集團有限公司，安徽 馬鞍山 243000；2. 蘭州市建設(shè)工程安全質(zhì)量監(jiān)督站，甘肅 蘭州 730030；3. 中鐵二十局集團市政工程有限公司，甘肅 蘭州 730046）

0 引言

隨著我國建筑業(yè)的發(fā)展及各地奧體中心的建設(shè)，大型體育場館類項目造型越來越奇特，給施工帶來巨大挑戰(zhàn)，因此在施工過程中對模板、鋼筋、混凝土材質(zhì)選型以及施工方法提出了更高的要求，要對各道施工工序進行難點分析，并進行充分的預(yù)判，給出相應(yīng)的解決辦法。尤其需要解決測量定位、鋼筋綁扎、貫口處模板拼裝、混凝土澆筑難度大等問題，應(yīng)從開始施工到澆筑完成，提出更好的施工方法從而滿足設(shè)計意圖，體現(xiàn)建設(shè)者的人生價值。本文以蘭州奧體中心游泳館項目外圍斜杈柱為依托介紹分析場館類項目建設(shè)難題，以此為同類工程建設(shè)提供參考和借鑒。

1 工程概況

1.1 工程簡介

蘭州奧體中心項目位于蘭州市七里河區(qū)，以“舞動于絲綢之路上的花朵”為設(shè)計理念，5 個主要單體分別為玫瑰體育場、郁金香綜合館、百合游泳館、荷花網(wǎng)球館、蘭花運動員公寓，呼應(yīng)奧林匹克五環(huán)。游泳館位于場地西側(cè)，采用“預(yù)應(yīng)力雙向鋼桁架+框架——剪力墻結(jié)構(gòu)”，總建筑面積 32 000 m2，建筑高度 30.8 m，總座位 3 000 座，主體地下一層+地上兩層。本工程主要特色為 1 層外圍 16 根斜插柱，每兩根斜向樹杈柱生根于一根豎向勁性主柱上與上方的五道連梁形成整體。如圖 1 所示。

圖1 斜插柱（單位：mm）

1.2 游泳館斜插柱總體設(shè)計理念

斜杈柱豎向勁性主柱與斜向樹杈柱采用 C50 混凝土澆筑，豎向勁性主柱直徑 1 800 mm，兩根斜向樹杈柱直徑 1 000 mm。斜向樹杈柱角度約為 39°～42°，中心為直徑 800 mm 鋼管混凝土（C50 自密實）。斜向樹杈柱起步點標(biāo)高為 0.6 m，頂部標(biāo)高與豎向勁性主柱平齊為 5.850 m。鋼管鋼材采用 Q335B 厚度為 40 mm。斜向樹杈柱、豎向勁性主柱與頂部平面連梁共同構(gòu)成完整的受力體系。造型優(yōu)美奇特，必將成為蘭州奧體中心又一道亮麗的風(fēng)景（見圖 2）。

圖2 斜杈柱成型效果

2 施工工藝流程

施工準(zhǔn)備→測量放線→支架搭設(shè)→鋼筋安裝→模板安裝→混凝土澆筑→拆模養(yǎng)護。

2.1 各道施工工序難點分析

2.1.1 測量放線難點分析

就建筑工程而言，其在進行放線施工測量工作之前，要將前期工作做好。具體而言，要將放線工作團隊構(gòu)建起來，明確劃分各個人的職能，同時，將相應(yīng)的施工機具準(zhǔn)備配置完善，使得其數(shù)量以及種類得以保證。具體而言此結(jié)構(gòu)不僅需要平面放樣，同時需要將空間角度及高度能夠準(zhǔn)確定位。

2.1.2 鋼筋綁扎難點分析

鋼筋綁扎難點主要集中在柱相交部位及斜向樹杈柱與梁相交部位［見圖 3（a）］，鋼筋集中受力區(qū)比較密集。縱橫筋交叉通過，錨固要求高并且要求鋼筋與鋼柱間形成可靠連接，滿足設(shè)計及規(guī)范要求［見圖 3（b）］。焊接工藝要求高，難度較大［見圖 3（c）］。

圖3 斜插柱鋼筋圖

2.1.3 模板支設(shè)難點分析

模板難點主要有兩個方面：

1）斜向樹杈柱與豎向勁性主柱間非常規(guī)直交相貫，采用的是斜角度相貫，貫口尺寸及位置難以確定，定位放線測量難度高。

2）斜向樹杈柱為圓柱，水平及垂直難以加固，容易產(chǎn)生水平及豎向滑移。斜向樹杈柱與上部連梁相交位置開口難度大，支撐加固體系要求高，需要采取非常規(guī)的加固方式進行加固，方可保證模板支設(shè)準(zhǔn)確，確保澆筑正常進行。

2.1.4 混凝土澆筑成型難點分析

由于鋼筋密集，空隙較小，導(dǎo)致振搗設(shè)備難以下放至指定位置，振搗效率低下難以振搗到位，極易出現(xiàn)蜂窩麻面現(xiàn)象。尤其斜向樹杈柱，振搗設(shè)備在頂部無法完成插入工作。若提前預(yù)埋將可能出現(xiàn)振搗設(shè)備無法順利取出現(xiàn)象。采取傳統(tǒng)敲擊模板振搗方式無法滿足現(xiàn)場混凝土澆筑質(zhì)量及外觀成型效果。

3 各施工工序解決方法

3.1 測量解決辦法

首先，需要選擇資深的測量專業(yè)人員在每組組合型斜杈柱旁邊設(shè)置控制樁，以作為測量控制點使用；其次，先根據(jù)施工設(shè)計圖紙采用全站儀在平面上將各構(gòu)件位置測繪出在空間的架體橫桿立桿上標(biāo)出水平控制點及軸向控制點；最后，根據(jù)控制點確定斜柱位置及角度。

3.2 鋼筋綁扎解決辦法

根據(jù)設(shè)計圖紙，并利用計算機輔助翻樣。斜向樹杈柱翻樣前需繪制翻樣圖，翻樣圖中對每根柱主筋進行單獨編號。單獨計算每根主筋的長度，并在料單中注明。下料時對照翻樣圖和料單對每根斜向樹杈柱主筋單獨下料（見圖 4～6），下料后及時系上料牌，料牌上注明斜向樹杈柱部位和主筋編號，防止混用。箍筋翻樣同樣繪制翻樣圖，注明斜向樹杈柱部位，下料時各部位箍筋單獨碼放，用料牌標(biāo)識，防止混用。主節(jié)點位置鋼筋并在斜向樹杈柱與梁交接位置，以達(dá)到最大程度上的優(yōu)化施工，采用改變原設(shè)計截面等方式，使工人鋼筋綁扎更加方便快捷，更容易完成。根據(jù)設(shè)計圖紙及角度實地進行定位測量，根據(jù)測量結(jié)果在鋼筋放樣后隨時進行制作標(biāo)樣。將標(biāo)樣制作完成后進行試安裝，安裝成功后再進行大批量制作，在此過程中經(jīng)常抽檢樣品進行試安裝，保證在安裝過程準(zhǔn)確無誤。

圖4 鋼筋翻樣圖

圖6 調(diào)整后的鋼筋下料單

尤其位于斜向樹杈柱與各連梁的交叉區(qū)域及斜向樹杈柱與豎向勁性柱的交接區(qū)域受力集中，鋼筋密集難度難以想象。對于難度較大的綁扎部位特邀請設(shè)計監(jiān)理到現(xiàn)場指導(dǎo)優(yōu)化鋼筋排布（見圖 5）。經(jīng)過幾方的反復(fù)協(xié)調(diào)最終確認(rèn)簡化方案。將柱頭鋼筋由原來的增加擴大頭直接改為主梁懸挑并增大鋼筋，斜向樹杈柱與豎向勁性柱交接部位水平布置鋼筋直徑由 12 mm 改為 16 mm，減少鋼筋支數(shù)。后調(diào)整鋼筋下料單，按照新下料單施工。

圖5 斜向樹杈柱設(shè)計修改版

對于鋼筋安裝，要求在斜向樹杈柱中間及兩端安裝定位箍確保鋼筋排布及鋼筋籠中心與斜向樹杈柱中心位置重合。保護層厚度的確定宜采用混凝土或塑料墊塊，顏色應(yīng)與清水混凝土的顏色接近，同時要保證 4 個/m2上下交錯布置；綁扎鋼絲宜選用 20#～22# 且無銹的鋼絲；扎絲綁完后要將扎絲尾向里，以防外露導(dǎo)致混凝土表面出現(xiàn)銹斑［1］。

3.3 模板支設(shè)與加固

在架體搭設(shè)之前為防止架體沉降，先在架體位置澆筑 10 cm C20 混凝土墊層，并在墊層安放出斜向樹杈柱定位線。根據(jù)本工程特點擬采用 2019 年 10 大新技術(shù)之一的盤口架進行支撐體系搭設(shè)。此架體以 60 系列重型支撐架為例，高度為 5 m 的單支立桿的允許承載力為 9.5 t（安全系數(shù)為 2），破壞載荷達(dá)到 19 t，是傳統(tǒng)產(chǎn)品的 2～3 倍，使架體更加穩(wěn)定可靠。

模板制作加工前先將斜向樹杈柱與豎向勁性主柱相貫口根據(jù)施工圖紙在計算機采用 BIM 技術(shù)，將相貫口位置分析并將貫口繪制成平面圖。將其進行 1∶1 展繪，如圖 7（a）、圖 7（b）所示。在模板配置過程中將其貼在相應(yīng)貫口位置進行裁切，按照裁切位置進行對接安裝確保模板安裝嚴(yán)絲合縫，使其澆筑完成后達(dá)到清水混凝土效果，富有設(shè)計活力和健康元素。在模板安裝前先將斜向樹杈柱定位線及標(biāo)高標(biāo)注在架體上以調(diào)整整體橫桿坡度至斜向樹杈柱底部，最后將已經(jīng)加工成型的斜向樹杈柱模板安裝到位。

圖7 模板加工安裝流程

模板加固尤其在相貫口加固時，應(yīng)用最先進的計算軟件計算接口位置受力體系，根據(jù)受力情況，制定在貫口時需要將斜向樹杈柱模板鑲嵌在豎向勁性主柱模板內(nèi)部，并在四周采用木方密集加固，如圖 8 所示。

圖8 支撐及加固體系

3.4 混凝土的選擇、澆筑及養(yǎng)護

根據(jù)構(gòu)件特點，澆筑混凝土選定自密實混凝土作為澆筑原材。自密實混凝土是一種具有高流動性、間隙通過性和抗離析性，澆筑時僅靠自重作用而無需振搗便能均勻密實成型的高性能混凝土［2］。首先此種混凝土無需振搗，所以可以彌補此構(gòu)件振搗不徹底的先天不足。對于自密實混凝土所需要的粗細(xì)骨料，應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)貙嶋H情況，實地走訪攪拌站、石子生產(chǎn)企業(yè)尋出合格石子等骨料材料及攪拌站，為構(gòu)件澆筑打下良好基礎(chǔ)，如圖 9 所示。

圖9 優(yōu)選成型質(zhì)量好石子

混凝土澆筑過程中采取以下施工措施改善振搗環(huán)境確保混凝土密實，如圖 10 所示。

圖10 預(yù)埋振搗鋼管示意圖

1）在柱體內(nèi)部預(yù)埋鋼管，作為后期振搗棒插入口保證混凝土澆筑到位。

2）優(yōu)化鋼筋結(jié)構(gòu)保證鋼筋布置優(yōu)，確保混凝土下落時不堵塞。

3）在模板外側(cè)，分別在柱中及兩端預(yù)埋三臺平板振動器，在澆筑時利用平板振搗器的振動力改善混凝土密實度，以滿足混凝土外觀質(zhì)量達(dá)到清水效果。

混凝土澆筑后，應(yīng)及時覆蓋，終凝后則立即灑水養(yǎng)護，養(yǎng)護時間≥28 d，若有特殊要求，則應(yīng)該適當(dāng)延長養(yǎng)護時間，如圖 11 所示。

圖11 覆蓋養(yǎng)護

4 質(zhì)量控制措施

4.1 鋼筋工程

首先，對于鋼筋工程嚴(yán)格按照測量定位線進行綁扎，并對照圖紙及鋼筋下料單進行排布，對鋼筋作業(yè)班組進行現(xiàn)場交底，保證鋼筋綁扎成型；其次，按照 BIM 模型及定位點進行復(fù)核鋼筋籠位置及尺寸，確保模板合模。

4.2 模板工程

對于模板工程，首先按照模型點位進行模板安裝，保證結(jié)構(gòu)按照圖紙及模型無偏差。為防止施工縫處拼縫漏漿，在模板與鄰段柱混凝土間用薄海棉條堵嚴(yán)，并夾緊根部柱箍。為保證澆搗后內(nèi)實外光，須重視各段施工縫的處理，尤其斜向樹杈柱根部位置必須是斜向樹杈柱模板嵌固在豎向勁性主柱內(nèi)，以免混凝土側(cè)向位移及接縫漏漿。在斜向樹杈柱與豎向勁性柱交界處進行滿方木布置全密加固。

4.3 支撐體系

對于架體施工，按照方案要求首先保證架體立桿下方基礎(chǔ)夯實達(dá)到承載力要求，確保架體穩(wěn)定可靠。防止架體受斜向樹杈柱水平推力的影響，需要在架體外側(cè)設(shè)置拋撐及斜撐，保證架體整體穩(wěn)定性。

4.4 混凝土澆筑

混凝土澆筑過程中應(yīng)檢查混凝土料單型號是否準(zhǔn)確無誤，并安排專業(yè)性較強的振搗工人進行振搗，完成后應(yīng)立即覆蓋，灑水養(yǎng)護。

4.5 拆模要求

本結(jié)構(gòu)為特殊構(gòu)件，混凝土澆筑過程留足抗壓試塊。澆筑混凝土強度必須達(dá)到 100 % 方可拆除梁及斜向樹杈柱底模。

5 結(jié)語

體育場館類項目構(gòu)件復(fù)雜多樣，給場館類項目建設(shè)帶來巨大挑戰(zhàn)。作為新世紀(jì)建設(shè)者要始終站在科技前沿，以創(chuàng)新實干的精神自力自強，助推中國建造走向更加輝煌的未來。本文著重從斜插柱成型的各個施工工序敘述了技術(shù)重點及難點，基本適用于場館建設(shè)異型構(gòu)件的施工特點，為異型鋼筋混凝土構(gòu)件提供有力的技術(shù)支撐，為今后的混凝土構(gòu)件施工提供一定的參考。Q