建筑工程核心筒結構深化設計及施工工藝優化研究

張宇佳 吳振楠 黃泰鵬

某建筑工程采用核心筒結構。為確保結構整體性和施工連續性，必須優化核心筒施工技術，做好振搗作業和養護管理，實現對混凝土裂縫的有效控制。基于施工重難點，對原有施工方案進行深化設計，即利用鋼管優化冷卻水控制方式、合理布置測溫點，以節約施工成本，有效提升項目建設效益[1]。

1 工程概況

某商務中心一期主體工程，占地面積8232.95 m2，總建筑面積為183179.21 m2。其中，地下建筑面積為121570.77 m2，地上建筑面積為61608.44 m2。地下3 層，局部1 ～2 層。地下室為框架結構，地上采用框架剪力墻結構。結構設計使用年限為50 a，抗震設防烈度為7 度。工程施工構造概況如表1 所示。

表1 某工程項目分布工程構造概況

2 深化設計

為確保施工質量得到有效控制、施工流程順利推進，參照國內外核心筒高層建筑項目施工經驗，遵循核心筒結構大體積混凝土相關規范要求，對施工技術進行深化設計，重點做好如下幾方面的優化工作：

1）使用鋼管作為冷卻水管，優化冷卻水管布置方式，為大體積混凝土溫度控制提供有效保障。本工程項目施工中，對于1 ～4 棟，在筏板中間位置布置1 層冷卻水管，冷卻水管采用直徑為48.3 mm、壁厚為3.6 mm 的鋼管，冷卻水管設計2 個進水口以及2 個出水口。其中，3 棟和4 棟的冷卻管采用扣件與鋼筋支架進行連接，局部接頭使用短鋼管進行加固，兼作操作架、鋼筋支架，聯通部位采用車絲或焊接進行聯通[2]。對于5 棟和6 棟，在筏板中間位置布置1 層冷卻水管，冷卻水管采用DN25 mm×2 mm 薄壁鍍鋅鋼管，冷卻水管設計2 個進水口和2 個出水口。5 棟和6 棟薄壁鋼管與鋼筋支架立柱鋼管焊接牢固，局部采用鋼筋骨架支撐。冷卻管鋪設完畢后，立即通入0.34 MPa 以上的壓力水進行通水試驗，檢查是否有漏水或堵管現象發生。在通水時，技術人員要做好跟班作業，隨時量測冷卻管的進出水溫度，并通過測溫管測量混凝土不同位置和不同深度的溫差。

2）優化測溫元件布置方式。監測點的布置范圍應以所選混凝土澆筑體平面圖對稱軸線的半條軸線為測試區，依照平面分層布置。監測點的位置和數量可依照混凝土澆筑體內溫度場分布情況及溫控要求確定，每條測試軸線上監測點數量不應少于4 個。沿混凝土澆筑體厚度方向，必須布置外表、底面和中心溫度測點，其中，外表溫度點設置在混凝土外表以內50 mm，底表溫度點宜設置在底板混凝土底面以上50 mm，其余測點則按照間距不大于500 mm 的原則進行布置[3]。測溫元件測試范圍-30 ～120 ℃，測溫誤差在25 ℃環境下不應該大于0.3 ℃，絕緣電阻應大于500 MΩ。在安裝測試元件前，必須在水下1 m 處經過浸泡24 h 不損壞。測試元件接頭安裝位置應準確，固定應牢固，并應與結構鋼筋及固定架金屬體絕熱。測試元件的引出線宜集中布置，并加以保護。測試元件周圍應進行保護，混凝土澆筑過程中，下料時不得直接沖擊測試測溫元件及其引出線；振搗時，振搗器不得觸及測溫元件及引出線。

3）優化鋼筋支架布置。在1 ～4棟大體積混凝土部位底板設計厚度為3000 mm，根據設計圖紙保護層及鋼筋直徑計算扣除后，底板厚處對應的鋼筋支架立柱高度為2840 mm。此部位底板上、下部鋼筋雙向共三排鋼筋C36 mm@100 mm；中間設置一道鋼筋網，配筋為雙向C12 mm@200 mm。筏板區域底部鋼筋設置墊塊，中間以及上部位置采用直徑48.3 mm、壁厚3.6 mm 的鋼管進行架立，與操作架、冷卻水管共同使用[4]。立柱間距不得大于1.3 m。5 棟和6 棟大體積混凝土部位底板設計厚度為2000 mm，根據設計圖紙保護層以及鋼筋直徑計算扣除之后，板厚處對應的鋼筋支架立柱高度為1880 mm。這個部位底板上、下部鋼筋雙向共兩排鋼筋，配筋為C25 mm@140 mm，局部存在附加筋。筏板區域底部鋼筋設置墊塊，上部位置采用直徑48.3 mm、壁厚3.6 mm 的鋼管進行架立，與操作架共同使用。立柱間距不得大于1.6 m。

3 施工工藝

3.1 核心筒施工方案

1 ～6 棟塔樓核心筒底板均為大體積混凝土，底板位于坑內，依照設計要求，側壁采用流態固化土回填。核心筒施工流程如表2 所示。

表2 核心筒施工流程

3.2 技術參數

本工程項目施工中，大體積混凝土配合比設計以60 d 強度為指標，具體配合比設計如表3 所示。

表3 大體積混凝土配合比設計

3.3 施工工藝流程

大體積混凝土施工工藝流程為：混凝土攪拌—混凝土運輸—混凝土澆筑—表面處理—保溫、養護及測溫—拆模、養護完成。

3.4 施工方法

大體積混凝土供應站需要選擇合適的主站及備用站，由攪拌站依照配合比進行攪拌，出具相應資料，攪拌作業過程中由專人做好原料投放及攪拌過程監督。場外運輸采用滾筒式罐車作業，在到達現場澆筑前應高速旋轉30 s 再放料澆筑，入場時應做好坍落度檢查。為確保混凝土澆筑作業質量達到設計要求，應先做好泵管架設。泵管需架設在支設的鋼管架上，在鋼管上鋪放鋼跳板作為工作面，不得直接支承在鋼筋、模板及預埋件上。水平管大約每隔1.5 m 用支架或臺墊固定，便于拆裝和及時排除堵管現象，便于清洗作業。

本工程項目施工中，大體積混凝土采用分段分層連續澆筑方式作業，分層厚度為300 ～500 mm；采用踏步式分層方式推進，踏步寬度為2 m，由南向北依次推進[5]。澆筑作業前，在筏板鋼筋支架上打好分層標高線，作為分層澆筑厚度控制標準。混凝土澆筑作業從電梯井、集水坑、承臺等部位開始，逐層上升。上一層澆筑應在下一層初凝前進行，避免產生冷縫，且及時將表面泌水抽走。

振動棒選用直徑50 mm 和直徑30 mm 兩種規格。前者主要用于一般部位振搗，后者則用于鋼筋密集處振搗。在筏板施工時，振動棒分別布置在出料點、坡腳處和斜面中部3 個位置。在振搗作業時，需要嚴格控制振搗時間、移動距離和插入深度，確保混凝土密實度達到設計要求。振搗棒插點采用梅花法移動，時長控制在20 ～30 s，且表面不再出現氣泡、泛出灰漿為宜，避免出現漏振、欠振及超振現象。框架柱的混凝土要將插入式振搗棒預先深入柱底部位置，隨混凝土逐步提升進行振搗，通過密切配合達到良好的振搗效果[6]。在振搗上一層時，插入下一層不小于50 mm，振搗棒不可支承在結構鋼筋上，避免碰撞預埋件、模板及測溫元件。

混凝土泵送時應確保混凝土泵的支腿完全伸出，將安全銷插好，先泵送適量水將料斗、網片及輸送管內壁部位濕潤。泵送作業應當連續，間隔時間不能超過40 min，泵送過程中嚴禁加水。若出現堵泵現象，應及時啟用備用泵并做好搶修工作。

3.5 操作要求

在大體積混凝土施工作業中，應做好如下工作：第1，注意收面過程中混凝土表面泛漿處理。如果泛漿過多，應在混凝土初凝前加2 ～4 cm 的石子漿，均勻撒布并進行壓平收面，在終凝前二次收面。第2，做好混凝土養護與保溫工作。澆筑作業完成且初凝前，應立即覆蓋塑料薄膜，不得隨意掀開，保濕養護持續14 d 以上。同時，也可以采用蓄水方式養護，蓄水厚度不小于2 cm。第3，做好混凝土測溫。依照施工組織要求，由專人負責測溫，如測溫結果顯示砼體內外溫差大于25 ℃時，應及時采取降溫措施，并加強砼體保溫保濕養護處理。第4，做好拆模作業。拆模前，需要確保混凝土強度達到設計要求，如模板作為保溫養護措施時，應根據溫控要求合理確定拆模時間[7]。在拆模作業完成后，地下結構應及時回填，地上結構不宜長期暴露于自然環境中。

3.6 檢查要求

大體積混凝土檢查，應合理控制拌合物稠度允許偏差，具體控制要求如表4 所示。混凝土拌合物坍落度設計值不宜大于180 mm，實際控制范圍介于150 ～210 mm。如果坍落度大于220 mm，應測量坍落擴展度，對混凝土稠度進行綜合評價。

表4 大體積混凝土拌合物稠度允許偏差

4 核心筒施工安全保障措施

核心筒結構施工中，大體積混凝土安全保障措施應符合相關規范要求，重點做好有限空間內的施工安全監測工作，有效提升施工工藝應用水平。具體做好以下幾方面保障措施：第1，應嚴格貫徹“先通風、再檢測、后作業”的原則，在沒有通風和檢測情形下，嚴禁作業人員進行作業。如果工作環境變化，應視為進入新的有限空間，在重新通風并達到檢測標準后才能進入作業。第2，在檢測時，檢測人員應處于安全環境下，做好檢測時間、地點、氣體種類、濃度等數據記錄，重點做好氧濃度值、易燃易爆物質（可燃性氣體、爆炸性粉塵）濃度值、有毒氣體濃度值等參數檢測。第3，在作業流程開始前，應采取強制性持續通風措施，確保空氣流通，避免使用純氧進行通風換氣。第4，應做好照明布置，正確穿戴和使用個體防護裝備，在正確拴戴救生繩的情形下進入作業現場。若在缺氧或存在有毒物質的有限空間進行作業，還應佩戴隔離式防護面具。第5，應對從事有限空間作業的人員做好安全培訓，使其掌握流程、儀器設備使用和應急救援等方面的知識。同時，在進入點附近設置醒目的安全警示標志，確保作業人員能明確現場有害因素和防控措施，在安全監護到位的情形下開展工作。

5 結語

核心筒結構施工工藝具有強度高、穩定性好、施工效率高等特征，對提升建筑結構整體強度和穩定性、推動建筑產業綠色節能發展具有良好的作用。在具體項目施工中，應根據實際情況做好優化，充分發揮技術優勢，為提升建筑項目經濟效益和社會效益起到積極促進作用。