非常规空间柱施工方法

韩学彬陈东李松

摘要：异形结构的施工一直是比较困难的问题，尤其是如何确保施工进度的同时需要确保施工质量和降低造价，对于截面大，高度高、空间异形的混凝土柱施工，通常需要采用多种方式结合，本文通过具体工程的异形结构施工研究，结合三维建模技术并运用高性能混凝土免振捣施工，合理有效组织施工顺序，确保了该非常规空间柱的施工质量，对于同类型的结构施工具有一定的指导参考意义。

关键词：非常规空间柱；免振捣

1、工程概况及施工难点

1.1工程概况

乐山港远成综合物流基地一期工程位于乐山市五通桥区临港新区，工程占地222133平米，建筑面积为287432.29平米，地上建筑面积226644.99平米，地下建筑面积为60787.30平米，共含9栋楼。

本工程1#楼为展览馆，地下一层，地上一层，地上为钢结构空间管桁架，地下室一层有8根混凝土抗推柱，伸出地面部分为斜向不规则的牛腿，用于承受钢结构支架的荷载。

1#楼8根混凝土抗推柱位于1#楼南侧和北侧，柱子尺寸分别为2200×2700mm、2000×2400mm；高度为7.273m，柱子主筋共计112根，外伸牛腿长度为4.129m；具体见参数表1。

1.2混凝土柱工程难点

1）柱子钢筋密集，形状异型，钢筋放样加工难；

2）柱子截面大，高度高，钢筋密集，为保证其受力，减少施工缝，须一次性浇筑成型，混凝土浇筑困难；

3）柱子斜向牛腿伸出长，截面异型，施工定位及模板加固困难；

2、异型混凝土柱施工技术措施

2.1钢筋三维放样

8根结构抗推柱牛腿为钢结构桁架的支座，其尺寸和位置与钢结构空间连接，各个点不在一个平面上，定位比较困难，KZ5牛腿外伸的四个角点均为空间坐标，无法直接在平面图上给定尺寸，KZ6外伸牛腿为直径1000mm的圆形混凝土柱，与传统的平面结构不同。其定位如下：

图2：异型柱牛腿空间坐标点

柱子钢筋直径大，均为32和25的，现场调整很困难，为了确保钢筋放样的准确，项目对该8根大柱子以及其牛腿进行三维建模，用设计提供的三维坐标进行角点定位，采用AUTOCAD进行三维模型建立，并根据三维中的各个截面进行钢筋长度和形状的确定，三维模型见图3，钢筋放样尺寸见图4。

图4：异形柱牛腿钢筋放样尺寸

通过三维模型将各个面以及钢筋进行放样，最终确定没跟钢筋的加工尺寸，在现场进行放样安装，并首先分别选一根KZ5和KZ6进行试安装，确认无误后再加工其余6根柱子钢筋。在钢筋安装过程中设置支撑，防止钢筋下滑，施工过程控制见附图5-8。

2.2定型钢模施工加固

KZ6的牛腿为直径为1000mm的圆形混凝土结构，斜向上悬挑伸出4129mm，重量为2108kg，模板施工及加固较难，为确保其施工质量，项目采用定型钢模板进行施工，并根据其倾斜角度，对下半截钢模进行斜向切割，确保其施工角度。钢模施工加固见图9、图10。

图9：模板切割吊装图10：模板加固安装

对KZ5、KZ6编制专项的模板支撑方案，进行受力计算。抗推柱牛腿以下采用模板加双钢管及对拉螺杆进行加固，采用15厚覆膜模板，用钢管做竖肋间距150mm，外侧用双钢管间距450mm做横向主肋，设置对拉螺杆竖向间距450mm，长边中间设置5道，短边中间设置4道。

KZ5、KZ6在空间上相互交叉，分别为水平桁架和架空桁架的支座，为方便施工，对8根柱子分2次施工，先施工KZ5（方形牛腿），后施工KZ6（圆形牛腿），并且对圆形牛腿也分2次施工，配置2根牛腿的定型钢模。

为防止牛腿混凝土下沉致使混凝土从柱子顶部冒出，对柱子顶处采用全封闭式的模板，用对拉螺杆进行固定，同时在封闭板处预留浇筑进料口，柱身部分浇筑完成后封闭。

图11：异形柱牛腿模板加固图

在牛腿顶部设置300×300的混凝土进料口，端部用模板封住，采用钢管进行背楞。

将空间点投射到平面上，计算出高度，对牛腿4个角点分别进行定位，从钢筋安装时便进行定位，同时将钢结构预埋件进行定位。

2.3自密实混凝土浇筑

8根柱子算上外伸牛腿，总的高度达到9.549m，柱子内钢筋相当密集，主筋为96根32加20根25的钢筋，圆形牛腿为2432+425钢筋，方形牛腿为7032+1625，在牛腿与柱子交接处几乎全是钢筋，间距也就只有几厘米，并且竖向外墙在抗推柱处也有连接，其墙体钢筋也从柱子贯穿，不管是钢筋安装以及混凝土浇筑都有很大难度。并且斜向的支撑牛腿为全封闭式整体施工，振捣存在较大困难。

通过与业主和设计院沟通，并咨询当地商混站，最终确定采用自密实混凝土浇筑该8根抗推混凝土柱以及其周边难以拦截的墙体。

考虑周围墙体无法有效拦截，估计用量在500m3左右。

确定后即请商混站技术人员来现场进行实际考察，确定其可行，并同时由商混站结合其之前进行的工程施工经验，进行自密实混凝土配合比的确认。

2.3.1原材料及配合比控制

根据自密实混凝土应用技术规程，由商混站对C40P6自密实混凝土进行配合比设计并进行鉴定。

2.3.2混凝土浇筑

混凝土浇筑时采用分层浇筑，浇筑柱子部分时采用天泵进行，浇筑时从与柱子先接的梁上口进行浇筑，在柱子模板处用钢管等进行敲打，确保混凝土在柱子内侧密实，浇筑时一次高度不大于1.5m，4根柱子来回浇筑。

浇筑上部牛腿时等下部混凝土浇筑完成后进行，从牛腿上部预留的浇筑喇叭口处进行进料，控制浇筑速度，4根柱子来回浇筑，同时在牛腿模板外侧用钢管进行敲打。根据敲打声音确认模板内部是否混凝土密实到位。混凝土喇叭口处高出牛腿面，拆模后进行剔凿。

2.3.3混凝土拆模及养护

按照悬挑构件进行牛腿的模板支设，同时拆除模板也同样需要达到强度的100%，自密实混凝土的强度增长较快，基本上5天左右可以达到设计强度。

拆除后对大截面框架柱及牛腿进行浇水覆膜养护，养护时间不少于14d。

对拆除后的混凝土面进行打磨，并仅性回弹，确保其施工质量。

拆除后混凝土成型质量良好，混凝土内部密实，外部光洁。成型效果见图12。

图12：混凝土成型效果

3、方案对比分析

本工程所涉及到的异型混凝土柱主要是结构复杂，钢筋密集，混凝土浇筑振捣困难，在确保施工质量和安全的前提下选择使用了自密实混凝土等一系列施工措施。

同原有施工方案进行经济费用分析，主要人工费用基本相同，因此采用自密实混凝土和钢模施工异型混凝土结构柱比原施工方法多花费约2.5万元。1#楼是本工程的展厅，也是前期的售楼部，其8根抗推柱是直接作为地上钢结构的受力支座，必须保证质量。但是其钢筋密集，模板异型，还有外伸牛腿，节点很复杂，普通混凝土施工根本无法保证其施工质量，8根柱子为整个1#楼的重点，不允许出现任何较大的质量缺陷，通过自密实混凝土的使用，确保了柱子的密实，确保了施工质量，在外观和实际回弹效果均符合要求，得到了业主的肯定，为项目后期工作的进行奠定了基础。

4、结束语

随着建筑行业的发展，越来越多的建筑采用了复杂异型的结构形式，也出现了许多受力复杂，结构异型的构件，如何确保其施工质量是一项值得深入研究的课题。在本工程1#楼8根大截面异型混凝土柱施工中，采用了自密实混凝土施工，并结合三维建模施工工艺进行了针对性的课题研究，取得了很好的成果。结构三维模拟技术可以有效的反应异型构件的空间形状，真实模拟施工情况，便于各种节点深化，在异型空间结构有很好的应用价值；自密实混凝土在密集钢筋构件的运用可以有效保证混凝土的施工质量，确保其密实度，避免出现各种混凝土的质量缺陷，其技术先进，施工方便，且其花费不高，但是取得的效果是很明显的，在复杂节点和钢筋密集区域以及无法有效振捣的构件施工时具有大的优势。综合运用三维模拟和自密实混凝凝土有效的解决了高大异型钢筋混凝土构件的施工难点，确保了施工质量，对类似的工程具有很好的推广和借鉴意义。

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