大截面CBF高注合金薄壁方箱空心樓蓋施工技術(shù)

岳要旗，賈道同，熊望輝，馬 驥

（中建二局第二建筑工程有限公司，廣東 深圳 518000）

CBF 高注合金薄壁方箱空心樓蓋屬于無(wú)梁樓蓋，是將CBF 高注合金薄壁方箱作為芯模，按照設(shè)計(jì)埋置于現(xiàn)澆混凝土樓板中，減少混凝土澆筑用量，并減輕樓板結(jié)構(gòu)整體自重，屬于國(guó)家推廣的新型節(jié)能建筑。現(xiàn)階段無(wú)梁樓蓋施工體系飽受質(zhì)疑，部分人員認(rèn)為其安全冗余度較小，阻水性能較低，技術(shù)尚未成熟，不能廣泛推廣。

1 工程概況

鄭州高新區(qū)地下室頂板采用現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋，樓板中內(nèi)置的非抽芯成孔的芯模產(chǎn)品為CBF 高注合金薄壁方箱，由微骨料高強(qiáng)預(yù)制混凝土板與高分子合金盆模對(duì)扣組合而成，其中高分子合金盆模是以高分子樹脂為主要原料，經(jīng)合金加強(qiáng)改性，用特殊工藝加工成型。本工程地下車庫(kù)頂板空心樓板厚為450mm，內(nèi)置芯模尺寸為300mm×900mm×235mm、600mm×900mm×235mm 兩種，芯模之間內(nèi)肋寬為150mm 和300mm 兩種，過程中如何解決CBF高注合金薄壁方箱抗浮、鋼筋保護(hù)層厚度、混凝土澆筑密實(shí)度等問題成為項(xiàng)目施工研究的重點(diǎn)內(nèi)容。

2 工況分析

1）施工質(zhì)量控制難 車庫(kù)頂板設(shè)計(jì)厚度為450mm，其中芯模高度235mm，考慮到混凝土保護(hù)層厚度，導(dǎo)致鋼筋疊加、水電預(yù)埋盒、混凝土受壓區(qū)總厚度不足200mm。此種情況下，設(shè)計(jì)單位對(duì)空心樓蓋如何優(yōu)化設(shè)計(jì)，施工單位如何保證施工過程無(wú)質(zhì)量安全隱患，是整個(gè)工程的重點(diǎn)、難點(diǎn)。

2）相關(guān)工序復(fù)雜 空心樓蓋的施工過程主要包括模板支設(shè)、鋼筋綁扎、薄壁方箱安裝、水電安裝等工序。其中鋼筋施工過程中需穿插水電預(yù)埋、芯模安裝等工序，對(duì)工序交接、成品保護(hù)、資源協(xié)調(diào)等方面要求較高，若其中一項(xiàng)存在問題，會(huì)影響整個(gè)車庫(kù)頂板施工進(jìn)度。

3 主要應(yīng)對(duì)措施

3.1 空心樓蓋系統(tǒng)構(gòu)造分析

地下車庫(kù)作為整個(gè)工程建設(shè)基礎(chǔ)，對(duì)強(qiáng)度要求較高，傳統(tǒng)認(rèn)為，內(nèi)部填充芯模的現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋會(huì)出現(xiàn)一定程度上承載力強(qiáng)度達(dá)不到要求的現(xiàn)象，從而影響結(jié)構(gòu)安全。因此，項(xiàng)目在設(shè)計(jì)階段計(jì)劃采用無(wú)梁空心樓蓋設(shè)計(jì)時(shí)，利用有限元軟件對(duì)車庫(kù)受力體系進(jìn)行分析，對(duì)薄弱部位進(jìn)行加強(qiáng)，主要包括以下內(nèi)容。

1）板式樓蓋在均布荷載的作用下，柱端彎矩值與跨度值成三次方關(guān)系，即內(nèi)力在柱端部位最大，且跨度值增大，柱端承受的負(fù)彎矩值隨之變大。在設(shè)計(jì)階段完成芯模類型調(diào)研，確定生產(chǎn)廠家后，了解芯模類型、方箱尺寸、框架扁梁截面尺寸及配筋等后，考慮柱端能夠承受的最大負(fù)彎矩值，通過在柱端設(shè)置加腋樓板，以承受負(fù)彎矩，加強(qiáng)框架扁梁端部的剛度及結(jié)構(gòu)的承載性能，可以使設(shè)計(jì)的跨度值更符合使用需求，因此，項(xiàng)目地下車庫(kù)柱端最終確定采用斜柱帽+托板形式設(shè)計(jì)（圖1）。

圖1 托板柱帽結(jié)構(gòu)示意圖

2）頂板回填土施工時(shí)，局部不平衡堆土或分區(qū)域分段回填等因素使柱端不平衡彎矩增大，從而引起內(nèi)部應(yīng)力增加，結(jié)構(gòu)形變量擴(kuò)大。因此，項(xiàng)目在設(shè)計(jì)時(shí)必須降低柱端的不平衡彎矩。在對(duì)比單向板、十字梁、井字梁體系力矩傳遞后，通過在覆土車庫(kù)頂板設(shè)置構(gòu)造暗梁垂直相交，雙向網(wǎng)格傳遞力矩，調(diào)節(jié)到達(dá)柱端的不均衡彎矩。

3）使用CBF 高注合金薄壁方箱作為芯模填充時(shí)，項(xiàng)目應(yīng)盡量減少芯模對(duì)于現(xiàn)澆混凝土樓蓋的影響，故對(duì)芯模所在的空心相對(duì)位置（圖2）進(jìn)行了分析：現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋截面的受力性能可分為3 部分，分別是上部混凝土受壓區(qū)、正應(yīng)力較小甚至為零的中性軸區(qū)域和下部鋼筋受拉區(qū)。當(dāng)CBF高注合金薄壁方箱位于中性軸區(qū)域時(shí)，承受的彎矩最小，車庫(kù)頂板的受力性能最好。CBF 高注合金薄壁方箱的厚度及容積又決定了空心樓蓋能夠減少使用的混凝土澆筑用量，也可占據(jù)對(duì)混凝土受力影響較小的下翼緣部分區(qū)域。

圖2 現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋分布區(qū)域圖

分析后在設(shè)計(jì)階段針對(duì)空心樓蓋截面做出規(guī)定，芯模下表面至樓蓋底面的距離為75mm，芯模上表面至樓蓋上板面之間的距離為140mm，最大程度的利用各區(qū)域空間而不影響其力學(xué)性能。

3.2 鋼筋綁扎體系技術(shù)研究

1）雙向網(wǎng)格肋梁排布的設(shè)計(jì)以及車庫(kù)頂板寬扁框架梁的存在，以及車庫(kù)頂板鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，導(dǎo)致現(xiàn)澆混凝土空心樓蓋施工時(shí)鋼筋工程難度直線上升。針對(duì)施工中肋梁截面小且多、寬扁框架梁截面大、鋼筋間距小等諸多問題，項(xiàng)目施工借助BIM 技術(shù)建立鋼筋三維模型，合理設(shè)計(jì)鋼筋間距、連接方式和綁扎順序，如直徑16mm 的肋梁鋼筋改為直螺紋連接、柱帽區(qū)域附加鋼筋與受力縱筋同排布置，盡可能地減少鋼筋疊加層數(shù)，以此來(lái)控制芯模下部高度為75mm 左右，芯模上部高度在140mm 左右。

2）為保證柱端能夠承受足夠的不平衡彎矩，項(xiàng)目在設(shè)計(jì)時(shí)除柱的形式、截面尺寸和高度外，還保證配筋率的前提下對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了加強(qiáng)處理（圖3）。寬扁框架梁端箍筋加密區(qū)長(zhǎng)度比較后設(shè)為1 500mm，且柱帽邊緣向外加密長(zhǎng)度不小于500mm。寬扁框架梁縱筋宜為單層布置，分布間距小于150mm，在保證面筋凈距大于38mm 且應(yīng)有不少于60%的縱筋穿過柱子或錨入柱內(nèi)。

圖3 連接柱帽肋梁端部箍筋加密

3）X-Y-X同層同向綁扎法。鋼筋在綁扎過程中，首先遵循的原則是梁、板縱筋較大的筋放外層，較小的放內(nèi)層。板上部通長(zhǎng)鋼筋及負(fù)筋應(yīng)按同向同層（圖4)的方式布置，除此之外，項(xiàng)目為進(jìn)一步壓縮下鋼筋綁扎區(qū)域厚度，明確規(guī)定了鋼筋綁扎先從X軸方向開始，在綁扎X向肋梁鋼筋時(shí)，將X向板底筋全部布置就位后再進(jìn)行Y向肋梁鋼筋、Y向板底筋綁扎，Y向板面筋、Y向抗浮筋的綁扎作業(yè)，最后再完成X向抗浮筋、X向板面筋的綁扎，這樣可以保證下部75mm 厚的鋼筋受壓區(qū)可以留有保護(hù)層厚度，也可以防止板上部鋼筋的多層重疊后加迎土面保護(hù)層依舊不超過預(yù)設(shè)的受壓區(qū)厚度140mm，綜合板厚不超過設(shè)計(jì)要求450mm。

圖4 X-Y-X同層同向綁扎截面示意圖

3.3 大截面CBF高注合金薄壁方箱抗浮控制

CBF 高注合金薄壁方箱尺寸及質(zhì)量較小，且相互獨(dú)立，在施工中由于混凝土的流態(tài)性質(zhì)（混凝土坍落度越大，浮力越大），混凝土的振搗以及流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的浮力大于CBF 合金薄壁方箱自重，因此，施工時(shí)必須采取安全穩(wěn)定的抗浮措施，以防止樓板澆筑完成后局部標(biāo)高超出設(shè)計(jì)要求，或者出現(xiàn)大面積CBF 薄壁合金方箱上浮現(xiàn)象。本工程根據(jù)薄壁方箱自重、混凝土坍落度、芯模施工條件等完成抗浮技術(shù)措施，使用14#鐵絲作為錨固拉筋，其拉結(jié)位置、布置間距等所需參數(shù)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)CBF 高注合金薄壁方箱安裝位置確定。在芯模安裝時(shí)先采用14#抗浮鐵絲穿過模板，將樓板上部鋼筋以及額外布設(shè)的10mm 的抗浮鋼筋（壓筋式）綁扎牢固，再與下方支撐結(jié)構(gòu)的模板次楞木方拉緊固定，防止上部鋼筋向上移動(dòng)。

3.4 薄壁方箱底混凝土澆筑密實(shí)度控制

混凝土澆筑時(shí)根據(jù)澆筑區(qū)域宜沿縱橫軸單向進(jìn)行平行分層澆筑，首次澆筑以不超過樓板截面上翼緣邊線為宜，并且首層澆筑完成振搗密實(shí)后，需等待下部凝固混凝土稍微凝固且未初凝前，再進(jìn)行第二次澆筑振搗，使高注合金薄壁方箱下部的混凝土流動(dòng)變慢，以減小混凝土上表面與方箱下表面混凝土之間的壓力差，從而使產(chǎn)生的浮力不足以使加固后的芯模上浮。為保證高注合金薄壁方箱底混凝土振搗密實(shí)，無(wú)積存氣囊、氣泡，第二次振搗時(shí)宜采用小型插入振動(dòng)器（30mm）振搗，振動(dòng)器插入第一層中不宜大于50mm，振搗時(shí)振搗棒不得緊貼方箱振動(dòng)，在肋間振搗點(diǎn)的間距不得大于500mm，每點(diǎn)振搗時(shí)間宜為15～20s，以混凝土將肋間充填飽滿，不上泛氣泡為宜。

4 結(jié)語(yǔ)

鄭州高新區(qū)岳崗安置房建設(shè)項(xiàng)目地下室頂板通過對(duì)大截面CBF 高注合金薄壁方箱施工研究?jī)?yōu)化，模板支設(shè)方便快捷，可節(jié)約一定的工期，并且空心樓蓋內(nèi)置大截面CBF 高注合金薄壁方箱，在工廠加工制作完成，保證了制作的質(zhì)量和精度，減少了現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)的時(shí)間，提高工作效率，而且采用空心樓蓋施工技術(shù)，與梁、板體系相比，板底平整美觀，板下空間可靈活分割，在凈高不變的情況下降低了層高，減少了墻體材料、管線材料、裝修材料，同時(shí)也減少了水平力產(chǎn)生的內(nèi)力。實(shí)踐證明該技術(shù)具有施工快、安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、合理及造價(jià)低等優(yōu)勢(shì)，在指導(dǎo)類似工程方面具有長(zhǎng)遠(yuǎn)意義，將得到廣泛的推廣和應(yīng)用。