關于大直徑型鋼混凝土圓柱施工工藝探討

陳耀東

山西二建集團有限公司（030000）

0 前言

相較于傳統(tǒng)的純混凝土柱施工技術，采用大直徑型鋼混凝土圓柱施工工藝，能夠有效解決因混凝土水化熱引起的結構安全問題。該工藝的模板施工較為簡單，采用了定型圓模板，施工過程中不需要進行打眼開洞、穿對拉絲桿，模板整體性更好。因此有必要加強對大直徑型鋼混凝土圓柱施工工藝實踐的分析，促使其發(fā)揮更大作用。

1 工程概況

某建筑工程項目，占地面積為58000m2，結構類型為框架剪力墻結構。該建筑項目主要由圖書館、連廊、劇場三部分組成。其中，劇場舞臺上空部分設計為鋼結構頂，鋼結構頂四周設計有型鋼混凝土柱，型鋼混凝土柱最大截面直徑達2.2m，混凝土強度等級為C45?？紤]其截面尺寸較大，為減少大截面豎向構件水化熱對結構的影響，決定采用大直徑型鋼混凝土圓柱施工技術。相較于純混凝土圓柱施工技術，大直徑型鋼混凝土圓柱施工技術利用了混凝土良好的防火和耐腐蝕性能、鋼材的抗拉性能和混凝土的抗壓性能，具有承載力高、剛度大、構件截面尺寸小、良好的延展性能和抗震性能等優(yōu)點[1]。

2 大直徑型鋼混凝土圓柱施工工藝

2.1 混凝土溫度計算

該工程施工區(qū)域位于山西省晉中市，氣候四季分明，日照充足，年平均溫度9.5℃，最高溫度39.4℃，最低溫度－25.5℃，溫度最高月為7月（23.7℃），溫度最低為1月（-17℃）。結合氣象資料以及實際工程情況，確定混凝土拌和物計算見表1。

混凝土中心的最高溫度為:Tmax=Ti+Tbק，Ti=28.7℃（入模溫度），§散熱系數取0.7。

混凝土最高絕熱溫升Tb=W×Q/c/r=273×265/0.973/2400=31℃。

其中，273kg為水泥用量，265kJ/kg為單位水泥水化熱，0.973kJ/kg·℃為水泥比熱，2400kg/m3為混凝土密度。

在不考慮覆蓋的情況下，混凝土表面溫度:

其中，H=h+2h′=2+2×0.07=2.14m

在上式中:Tmax——混凝土表面最高溫度（℃），Tq——大氣平均溫度，混凝土的計算厚度，h′——混凝土的虛厚度，h——混凝土的實際厚度，ΔT——混凝土中心溫度與外界氣溫之差的最大值，λ——混凝土的導熱系數，查表取2.33/m·K,K——計算折減系數（根據實驗資料取0.666），β——混凝土模板及保溫層的傳熱系數（取22），Tq為大氣環(huán)境溫度（取30℃），ΔT=Tmax×Tq=20.4℃，故Tb=31℃。

結合上述數據，可得出混凝土內表溫差:

由以上計算可知，混凝土內外溫差最大為26℃，略高于《混凝土結構工程始終質量規(guī)范》中關于混凝土內外溫差大于25℃的規(guī)定，因此需要采取一定措施，降低混凝土結構內外溫差。因此，考慮在混凝土頂部預留部分孔洞，從而降低混凝土內外溫差。經過反復計算，加之以往的施工經驗及采取同比例的試驗，最后確定按照沿圓柱周長范圍內間隔1m，埋設φ100mm深度500mm的預留套管，以利于型鋼混凝土較少水化熱，降低內外溫差。

2.2 型鋼柱安裝

首先，采用的測量方法為針對已經安裝完成的型鋼柱，根據已經測設完成的定位軸線和中心線進行復驗檢查。監(jiān)理單位驗收后，確保尺寸及位置偏差符合要求，方可進行下一道工序。在標高測量時，需要依據建設單位提供的原始水準點，對任意一個水準點樁位進行測量，往返各測量不少于2次，所測得的高程之差不大于3mm為合格。取測量的平均值為最后觀測結果，采用已測定的水準點，用水準儀進行其他標高測量，將結果控制在1mm之內。在控制垂直度時，需要在下方架設兩臺水準儀，對型鋼柱進行正交校正（見表1）。

表1 混凝土拌和物溫度計算表

還應做好型鋼柱的吊裝工作。在施工現場，需要在型鋼柱上方，預留不少于2個吊環(huán)點，吊環(huán)距頂部不得小于100mm。為保證起吊后的穩(wěn)定性，在型鋼柱四周設置2根φ14mm纜風繩進行輔助作業(yè)。塔吊及汽車吊配合施工。在起吊時，先離開地面50cm懸停，確認安全可靠后，再移到指定位置，將纜風繩與地面進行可靠固定。

2.3 腳手架搭設

型鋼混凝土柱施工前，需要根據柱高在周邊搭設作業(yè)腳手架。作業(yè)架搭設為雙排腳手架，在型鋼混凝土柱四周連成整體。在搭設腳手架前要綜合考慮型鋼混凝土柱模板加固時所需要的空間，考慮250～300mm間距，同時在型鋼柱四周搭設架體斜撐保證架體穩(wěn)定。架體搭設（如圖1所示）。

2.4 鋼筋加工與安裝

在本工程中，型鋼柱高度為層高高度4.5m。在鋼架加工時，需要充分考慮搭接區(qū)域及甩出的長度，避免造成型鋼柱施工不易操作。在節(jié)點區(qū)域內，箍筋應在主筋施工完后進行安裝，同一區(qū)域內焊接接頭不得大于50%。在本工程中，涉及到型鋼混凝土柱梁節(jié)點為單側貫穿式，因此在鋼柱施工前，需要根據梁主筋位置，在型鋼柱四周進行開孔。

由于在節(jié)點處梁與型鋼柱節(jié)點交叉，因此在節(jié)點處部位需要在型鋼柱腹板上方焊接部分與箍筋同直徑的鋼筋與箍筋。柱箍筋焊接（如圖2所示）。

圖2 柱箍筋焊接示意圖

2.5 模板加固

在本項目，由于采用了圓柱型鋼混凝土，在項目前期經過考察，綜合費用及施工各方面因素，決定采用定型圓柱木模板。通過與廠家進行技術交流，現場直徑2.2m圓柱模板需要5塊模板拼成一個整圓。

木質建筑圓模板是由優(yōu)質樺木為原料，其特點是重量輕于一般楊木，而且強度大、韌性好、易于施工，采用大幅覆面的膠合板制作而成，內外環(huán)氧樹脂覆膜光滑、防水，又有一定的透氣性。現場弧形梁底的加工采用激光雕刻不銹鋼板對模板進行劃線、切割，極大地保證了弧形梁底的成型效果，現場安裝后能夠更容易保證梁底的截面尺寸。

在現場圓柱扎捆鋼帶施工時，要求保證鋼帶受力均勻，固定鋼帶的上、下邊距為22cm。在安裝鋼帶過程中，最好用鋼尺對模板進行測量。在模板的同一高度四周，釘上3～4個小釘子。在上鋼帶時，把鋼帶放在釘子上，即可保持鋼帶的安裝水平。在安裝螺絲時，每一個螺絲擰緊度要保持一致，如此才能保證鋼帶松緊度的一致性及施工安全。還應注意，在安裝過程中，同一柱子應由同一施工人員加固螺絲。在模板合龍加固后，模板的底部圓平面應距離地面0.51cm，并用水泥砂漿填縫[2]。由于模板是錯開安裝的，在上、下模板水平接口的位置，要用鋼帶加固。鋼帶要水平覆蓋在接口部位，而且保證接口位置在加固鋼帶的中間，如此能夠有效增強模板的穩(wěn)固和施工的效果。

在弧形梁與圓柱交接區(qū)域，現場采用整塊圓柱模板開出梁口位置。然后在梁柱節(jié)點，采用鋼帶整體進行加固。對于大直徑柱在梁柱節(jié)點部位，可采用鋼帶箍整圈進行加固，進而保證梁柱節(jié)點的整體性，保證梁柱節(jié)點的施工質量，為保證接茬部位整體施工質量，現場所有模板接縫處均采黏結雙面膠，杜絕漏漿。

在安裝完成圓柱加固鋼帶后，由于圓柱模板本身受力不穩(wěn)固，為了對模板進行更好的保護，要在模板周圈按方木間距150mm布置，然后用鐵絲捆扎，外圈采用鋼管扣件各六邊形加固。

在后續(xù)拆模施工時，應依次把加固在模板外面的鋼管、木方、鋼帶去除。此時，模板自然脫模張開。如有個別沒有自然張開的模板，只需要在凸凹槽接口位置用木條敲擊震動一下，模板便可自然脫模。在上述整個拆模過程中，禁止采用工具直接撬開。

2.6 預留管安裝

根據前期設置好的預留管位置，在距混凝土澆筑完成上表面50cm時，再次復核預留管的位置。在混凝土澆筑完成后，等待混凝土進入初凝狀態(tài)，再拔出預留管，以利于型鋼混凝土柱的散熱，同時及時進行型鋼混凝土柱的養(yǎng)護。

2.7 混凝土澆筑

混凝土到達現場后先進行坍落度試驗，必須滿足泵送要求?；炷琳駬v采用分層振搗工藝施工，分層高度不宜超過3m。由于本次澆筑型鋼柱高度過高，故采取在模板中部設置振搗口，在澆筑完下層混凝土后進行封堵，再澆筑上層混凝土。在進行一次投料振搗時，還應加強對混凝土高度的控制，采取混凝土體積控制高度，一般不超過1.5m[3]。振搗時間以混凝土表面無氣泡為準，可派遣專人進行監(jiān)控。在混凝土澆筑過程中，保證柱截面內分區(qū)振搗，避免漏振。此外，還應嚴格按照《混凝土結構工程施工質量驗收規(guī)范》規(guī)定留置試塊。

3 大直徑型鋼混凝土圓柱施工質量控制措施

首先，在大直徑型鋼混凝土圓柱施工前期，為了更好地實現整體施工質量控制，項目部應成立專門的質量控制小組，結合施工內容情況，做好施工人員勞動力組織的合理安排。與此同時，還應對現場施工人員做好施工工藝技術交底工作，然后按照不同情況進行人員分工，推動型鋼混凝土柱施工穩(wěn)定順利開展。

其次，在大直徑型鋼混凝土圓柱施工過程中，還需要立足不同施工環(huán)節(jié)，加強施工質量監(jiān)督，要求相應的施工技術措施得到切實有效的落實。如在型鋼柱在安裝前，針對施工測量質量的控制，需要對建筑物定位軸線、螺栓的位置、標高等進行全面檢查，及時發(fā)現其中存在的問題，做好落實改進工作。在完成檢查后，還需要經過監(jiān)理驗收。在驗收合格后，才能進行下一道工序。為了更好地保障型鋼柱的施工穩(wěn)定性，還應加強對下層型鋼混凝土結構強度的檢查，確保相應結構達到設計強度后方可進行施工。在正式開展施工前，還應綜合考慮原材料問題，注重配料的科學合理性，嚴格按照上述混凝土相關計算結果，降低混凝土水化熱，避免后續(xù)出現裂縫問題，從根本上保證鋼筋工程的接頭百分率。在施工過程中，應注重加強安裝預埋預留的時間控制。針對模板工程的施工，嚴格按照圓柱廠家模板交底進行配模，圓柱模板加固用的鋼帶間距進行加固，所有模板拼縫部位粘貼雙面膠，確保模板工程施工質量。在此基礎上，還應注重做好上、下層柱模板間自密實混凝土的澆筑，同時嚴格控制混凝土的粗骨料粒徑及坍落度，更好地保證澆筑質量。

最后，還應加強大直徑型鋼混凝土圓柱施工驗收工作。如針對型鋼柱安裝質量驗收時，應嚴格遵循《鋼結構工程施工質量驗收規(guī)范》GB50205—2020，具體混凝土型鋼柱安裝偏差及檢測方法見表2。

表2 型鋼柱安裝允許偏差及檢查方法

4 結語

大直徑型鋼混凝土圓柱施工工藝是一項較為系統(tǒng)復雜的施工工藝。該工藝需要立足多個環(huán)節(jié)，應注重落實相關工藝實施措施，如結合工程項目實際情況，做好混凝土拌和溫度的計算等，有效提高大直徑型鋼混凝土圓柱施工工藝質量水平。