超厚筏板鋼筋支撐架加固與溫度控制施工技術(shù)

韋 斌，孔德輔

（廣西建工第一建筑工程集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530001）

0 引言

隨著工程建設(shè)的高速發(fā)展，建筑的高度不斷提高，建筑的基礎(chǔ)筏板也會(huì)隨著建筑高度增加越來越厚［1，2］；設(shè)計(jì)的鋼筋規(guī)格、鋼筋層數(shù)越來越多，筏板基礎(chǔ)上層鋼筋的重量越來越重［3］。上層鋼筋的支撐在施工中是較為重要的環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)及施工不合理就會(huì)產(chǎn)生不安全因素，給施工帶來較大的安全隱患。在常規(guī)施工過程中，多數(shù)采用的施工方法是鋼筋馬凳支撐和鋼管架子支撐，馬凳支撐承載力無法滿足施工安全性的要求，存在一定程度的安全質(zhì)量隱患［4］。

超厚大體積混凝土筏板基礎(chǔ)的施工過程困難諸多，如何保證其施工的安全和質(zhì)量值得進(jìn)一步研究［5，6］。利用有限元軟件簡化支撐架模型進(jìn)行筏板中部、頂部鋼筋支撐，沿支撐架內(nèi)部設(shè)置多環(huán)路冷卻水循環(huán)系統(tǒng)精準(zhǔn)控溫，搭設(shè)溜槽加快混凝土澆筑速度等施工控制措施，將是保證超厚大體積混凝土筏板基礎(chǔ)施工質(zhì)量的重點(diǎn)。

1 工程概況

東方智尊堡 9 號(hào)樓及其地下室項(xiàng)目，主樓采用框架核心筒結(jié)構(gòu)，筏板基礎(chǔ)，建筑造型總高度 221.35 m，其中結(jié)構(gòu)層高度為 179.72 m，結(jié)構(gòu)層數(shù) 40 層。主樓筏板厚度為 3.2 m，電梯坑和集水井等落深區(qū)筏板厚度為6.3～8.7 m，筏板基礎(chǔ)混凝土一次澆筑量約 1 萬 m3，屬超厚大體積混凝土筏板基礎(chǔ)?，F(xiàn)場(chǎng)采用超厚筏板大體積混凝土鋼筋支撐架加固與溫度控制施工技術(shù)進(jìn)行施工控制，相較傳統(tǒng)工藝本工法采用型鋼作為鋼筋支撐架受力更加穩(wěn)定。同時(shí)，冷卻水循環(huán)系統(tǒng)的設(shè)置，能有效解決大體積混凝土水化熱散熱慢的問題。

2 施工中的重點(diǎn)及難點(diǎn)分析

對(duì)于超厚筏板施工，既要考慮現(xiàn)場(chǎng)鋼筋支撐架安裝的可操作性和安全穩(wěn)定性，又要保證混凝土施工質(zhì)量。

1）利用有限元軟件建立筏板鋼筋支撐架受力分析模型，根據(jù)計(jì)算結(jié)果優(yōu)選支撐架材料、優(yōu)化桿件位置。施加澆筑工況荷載核驗(yàn)受力情況，對(duì)薄弱部位進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。

2）鋼筋支撐架采用槽鋼組合角鋼，根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)預(yù)設(shè)支撐架形式、尺寸，建立受力分析模型，優(yōu)化鋼筋支撐架形式，施工前利用 BIM 建立鋼筋支撐架、溫度控制系統(tǒng)模型進(jìn)行技術(shù)交底。

3）多環(huán)路冷卻水循環(huán)系統(tǒng)由電子測(cè)溫表、冷卻管、水箱、水泵等組成。該系統(tǒng)分層分環(huán)路施工，每隔 4 m 設(shè)置與鋼筋支撐架的連接；在水平、豎向轉(zhuǎn)角等部位進(jìn)行加強(qiáng)?；炷琉B(yǎng)護(hù)期水循環(huán)流速、水箱溫度根據(jù)測(cè)溫記錄調(diào)整，超出限值啟動(dòng)加冰塊降溫程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的精準(zhǔn)控制。

3 施工過程控制要點(diǎn)

3.1 工藝流程

型鋼支撐架的設(shè)計(jì)→澆筑施工墊層→筏板底鋼筋鋪設(shè)→搭設(shè)型鋼支撐架→冷卻管道施工→筏板面筋鋪設(shè)→大體積混凝土連續(xù)澆筑→混凝土測(cè)溫及養(yǎng)護(hù)。

3.2 施工要點(diǎn)

3.2.1 型鋼支撐架的設(shè)計(jì)

1）利用有限元軟件 Midas 建立筏板鋼筋支撐架的計(jì)算模型：建立新項(xiàng)目并設(shè)定操作環(huán)境→定義特性信息→建立幾何模型→設(shè)置邊界條件→施加施工荷載→定義分析控制數(shù)據(jù)→運(yùn)行分析。通過對(duì)型鋼支撐架進(jìn)行驗(yàn)算，同時(shí)考慮中部抗裂筋及型鋼立柱斜撐的功能性，將默認(rèn)型鋼橫梁進(jìn)行優(yōu)化，在受力較小的部位使用更為經(jīng)濟(jì)的角鋼：筏板處型鋼馬凳橫梁及立柱均采用 8 # 槽鋼，間距 2.0 m；每隔 1 600 mm 在立柱中部焊接 L 50×5的等邊角鋼架設(shè)溫度鋼筋。斜桿采用 L 50×5 的等邊角鋼焊接成一片進(jìn)行布置。型鋼支撐架 Midas 模型如圖 1、圖 2 所示。

圖2 型鋼支撐架構(gòu)造節(jié)點(diǎn)圖

2）為保證施工安全，超 6 m 深的筏板應(yīng)采用 16 # 槽鋼，避免由于槽鋼立柱對(duì)接焊縫為受力薄弱點(diǎn)，在豎向荷載下容易失穩(wěn)斷裂引發(fā)的事故。橫梁與立柱通過焊接連接，角縫焊縫焊腳尺寸為 3 mm。

3.2.2 澆筑施工墊層

在 Revit 建立型鋼支撐架模型、布置冷凝管、排布鋼筋。Revit 建模布置泵送設(shè)備、運(yùn)輸線路?；炷帘霉懿贾贸浞挚紤]澆筑路線，由遠(yuǎn)及近，逐步拆管后退澆筑，直至澆筑完成，避免重復(fù)拆管接管。將交底內(nèi)容制作 3 D 視頻、PPT，進(jìn)行可視化交底，確保工人技術(shù)交底到位。澆筑設(shè)備布置圖如圖 3 所示。

圖3 澆筑設(shè)備布置圖

3.2.3 筏板底鋼筋鋪設(shè)

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙和型鋼支撐架的設(shè)計(jì)間距，彈線定位。位置線確定后，擺放事先制作好的 50 mm 厚的大理石保護(hù)層墊塊，墊塊間距不大于立柱間距的 0.5 倍。按照設(shè)計(jì)圖紙和施工規(guī)范要求，綁扎底板底筋，嚴(yán)格控制鋼筋朝向，保證上層鋼筋的彎鉤豎直朝下，下層鋼筋的彎鉤豎直朝上，不得倒向一邊傾斜。

3.2.4 搭設(shè)型鋼支撐架

1）焊接底座。在底板底筋上固定立柱底座，底座與立柱槽鋼型號(hào)相同，長 500 mm（跨 4 根鋼筋），并與筏板底部鋼筋的上皮鋼筋點(diǎn)焊固定，與下皮鋼筋間斷焊，每段焊縫長度應(yīng)大于 100 mm，將立柱與底座進(jìn)行圍焊固定牢固。

2）架設(shè)立柱。豎起立柱，借助于激光水準(zhǔn)儀確保立柱垂直的情況下，確保每排立柱在一條直線上，在立柱中部焊接等邊角鋼（L 50×5）斜撐固定。

3）鋪設(shè)中部溫度抗裂筋。鋪設(shè)中部溫度抗裂筋。先鋪設(shè)垂直于中部角鋼方向的抗裂筋，再鋪設(shè)平行于中部角鋼方向的鋼筋。溫度抗裂鋼筋網(wǎng)綁扎牢固后成為頂部橫梁焊接的新操作平臺(tái)。

4）頂部橫梁焊接與角鋼斜撐固定。焊接頂部橫梁前，在立柱上彈出筏板上層鋼筋的水平線，頂部橫梁焊接與角鋼斜撐固定。為了保證支架整體穩(wěn)定性，用角鋼焊接豎向斜撐將每排支架連成整體。

5）循環(huán)步驟，直至完成整個(gè)底板的鋼筋支架的焊接完成。施工時(shí)應(yīng)重點(diǎn)檢查支撐架的尺寸、間距及焊接節(jié)點(diǎn)質(zhì)量。鋼筋支撐架焊接完成并驗(yàn)收合格后，方可鋪設(shè)筏板上層鋼筋。

3.2.5 冷卻管道施工

1）冷卻管分層分段搭設(shè)，主樓筏板 3.2 m 厚區(qū)域，共布設(shè) 2 道控溫管，每道控溫管布設(shè) 2 層，第一層距筏板底 1 100 mm，第二道距筏板底 2 100 mm。落深區(qū)設(shè)置多層冷卻水管系統(tǒng)，按照層間距 1.5 m，冷卻水管距混凝土邊緣距離為 1.5～2.0 m 的基本要求鋪設(shè)。整體構(gòu)成多環(huán)路冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，將大體積混凝土劃為細(xì)區(qū)域，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的精準(zhǔn)控制。冷卻管分層分段模型圖如圖 4 所示。

圖4 冷卻管分層分段模型圖

2）水管采用直徑 50 mm 的鍍鋅鋼管，開牙連接，進(jìn)出水口均伸出筏板面至少 500 mm。冷卻管φ8 短鋼筋與型鋼支撐架焊接，長度約 25 mm，間距 4 m。水平轉(zhuǎn)角、豎向轉(zhuǎn)角等重點(diǎn)部位盡可能設(shè)置在槽鋼立柱附近，便于進(jìn)行節(jié)點(diǎn)加強(qiáng)。做好管道連接處的粘接工作。

3）為加強(qiáng)對(duì)降溫系統(tǒng)運(yùn)行效果的了解，在進(jìn)出水口處均設(shè)置壓力表、溫度計(jì)。在冷卻管進(jìn)水口、出水口處設(shè)置閥門，控制水流方向。

4）冷卻管不得漏水，安裝完成后應(yīng)進(jìn)行水壓試驗(yàn)。澆筑開始后，安排專人對(duì)冷卻管進(jìn)出水口、各測(cè)溫點(diǎn)做好溫度監(jiān)測(cè)與記錄。

3.2.6 大體積混凝土連續(xù)澆筑

明確混凝土建筑線路，根據(jù)泵管平面布置圖，布設(shè)好泵管、留槽。搭設(shè) 3 排溜槽腳手架作為支撐架。溜槽下部支撐架需與鋼筋支架的型鋼獨(dú)立設(shè)置，溜槽采用立桿直接到底的搭設(shè)方式，立桿底部沿立桿走向鋪設(shè) 8 # 槽鋼作底座，立桿與底座滿焊。腳手架的立桿橫距為 1.5 m，立桿縱距 1.5 m，橫桿步距為 1.5 m，斜撐間距為 4 500 mm。腳手架側(cè)面滿設(shè)剪刀撐；沿腳手架橫向在掃地桿上方設(shè)置第一道剪刀撐，水平剪刀撐設(shè)置間距 4 500 mm，掃地桿離地面高度應(yīng)＜ 200 mm，在腳手架上搭設(shè) 1∶3 溜槽和人行通道，溜槽下方設(shè)安全兜網(wǎng)，溜槽出料口上設(shè)置 300 mm×300 mm 方孔及蓋板。溜槽支撐架立面圖、溜槽支撐架節(jié)點(diǎn)圖如圖 5、圖 6 所示。

圖5 溜槽支撐架立面圖（單位：mm）

在澆筑超厚筏板大體積混凝土前，對(duì)支撐架進(jìn)行檢查、驗(yàn)收。在混凝土澆筑過程中，隨時(shí)觀測(cè)支撐體系的變形情況，尤其是觀察溜槽的轉(zhuǎn)角部位是否存有異常。如果發(fā)現(xiàn)異常或者其他安全隱患，應(yīng)及時(shí)停止施工作業(yè)，立即采取措施進(jìn)行支撐體系加固。為保證大體積混凝土質(zhì)量，增強(qiáng)混凝土的流動(dòng)性，在進(jìn)行混凝土澆筑作業(yè)前，應(yīng)采用清水沖洗溜槽內(nèi)的灰塵和雜物?；炷翝仓^程中，可根據(jù)需要在溜槽口和串筒下方設(shè)置活動(dòng)的小溜槽，不僅可以適當(dāng)增加澆筑面積，也可以緩沖混凝土的下落速度，避免混凝土產(chǎn)生離析。

圖6 溜槽支撐架上部節(jié)點(diǎn)圖（單位：mm）

混凝土澆筑施工作業(yè)過程中，應(yīng)檢查混凝土流動(dòng)性，在每個(gè)溜槽或串筒的卸料點(diǎn)處，以及卸料點(diǎn)以外的流淌范圍內(nèi)，應(yīng)根據(jù)混凝土澆筑量和澆筑速度，混凝土振動(dòng)器設(shè)置的數(shù)量和型號(hào)應(yīng)滿足施工要求，確保各個(gè)卸料點(diǎn)位置混凝土的振搗密實(shí)。超厚筏板采用斜面分層方式進(jìn)行混凝土澆筑，混凝土的流淌坡度約為 1∶4，每層澆筑厚度控在 50 cm 以內(nèi)，混凝土澆筑應(yīng)連續(xù)，避免冷縫產(chǎn)生。待第一次混凝土振搗完成 20～30 min，且在混凝土初凝前需進(jìn)行第二次振搗?；炷帘砻鎽?yīng)及時(shí)刮平、搓壓、壓光，保證表面的平整度和密實(shí)度，防止混凝土表面產(chǎn)生龜裂。

3.2.7 混凝土測(cè)溫及養(yǎng)護(hù)

本工程筏板測(cè)溫區(qū)的測(cè)點(diǎn)共布置 17 組測(cè)溫點(diǎn)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)均勻設(shè)置在筏板邊緣及中央部位，準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)大體積混凝土的溫度變化，集水坑、電梯井等位置單獨(dú)布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)。筏板每組測(cè)溫點(diǎn)均設(shè) 4 個(gè)測(cè)管，頂部、底部兩個(gè)測(cè)管分別距離板頂、板底面 100 mm，中間兩根分別距筏板底 1/2 板厚和 3/4 板厚；電梯井、集水坑等局部加深區(qū)必設(shè)上、中、下測(cè)溫點(diǎn)，在上、中、下測(cè)溫點(diǎn)之間按≤1 m 間距設(shè)置。

通過調(diào)節(jié)進(jìn)水溫度和流速，將溫差控制在 15 ～25 ℃；出水溫度與進(jìn)水溫度之差宜為 3～6 ℃；混凝土澆筑體的降溫速率不宜＞2 ℃/d，且不宜＞1 ℃/4 h。循環(huán)水溫過高時(shí)在蓄水池加冰塊降溫。按要求對(duì)監(jiān)控點(diǎn)混凝土進(jìn)行測(cè)溫，繪制測(cè)點(diǎn)溫度變化曲線，并撰寫測(cè)溫報(bào)告。每次對(duì)監(jiān)控點(diǎn)混凝土測(cè)溫后，應(yīng)立即匯總混凝土溫差數(shù)值，如溫差過大，應(yīng)及時(shí)采取相應(yīng)技術(shù)措施控制溫差。當(dāng)混凝土最高溫度與環(huán)境溫度溫差連續(xù) 3 d ＜25 ℃ 時(shí)，可停止測(cè)溫?；炷翝仓┕ね瓿珊?，及時(shí)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

4 質(zhì)量控制

1）加強(qiáng)型鋼支撐架質(zhì)量控制，焊接前檢查型鋼支撐架位置、規(guī)格是否正確，加強(qiáng)焊接質(zhì)量控制，焊接后及時(shí)清理焊渣。

2）合理地布置輸送泵的位置以及布管的路線。

3）做好鋼筋及預(yù)埋件的隱蔽驗(yàn)收。

4）控制混凝土入模溫度，保證混凝土的入模溫度盡可能的降低。

5 結(jié)語

對(duì)超厚筏板鋼筋支撐架加固與溫度控制施工工藝技術(shù)、施工控制要點(diǎn)及重難點(diǎn)進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論。

1）采用超厚筏板鋼筋支撐架加固與溫度控制措施，結(jié)合工程實(shí)際，搭設(shè)溜槽加快混凝土澆筑速度，有效保證了超厚筏板的施工效率和施工質(zhì)量，可供類似項(xiàng)目參考。

2）通過對(duì)超厚筏板大體積混凝土鋼筋支撐架加固施工工藝的改良創(chuàng)新、控制，利用有限元軟件對(duì)支撐架模擬分析，鋼筋支撐架受力更加穩(wěn)定，工藝簡便、合理、科學(xué)經(jīng)濟(jì)效益良好。

3）利用 BIM 技術(shù)在可視化上的優(yōu)勢(shì)，完成澆筑路線規(guī)劃，沿支撐架內(nèi)部設(shè)置多環(huán)路冷卻水循環(huán)系統(tǒng)精準(zhǔn)控溫，有效解決了大體積混凝土水化熱散熱慢難題。Q