关于大直径型钢混凝土圆柱施工工艺探讨

2022-05-22陈耀东

河南建材 2022年5期

陈耀东

山西二建集团有限公司（030000）

0 前言

相较于传统的纯混凝土柱施工技术，采用大直径型钢混凝土圆柱施工工艺，能够有效解决因混凝土水化热引起的结构安全问题。该工艺的模板施工较为简单，采用了定型圆模板，施工过程中不需要进行打眼开洞、穿对拉丝杆，模板整体性更好。因此有必要加强对大直径型钢混凝土圆柱施工工艺实践的分析，促使其发挥更大作用。

1 工程概况

某建筑工程项目，占地面积为58000m2，结构类型为框架剪力墙结构。该建筑项目主要由图书馆、连廊、剧场三部分组成。其中，剧场舞台上空部分设计为钢结构顶，钢结构顶四周设计有型钢混凝土柱，型钢混凝土柱最大截面直径达2.2m，混凝土强度等级为C45。考虑其截面尺寸较大，为减少大截面竖向构件水化热对结构的影响，决定采用大直径型钢混凝土圆柱施工技术。相较于纯混凝土圆柱施工技术，大直径型钢混凝土圆柱施工技术利用了混凝土良好的防火和耐腐蚀性能、钢材的抗拉性能和混凝土的抗压性能，具有承载力高、刚度大、构件截面尺寸小、良好的延展性能和抗震性能等优点[1]。

2 大直径型钢混凝土圆柱施工工艺

2.1 混凝土温度计算

该工程施工区域位于山西省晋中市，气候四季分明，日照充足，年平均温度9.5℃，最高温度39.4℃，最低温度－25.5℃，温度最高月为7月（23.7℃），温度最低为1月（-17℃）。结合气象资料以及实际工程情况，确定混凝土拌和物计算见表1。

混凝土中心的最高温度为:Tmax=Ti+Tb×§，Ti=28.7℃（入模温度），§散热系数取0.7。

混凝土最高绝热温升Tb=W×Q/c/r=273×265/0.973/2400=31℃。

其中，273kg为水泥用量，265kJ/kg为单位水泥水化热，0.973kJ/kg·℃为水泥比热，2400kg/m3为混凝土密度。

在不考虑覆盖的情况下，混凝土表面温度:

其中，H=h+2h′=2+2×0.07=2.14m

在上式中:Tmax——混凝土表面最高温度（℃），Tq——大气平均温度，混凝土的计算厚度，h′——混凝土的虚厚度，h——混凝土的实际厚度，ΔT——混凝土中心温度与外界气温之差的最大值，λ——混凝土的导热系数，查表取2.33/m·K,K——计算折减系数（根据实验资料取0.666），β——混凝土模板及保温层的传热系数（取22），Tq为大气环境温度（取30℃），ΔT=Tmax×Tq=20.4℃，故Tb=31℃。

结合上述数据，可得出混凝土内表温差:

由以上计算可知，混凝土内外温差最大为26℃，略高于《混凝土结构工程始终质量规范》中关于混凝土内外温差大于25℃的规定，因此需要采取一定措施，降低混凝土结构内外温差。因此，考虑在混凝土顶部预留部分孔洞，从而降低混凝土内外温差。经过反复计算，加之以往的施工经验及采取同比例的试验，最后确定按照沿圆柱周长范围内间隔1m，埋设φ100mm深度500mm的预留套管，以利于型钢混凝土较少水化热，降低内外温差。

2.2 型钢柱安装

首先，采用的测量方法为针对已经安装完成的型钢柱，根据已经测设完成的定位轴线和中心线进行复验检查。监理单位验收后，确保尺寸及位置偏差符合要求，方可进行下一道工序。在标高测量时，需要依据建设单位提供的原始水准点，对任意一个水准点桩位进行测量，往返各测量不少于2次，所测得的高程之差不大于3mm为合格。取测量的平均值为最后观测结果，采用已测定的水准点，用水准仪进行其他标高测量，将结果控制在1mm之内。在控制垂直度时，需要在下方架设两台水准仪，对型钢柱进行正交校正（见表1）。

表1 混凝土拌和物温度计算表

还应做好型钢柱的吊装工作。在施工现场，需要在型钢柱上方，预留不少于2个吊环点，吊环距顶部不得小于100mm。为保证起吊后的稳定性，在型钢柱四周设置2根φ14mm缆风绳进行辅助作业。塔吊及汽车吊配合施工。在起吊时，先离开地面50cm悬停，确认安全可靠后，再移到指定位置，将缆风绳与地面进行可靠固定。

2.3 脚手架搭设

型钢混凝土柱施工前，需要根据柱高在周边搭设作业脚手架。作业架搭设为双排脚手架，在型钢混凝土柱四周连成整体。在搭设脚手架前要综合考虑型钢混凝土柱模板加固时所需要的空间，考虑250～300mm间距，同时在型钢柱四周搭设架体斜撑保证架体稳定。架体搭设（如图1所示）。

2.4 钢筋加工与安装

在本工程中，型钢柱高度为层高高度4.5m。在钢架加工时，需要充分考虑搭接区域及甩出的长度，避免造成型钢柱施工不易操作。在节点区域内，箍筋应在主筋施工完后进行安装，同一区域内焊接接头不得大于50%。在本工程中，涉及到型钢混凝土柱梁节点为单侧贯穿式，因此在钢柱施工前，需要根据梁主筋位置，在型钢柱四周进行开孔。

由于在节点处梁与型钢柱节点交叉，因此在节点处部位需要在型钢柱腹板上方焊接部分与箍筋同直径的钢筋与箍筋。柱箍筋焊接（如图2所示）。

图2 柱箍筋焊接示意图

2.5 模板加固

在本项目，由于采用了圆柱型钢混凝土，在项目前期经过考察，综合费用及施工各方面因素，决定采用定型圆柱木模板。通过与厂家进行技术交流，现场直径2.2m圆柱模板需要5块模板拼成一个整圆。

木质建筑圆模板是由优质桦木为原料，其特点是重量轻于一般杨木，而且强度大、韧性好、易于施工，采用大幅覆面的胶合板制作而成，内外环氧树脂覆膜光滑、防水，又有一定的透气性。现场弧形梁底的加工采用激光雕刻不锈钢板对模板进行划线、切割，极大地保证了弧形梁底的成型效果，现场安装后能够更容易保证梁底的截面尺寸。

在现场圆柱扎捆钢带施工时，要求保证钢带受力均匀，固定钢带的上、下边距为22cm。在安装钢带过程中，最好用钢尺对模板进行测量。在模板的同一高度四周，钉上3～4个小钉子。在上钢带时，把钢带放在钉子上，即可保持钢带的安装水平。在安装螺丝时，每一个螺丝拧紧度要保持一致，如此才能保证钢带松紧度的一致性及施工安全。还应注意，在安装过程中，同一柱子应由同一施工人员加固螺丝。在模板合龙加固后，模板的底部圆平面应距离地面0.51cm，并用水泥砂浆填缝[2]。由于模板是错开安装的，在上、下模板水平接口的位置，要用钢带加固。钢带要水平覆盖在接口部位，而且保证接口位置在加固钢带的中间，如此能够有效增强模板的稳固和施工的效果。

在弧形梁与圆柱交接区域，现场采用整块圆柱模板开出梁口位置。然后在梁柱节点，采用钢带整体进行加固。对于大直径柱在梁柱节点部位，可采用钢带箍整圈进行加固，进而保证梁柱节点的整体性，保证梁柱节点的施工质量，为保证接茬部位整体施工质量，现场所有模板接缝处均采黏结双面胶，杜绝漏浆。

在安装完成圆柱加固钢带后，由于圆柱模板本身受力不稳固，为了对模板进行更好的保护，要在模板周圈按方木间距150mm布置，然后用铁丝捆扎，外圈采用钢管扣件各六边形加固。

在后续拆模施工时，应依次把加固在模板外面的钢管、木方、钢带去除。此时，模板自然脱模张开。如有个别没有自然张开的模板，只需要在凸凹槽接口位置用木条敲击震动一下，模板便可自然脱模。在上述整个拆模过程中，禁止采用工具直接撬开。

2.6 预留管安装

根据前期设置好的预留管位置，在距混凝土浇筑完成上表面50cm时，再次复核预留管的位置。在混凝土浇筑完成后，等待混凝土进入初凝状态，再拔出预留管，以利于型钢混凝土柱的散热，同时及时进行型钢混凝土柱的养护。

2.7 混凝土浇筑

混凝土到达现场后先进行坍落度试验，必须满足泵送要求。混凝土振捣采用分层振捣工艺施工，分层高度不宜超过3m。由于本次浇筑型钢柱高度过高，故采取在模板中部设置振捣口，在浇筑完下层混凝土后进行封堵，再浇筑上层混凝土。在进行一次投料振捣时，还应加强对混凝土高度的控制，采取混凝土体积控制高度，一般不超过1.5m[3]。振捣时间以混凝土表面无气泡为准，可派遣专人进行监控。在混凝土浇筑过程中，保证柱截面内分区振捣，避免漏振。此外，还应严格按照《混凝土结构工程施工质量验收规范》规定留置试块。

3 大直径型钢混凝土圆柱施工质量控制措施

首先，在大直径型钢混凝土圆柱施工前期，为了更好地实现整体施工质量控制，项目部应成立专门的质量控制小组，结合施工内容情况，做好施工人员劳动力组织的合理安排。与此同时，还应对现场施工人员做好施工工艺技术交底工作，然后按照不同情况进行人员分工，推动型钢混凝土柱施工稳定顺利开展。

其次，在大直径型钢混凝土圆柱施工过程中，还需要立足不同施工环节，加强施工质量监督，要求相应的施工技术措施得到切实有效的落实。如在型钢柱在安装前，针对施工测量质量的控制，需要对建筑物定位轴线、螺栓的位置、标高等进行全面检查，及时发现其中存在的问题，做好落实改进工作。在完成检查后，还需要经过监理验收。在验收合格后，才能进行下一道工序。为了更好地保障型钢柱的施工稳定性，还应加强对下层型钢混凝土结构强度的检查，确保相应结构达到设计强度后方可进行施工。在正式开展施工前，还应综合考虑原材料问题，注重配料的科学合理性，严格按照上述混凝土相关计算结果，降低混凝土水化热，避免后续出现裂缝问题，从根本上保证钢筋工程的接头百分率。在施工过程中，应注重加强安装预埋预留的时间控制。针对模板工程的施工，严格按照圆柱厂家模板交底进行配模，圆柱模板加固用的钢带间距进行加固，所有模板拼缝部位粘贴双面胶，确保模板工程施工质量。在此基础上，还应注重做好上、下层柱模板间自密实混凝土的浇筑，同时严格控制混凝土的粗骨料粒径及坍落度，更好地保证浇筑质量。

最后，还应加强大直径型钢混凝土圆柱施工验收工作。如针对型钢柱安装质量验收时，应严格遵循《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205—2020，具体混凝土型钢柱安装偏差及检测方法见表2。