铁路工程钢筋混凝土配筋问题及解决措施

贺廿生

(广州铁路(集团)公司广州工程建设指挥部,广东广州　510440)



铁路工程钢筋混凝土配筋问题及解决措施

贺廿生

(广州铁路(集团)公司广州工程建设指挥部,广东广州510440)

Problems and Solutions for Reinforcement Design and Construction of Reinforced Concrete Structures in Railway Engineering

HE Niansheng

摘要钢筋是钢筋混凝土结构的主要建筑材料之一，钢筋配置直接关系到结构物的安全性、经济性及施工性，在整个设计和施工中占有非常重要的地位，做好配筋设计及施工是提高整个钢筋混凝土结构质量的重要组成部分。在铁路工程钢筋混凝土结构设计与施工中，配筋设计及施工还存在诸多不足，如配筋率偏大、节点钢筋布置十分拥挤、钢筋定位不准确、钢筋连接不规范、以及成型钢筋骨架保护不到位等常见问题，通过对问题进行原因剖析，提出钢筋用量限额设计，使用高强度钢筋代替低强度钢筋，应用BIM技术建立节点配筋设计模型等相应解决措施。

关键词铁路工程混凝土配筋

1配筋设计问题

1.1部分结构配筋率偏大

配筋率是钢筋混凝土构件受力特征的重要参数，设计中控制配筋率的大小可以有效地保证构件的强度和刚度，同时，配筋率的大小也与工程项目的经济效益息息相关。上世纪八九十年代，钢材在我国是一种紧缺物资，铁路工程钢筋混凝土构件要求钢筋用量限额设计，配筋率指标受到严格限制，结构设计人员想方设法降低配筋率，当时的配筋率是合理甚至是偏低的。进入21世纪以来，随着我国钢铁工业的迅猛发展，钢材在我国已不再是紧缺物资，配筋率也不再是严控指标，铁路工程配筋率呈现了逐步提升的趋势，部分结构的配筋率接近或达到最大值。目前，部分梁柱结构每m3混凝土受力钢筋用量超过300 kg(配筋率3.9%)已很平常，这对工程成本和施工是极为不利的。

严格控制配筋率过低的目的是为了防止混凝土构件发生脆性破坏[1]，但盲目地增加配筋率也是不合理的，甚至对整个结构是有害的[2]。从安全方面考虑，配筋率过大容易产生粘结裂缝，特别是突然卸载时混凝土易被拉裂[3]，影响结构的安全。从经济方面考虑，配筋率过大必然加大工程的成本。按照我国的设计经验，板的经济配筋率为0.4%～0.8%，梁的经济配筋率为0.6%～1.5%，柱的常用配筋率为0.8%～2.0%[4]。从施工方面考虑，过密的钢筋布置带来钢筋绑扎和混凝土捣实困难，施工质量难以保证。有鉴于此，《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》(TB10002.3—2005 J462—2005)规定了轴心受压构件的纵筋截面积不应大于构件截面积的3%[5]。对于受弯构件，通常将构件按受拉破坏的构件来设计，规定了最大(极限)配筋率，用以限制配筋的数量[5]。

根据单筋矩形截面混凝土受弯构件断面相对受压区高度ξ与纵向配筋率ρ之间对应关系：ρmax=Asmax/bh0=ξbα1fc/fy，可计算出纵向受力钢筋的最大配筋率ρmax[6](如表1所示)。

表1　单筋矩形截面受弯构件纵向受力钢筋的最大配筋率　(%)

国家标准《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)规定了框架柱全部纵向受力钢筋配筋率不应大于5%，梁端纵向受拉钢筋的配筋率不宜大于2.5%[7]。

在铁路工程钢筋混凝土结构实际设计中，为了确保结构的安全、抗裂及耐久性等要求，配筋设计虽然没有超过规范最大配筋率的规定，但有意无意中采用了较大的配筋率，处于经济(常用)配筋率的上限值与最大配筋率之间，每m3混凝土钢筋用量越来越大。

如某高铁站承轨层700×1 200 C45框架梁，在梁柱结点处配筋上部为22C32(8/8/6)，下部为17C32(7/10)，保护层厚度30 mm，配筋率达到了3.88%或293 kg(钢筋)/m3(混凝土)。上部受拉区配筋率为2.19%，虽然仍控制在《混凝土结构设计规范》规定的梁端纵向受拉钢筋的配筋率不宜大于2.5%之内，但已接近配筋率的上限。

又如某高铁站承轨层C50框架柱配筋率最高达到了4.19%或320 kg(钢筋)/m3(混凝土)，如表2所示。

表2　C50框架柱纵向受力钢筋配筋(保护层厚度30 mm，均为三级钢筋)

上述框架柱配筋率虽然仍控制在《混凝土结构设计规范》规定的5%之内，但远远超过了轴心受压构件的纵筋配筋率不应大于3%的规定，是柱常用配筋率上限值2%的两倍多。

1.2节点钢筋布置十分拥挤

梁柱节点或梁梁节点的钢筋布置十分拥挤，最小净距不满足规范要求，严重影响混凝土灌注和捣实，这种现象比较普遍，是我国钢筋混凝土结构节点内钢筋布置存在的质量通病。产生的主要原因如下：

(1)结构设计人员对节点内配筋不重视，未认真设计节点内配筋及绘制节点配筋详图。我国混凝土结构设计的传统做法是将节点配筋要求在设计说明中注明，一般不绘制节点配筋详图，由施工人员根据现场实际情况来布置节点钢筋。如梁柱节点钢筋布置，施工的传统做法是将梁的下部受力筋并排锚入柱节点中，假如两边梁的下部钢筋刚好满足钢筋的净距要求，相向并排锚入柱节点后，已不能满足钢筋的净距要求。节点内钢筋间净距不足，使混凝土不易浇筑和捣实，施工质量难以保证，将会影响节点区的刚度，削弱节点的塑性变形能力，对于高抗震等级的结构而言有可能是非常严重的问题。

(2)把不必要的钢筋也锚入节点。在满足梁端正弯矩承载力配筋要求后，其余跨中下部钢筋可不伸入支座，在支座以外截断即可[3]。例如配置两排甚至三排正弯矩钢筋，没有必要全部锚入支座。把不需要锚入节点的钢筋在节点外截断，是世界各国的普遍做法。究竟截断几根钢筋，既要符合规范要求，又要满足受力要求，规范对此并未“直接”做出明确的规定，结构设计人员要依据结构基本理论和经验，细致地分析后决定。

2配筋施工问题

2.1钢筋定位不准确

为使灌注混凝土时集料能顺利地通过钢筋骨架，保证混凝土灌注密实及混凝土与钢筋之间能有良好的粘结力，《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》规定：受拉区域钢筋的净距不得小于钢筋的直径，并不得小于30 mm[5]。在现浇铁路混凝土工程工序验收检查中，常常可以发现钢筋定位不准确，造成钢筋局部布置过密，其净距不满足规范要求的现象。

钢筋定位不准确主要是钢筋骨架中钢筋的几何位置和尺寸不正确，通过原因剖析，主要是由钢筋加工偏差及钢筋安装偏差两方面的原因造成。

2.2钢筋连接不规范

钢筋接头的传力性能不如直接传力的整根钢筋，任何形式的钢筋连接均会削弱其传力性能。因此，钢筋连接的基本原则为：接头设置在受力较小处，限制钢筋在构件同一跨度或同一层高内的接头数量，避开结构的关键受力部位，如柱端、梁端的箍筋加密区，并限制接头面积百分率等[7]。为确保受力钢筋连接后满足结构受力要求，《混凝土结构工程施工质量验收规范》[8](GB 50204—2002)及《铁路混凝土工程施工质量验收标准》[9](TB 10424—2010)对钢筋连接进行了非常具体、详细、严格及易操作的规定。但在现浇铁路混凝土工程工序验收检查中，常常可以发现钢筋连接不规范，不符合规范要求的现象。造成钢筋连接不规范主要是主观方面的原因：

(1)不按规范、设计文件及作业标准要求进行钢筋连接施工，粗制滥造甚至偷工减料。

(2)未落实工序质量自检、互检、交接检的“三检制”。未按照规范、设计文件和验收标准严格工序质量验收，上一道工序未验收合格就进入下一道工序。

2.3成型钢筋骨架保护不到位

钢筋骨架中受力钢筋的定位准确与否，将直接影响钢筋混凝土结构的受力状态。在浇筑混凝土前，必须对钢筋骨架加以有效保护，防止钢筋被踩踏变形，以及位移、锈蚀、污染，确保受力钢筋处于正确的位置。成型钢筋骨架被踩踏严重变形，致使受力钢筋偏离设计位置，对混凝土结构的损害是不可弥补的，后果严重。特别对混凝土板结构，轻则引起板开裂，重则引起板的断裂。但在现场施工中，常常可以发现已成型的钢筋骨架没有任何保护措施，已严重变形及锈蚀。造成钢筋骨架被踩踏严重变形及锈蚀的主要原因如下：

(1)对钢筋骨架严重变形必然造成混凝土结构的损害没有深刻的认识。

(2)对成型钢筋骨架没有采取有效的保护措施。

(3)未严格按照作业标准进行施工，施工现场没有设置施工通道，任由施工人员在成型的钢筋骨架上随意走动及蹬踏，以及集中堆放施工机具及材料等重物。

3解决措施

针对上述铁路工程钢筋混凝土配筋设计与施工中的常见问题，提出如下解决措施和建议。

(1)提倡钢筋用量限额设计。在不增加配筋量的情况下，通过优化设计方案，合理调整配筋形式或采取其它措施，确保结构物满足安全、抗裂及耐久性等要求。

(2)为避免过密的钢筋布置带来钢筋绑扎施工困难，使混凝土容易浇筑和捣实，使用高强度钢筋代替低强度钢筋，在保证建筑结构安全度不变的前提下，减少钢筋用量。据研究测算，以HRB400钢筋替代HRB335钢筋的省钢率在12%～14%左右，以HRB500替代HRB4OO钢筋的省钢率在5%～7%左右。

(3)结构设计人员对节点内配筋应高度重视，绘制节点配筋详图，推广应用BIM技术，建立节点配筋设计模型，尽量减少节点配筋钢筋密度，把不需要锚入节点的钢筋在节点外截断。

(4)钢筋加工、连接及安装应严格按规范及设计要求进行，上一道工序经检查验收合格后才能进入下一道工序。

(5)对成型的钢筋骨架必须采取有效的保护措施，验收合格后，应尽快浇筑混凝土。混凝土浇筑施工前，应在钢筋网上铺设木跳板，设置成品马凳，以及用钢管跳板搭设临时通道等。浇筑混凝土时应指派专人监管，及时对变形移位的钢筋进行恢复。

4结束语

钢筋是钢筋混凝土结构的主要建筑材料之一，钢筋配置直接关系到结构物的安全性、经济性及施工性，在整个设计和施工中占有非常重要的地位。因此，钢筋混凝土结构的配筋设计及施工是十分重要而细致的工作，认真做好配筋设计及施工是提高整个钢筋混凝土结构质量的重要组成部分。

参考文献

[1]李乔.混凝土结构设计原理[M].北京:中国铁道出版社，2001

[2]曾昱，张保和.钢筋混凝土梁的合理配筋设计[C]∥第二届结构工程学术会议论文集.北京：结构工程专业委员会，1999

[3]张维斌.钢筋混凝土结构设计问答[M].北京:中国建筑工业出版社，2014

[4]侯治国，陈伯望.混凝土结构[M].武汉:武汉理工大学出版社，2011

[5]中华人民共和国铁道部.TB10002.3—2005 J462—2005铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范[S].北京：中国铁道出版社，2005

[6]胡允棒.钢筋混凝土结构设计用表[M].北京:中国建筑工业出版社，2013

[7]GB50010—2010混凝土结构设计规范[S]

[8]GB 50204—2002混凝土结构工程施工质量验收规范[S]

[9]中华人民共和国铁道部.TB 10424—2010铁路混凝土工程施工质量验收标准[S].北京：中国铁道出版社，2011

中图分类号：TU755.3

文献标识码：B

文章编号：1672-7479(2016)01-0088-03

作者简介：贺廿生(1963—)，男，1983年毕业于西南交通大学铁道工程专业,工学学士，高级工程师。

收稿日期：2015-12-25