大直径劲性混凝土柱施工技术

□文 /刁 宁

随着国民经济的发展，高层建筑的崛起，单幢建筑的高度越来越大，钢骨混凝土柱作为主要承重结构的应用越来越广。但大直径劲性混凝土柱的施工，尤其是一些异形柱的节点处理，一直是工程质量控制的难点。

针对这一现状，本文提出一种可用于高层劲性混凝土钢骨柱结构的现场施工、安装及浇筑的大直径劲性混凝土柱施工技术。该技术已经运用在天津市公安局业务技术用房（两级指挥中心）工程的2.1m直径劲性混凝土钢骨柱的施工中，采用了本技术，确保了工程质量，加快了施工进度，降低了工程成本，取得了明显的经济效益。

1 工程概况

天津市公安局两级指挥中心项目一期工程位于天津市西青区中北镇侯台工业园区，包含1#、2#、3#楼地上建筑和连体地库，总建筑面积约15.29万m2；全部采用钢筋混凝土框架结构，有4根大直径劲性混凝土圆柱，直径2.1 m，高度超过40 m。

2 施工技术

2.1 工艺原理

采用劲性十字钢骨柱，钢骨柱与混凝土组合，共同承受荷载作用。利用塔吊作为垂直运输设备，将不同长度尺寸的十字型钢骨进行吊装、焊接后，与钢筋混凝土结合，组成劲性混凝土结构构件。在梁柱节点部位，采用钢模与木模组合支模，确保混凝土外观精美；将梁筋、预应力波纹管与钢骨进行可靠连接，确保结构安全。

2.2 技术特点

1）定型钢模与弧形木模组合使用，配合独立的模板支撑体系，确保施工结构安全及观感质量。

2）劲性圆柱与预应力梁的交接节点工艺合理，施工便捷。

3）钢骨柱采用气保焊双面焊接，辅以垂直角度检测方法，确保2.1 m大直径圆柱垂直度。

4）多尺寸钢骨柱的拼接（1.5、0.9、0.6 m），拼装灵活，适用于多种不同层高的排布。

3 施工工艺流程及操作要点

3.1 施工工艺流程

施工准备→劲性柱基础安装→柱节安装、定位→柱节钢筋绑扎、节点穿筋→柱节模板支设→标准层施工→柱节混凝土浇筑→劲性柱封顶→验收。

3.2 操作要点

3.2.1 劲性柱基础安装

在做好人员、技术、场地和吊装机具的准备工作之后，进行劲性柱基础的安装。先制作直径1 160 mm的圆环模具，其内径为900 mm。根据螺栓的位置以及螺栓直径在模具上面定位钻孔，钻孔直径比螺栓直径大2 mm，模具比螺栓组外边缘大50 mm。为保证垂直度，采用厚度为5 mm的钢板做圆环模具。

螺栓穿入模具后，上部及下部拧一个螺帽固定，调节螺栓预留高度为200 mm，共8根，保证垂直度。螺栓锚入底板900 mm。基础底板厚度为1 800 mm。

在基础钢筋绑扎完成后，将地脚螺栓模具控制线按施工图纸要求校正、定位，校正标高后可将模具与螺栓插入基础钢筋内。然后将螺栓用钢筋焊接连接，防止钢筋位置移动并事先在螺栓下部焊接一截短钢筋，让短钢筋支撑在基础钢筋上，防止螺栓的垂直位移。浇筑混凝土前，螺栓上部的螺杆及螺母抹上固体黄油后用塑料胶带包裹，见图1。

图1 劲性柱基础安装

3.2.2 柱节安装和定位

钢柱起吊至就位上方200 mm时，应停机稳定，对准螺栓孔和十字线后，缓慢下落，下落中应避免磕碰地脚螺栓丝扣，当柱脚与基础接触后应停止下落，检查钢柱四边中心线与基础十字轴线对准情况（四边要兼顾）和柱脚下的钢垫板位置、数量是否正确，如有不符应立即调整。调整时需3人操作，一人移动钢柱、一人协助稳固，另一人进行检测，经调整钢柱的就位偏差在3 mm以内后，再下落钢柱，使之落实，拧紧地脚螺栓锁紧螺母。

临时固定完成后，在测量人的监测下，利用临时固定用倒链、管式支撑、千斤顶等对柱垂直度进行校正，对柱的标高进行调整，对柱的水平位置、间距进行处理，确认坚固无误。钢骨与基础底板之间空隙填充强度等级为C40无收缩细石混凝土。

在下层柱上口焊接耳板，用塔吊将上层柱子就位，用千斤顶配合全站仪进行校正，校正后，将上层钢柱通过连接板与下层柱耳板焊接固定，连接耳板的尺寸为300 mm×100 mm、厚度为30 mm，使用二氧化碳气体保护焊，双面焊接，一级焊缝，根据GB 50205—2012《钢结构工程施工质量验收规范》，焊缝中应无裂纹、未熔合、未焊透和条状夹渣并且辅以垂直角度检测方法确保2.1 m大直径圆柱垂直度。

使上下柱无错口，上下柱十字线重合，如有偏差，在钢柱的连接耳板的不同侧面砸入楔铁，敲击楔铁进行调整，钢柱的十字线偏差每次调整3 mm以内，如果偏差过大，分2～3次调整。

垂直度及标高校正：采用两台全站仪、一台水准仪对钢柱进行跟踪观测。钢柱垂直度采用无缆风校正，在钢柱偏斜一侧打入钢锲或顶升千斤顶。在保证单节柱垂直度不超限的前提下，将柱顶轴线偏移控制到0。

3.2.3 柱节钢筋绑扎、节点穿筋

钢骨柱十字板与预应力波纹管和梁主筋的连接是控制重点，将连接方式根据不同的工况，进行了深化设计，确定施工方案。

1）在打孔率允许条件下，钢骨柱十字钢板上可以穿孔，翼板上不得穿孔。

2）预应力波纹管穿过钢骨柱，必须在十字钢板上打孔。

在已确定的方案基础上，深化研究处理方法。

1）圆柱两侧梁主筋与钢骨柱翼板相接时，在翼板上增加牛腿，梁主筋与牛腿双面焊接。

2）圆柱两侧梁主筋与钢骨柱十字钢板相接且两侧主筋为同一直径型号的，在十字钢板上定位打孔。

3)圆柱两侧梁主筋与十字钢板相接时，但两侧主筋为非同一直径型号的，在钢骨柱翼板上增加牛腿，梁主筋与牛腿双面焊接。

4）圆柱单侧有梁时，在钢骨柱翼板上增加牛腿，梁主筋与牛腿双面焊接。

墙体水平筋与钢柱节点部位的绑扎：当墙体水平筋的锚固长度不足，遇型钢腹板时，应在腹板附近垂直向上或向下弯锚15d（d为钢筋直径），以使钢筋满足锚固要求；当遇型钢翼缘时，应在进入劲性柱后弯折绕开钢柱翼缘板后折回。

为减少普通钢筋对预应力筋的扰动，首先完成预应力梁的底模板固定、梁普通钢筋的绑扎固定以及钢骨柱的焊接和柱筋的绑扎固定。

绑扎楼板钢筋，按照预应力筋曲线图，使用全站仪对波纹管弧度进行定位。波纹管支架采用φ12 mm钢筋，间距1.0 m设置并与梁箍筋焊接牢固。梁侧模板合模前，先将预应力波纹管穿插到预应力梁内。焊接支架，调整波纹管位置，对铺设的预应力波纹管进行固定。波纹管与钢骨柱节点方面，按照制定的方案措施，在钢骨柱十字板上定位打孔，波纹管穿过十字板过孔，使波纹管与柱箍筋绑接牢固。

3.2.4 柱节模板支设

柱节模板的支设分为圆柱部位的模板支设与梁柱节点部位的模板支设。

1）圆柱部位。通过对楼层净空高度、塔吊起重安全系数以及施工操作性等多方面考虑，选择1.5 m高的半圆定型钢柱模并配备0.9、0.6 m高钢模。在钢模拼装时，1.5 m高钢模设置在最下部，0.6 m高钢模设置在最上部。上下层柱模板间设置海绵条进行封堵。

在每层柱模板支设的最顶端，采用现场加工的圆柱木模板，以便于与梁柱节点部位模板连接。同时，由于现场加工可灵活控制尺寸，最末节木模板可对钢模板的模数进行补足，使其更适应各层层高。

圆柱木模板由多根5 cm宽木条拼接构成，模板的内壁上固定有2 mm厚的铁皮内衬，铁皮内衬上端与圆柱木模板，下端伸出圆柱模板5 cm（伸入下部钢模板内），圆柱木模板上箍套有多道弧形钢板条（间距为300 mm），以保证其具有良好的刚度及整体性。

2）梁柱节点部位。采用多块弧形木模板拼接而成，见图2。单块弧形木模板由多根5 cm宽木条拼接构成，内侧衬有2 mm厚的铁皮，铁皮与弧形模板内侧贴合紧密，固定牢固。弧形模板与梁模板采用钢钉固定，在接缝处设置海绵条。在弧形模板与下部圆柱木模板间亦设置海绵条。梁间弧形模板下部超出梁下部≮100 mm并设置弧形钢板条，以保证其具有良好的刚度及整体性。

图2 梁间弧形模板

3.2.5 劲性柱混凝土浇筑

由于劲性柱间钢筋及钢骨十分密集，里面空间很狭小，混凝土浇筑时振捣空间不足，型钢制作时，水平肋板中心预留半径200 mm灌灰孔，浇筑混凝土时，施工的关键控制点是确保型钢和钢筋之间的混凝土的密实度。混凝土选用的是自密性混凝土，强度等级为C50，使用混凝土泵车浇筑，严格控制混凝土坍落度，在浇筑混凝土时，实行分层浇筑振捣，加强劲性柱两侧对称振捣，由于钢筋密集，空间狭小，选用直径30 mm的小型振捣棒，在有效半径内的充分振捣，从而使型钢空隙部分的混凝土挤密，确保钢骨柱混凝土的浇筑质量。

3.2.6 劲性柱封顶

顶层钢骨高出十层顶板1.5 m，上层接续直径2.1 m钢筋混凝土圆形柱。按照上述工序进行穿筋、绑扎，在钢筋绑扎完成后，支设钢模板并浇筑混凝土。待混凝土强度达到设计强度的100%时拆除钢模板并对浇筑完成的劲性混凝土柱进行养护。

劲性柱施工完毕后，根据JGJ 138—2001《型钢混凝土组合结构技术规程》组织验收。

4 施工效果

该工程中按照本技术进行混凝土钢骨柱的施工中，其质量均达到验收一次合格且国家施工验收规范的规定，避免了重复用工。按照本技术施工，降低了工程造价、增加了使用面积、缩短了施工工期、提高了建筑抗震性能和结构承载力；减小了柱截面，节约了混凝土使用量，减轻了结构的自重。

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