大斜率超高混凝土圆柱的施工创新

朱帅帅 董 松 陆建冲

江苏南通二建集团有限公司 江苏 启东 226200

1 工程概况

启东市文体中心项目位于江苏省启东市汇龙镇江海南路东侧、世纪大道南侧，分为南北区2栋建筑，横跨于蝶湖风景区中轴两侧，总用地面积96 339 m2，总建筑面积77 080 m2，是集影剧院、文化馆、版画馆与美术馆、博物馆与规划馆、全民健身中心以及相关配套设施于一体的现代化文化体育场馆。

北区的大剧场、小剧场外侧共有48根φ1 000 mm的超高混凝土斜圆柱。其中大剧场有30根斜圆柱，最大倾斜角度为21.71°，标高为0.00～32.30 m。小剧场有18根斜圆柱，最大倾斜角度为27.43°，标高为0.60～18.44 m。

2 施工难点

1）工程的斜圆柱体量大、工期紧，且工程为启东市地标性建筑，市政府及相关部门极其重视，工程质量要求高。

2）工程斜柱倾角最大达到27.43°，柱顶和柱底的最大水平投影距离达到13 m。

3）斜圆柱支模施工劳动强度大、耗费大量的材料，而且对支模的要求高，材料周转慢，费工、费时、费料。

4）圆柱的截面难以控制，杜绝圆柱中部的下挠、圆柱截面向两侧扩大（形成椭圆形柱），是外观质量控制的关键。

5）该柱高度较高，避免混凝土浇筑时的离析、漏振是内在质量控制的关键。

3 支模方案

斜柱模板采用厚18 mm覆膜多层板，图1为工厂预制的圆弧形定型木模板。

图1 圆弧形定型木模板

柱箍采用3层，第1层为宽30 mm、厚2 mm的钢带箍，设置在木模板表面；第2层为宽30 mm、厚2 mm的钢带箍，设置在模板竖楞外侧；第3层为加强柱箍，设置在最外侧，加强柱箍是通过10#槽钢与宽100 mm、厚3 mm的钢带组成的外方内圆的柱箍（图2）。

斜柱一侧采用3道钢管顶撑于槽钢上；另一侧采用2道φ18 mm钢筋结合花篮螺栓软拉，连接在地面预埋的φ18 mm钢筋上。再在柱子四周搭设垂直脚手架，将斜撑和垂直脚手架连接在一起，共同支撑斜柱（图3）。

4 施工工艺流程

放线→搭设竖向脚手架→将斜柱引测至梁底以控制斜率→安装斜柱倾斜一侧的模板（圆柱模板的一半）→钢筋绑扎→隐蔽验收→另一侧模板安装闭合，拧紧第1道铁箍→竖楞安装，拧紧第2道铁箍→安装最外侧预制槽钢箍→安装硬撑软拉→浇筑混凝土→拆模养护→模板清理[1-3]

图2 柱箍

图3 斜柱支撑示意

5 施工要点

5.1 放线

在地上放出斜柱底部边界线和控制线，以及梁底标高处的斜柱截面在水平面上投影的边界线和控制线，并且计算出斜圆柱在梁顶标高处的圆柱中心与斜柱底部中心的水平距离，用于模板安装时的斜率控制（图4）。

图4 放线示意

5.2 模板安装

先安装柱倾斜一侧的底部模板，并根据放线结果调整模板，斜率确定后可在垂直脚手架上安装水平横杆来初步固定模板，以方便钢筋的绑扎。模板和水平横杆间塞入三角形木块用于微调斜率。斜圆柱上口的模板和梁、板模板固定。考虑到斜柱倾斜一侧的主楞承受模板传递来的荷载较大，故斜柱倾斜的一侧采用强度及刚度较高的方钢管作为主楞，来约束模板的变形，另一侧采用木方作为主楞（图5）。

图5 模板安装示意

5.3 钢筋绑扎

钢筋绑扎时，主筋之间采用Ⅰ级直螺纹套筒连接。第1层斜柱的钢筋由地下室垂直圆柱里的钢筋根据圆柱的斜率进行液压弯折后，采用套筒连接；第2层及以上的斜圆柱斜率与第1层的一致，其钢筋直接用套筒连接（图6）。

图6 钢筋绑扎

5.4 圆柱模板外箍安装

第1层外箍为钢带箍，间距250 mm，直接设置在木模板表面。

第2层外箍为钢带箍，间距500 mm，设置在主楞上，与第1层外箍错开。

第3层外箍为加强柱箍，每根柱子设置4个，第1个距柱顶500 mm，第2个设置在柱1/3处，第3个设置在柱2/3处，第4个距柱底500 mm（图7）。

图7 圆柱模板外箍安装

5.5 硬撑软拉

硬撑：钢管斜撑安装在柱子倾斜一侧，和柱身夹角在55°～75°之间。

软拉：将花篮螺栓一侧连接在加强柱箍上，另一侧连接于地面预埋的钢筋锚环上。

每个加强柱箍上有2个拉结点，2根钢筋的拉力与硬撑以及柱子处于同一平面，确保柱子受力稳定以及对柱子斜率的控制。

在保证斜柱整体尺寸和斜率满足设计要求的前提下，斜柱整体向着反方向倾斜20 mm，以抵消浇筑混凝土时，由于混凝土自重产生的整体位移。

5.6 混凝土浇筑

现场预先浇筑几根斜柱作为试验，来确定合适的混凝土拌和物的坍落度和扩展度，并以此作为斜圆柱混凝土浇筑的控制依据。在每根斜柱浇筑前均检测坍落度和扩展度，达到要求才允许进行浇筑。

在浇筑混凝土前，向斜柱中插入2根φ150 mm的PVC胶管，在PVC胶管表面开一条宽度为100 mm的槽，将振捣棒放在槽内。振捣棒采用作用半径较大的φ70 mm振捣棒（2根），并放置于PVC胶管中。柱底的混凝土通过PVC胶管输送到底部，使用振捣棒充分振捣，然后提升振捣棒与PVC胶管，并使振捣棒始终保持在胶管内（图8）。

图8 混凝土浇筑示意

混凝土采用分层浇筑，每层浇筑高度300～400 mm，并使振捣棒充分振捣，以确保混凝土的浇筑质量。梁钢筋暂时不绑扎，浇筑时可采用预制的引流木板作为溜槽，搁置在梁口的位置，充当漏斗作用，用于控制混凝土在高空浇筑的离析，方便浇筑[4-5]。

5.7 模板的保存与修理

模板在存放时必须展开平放在较平的地面上，且工作面向上，如作业现场无条件平放时，必须组装后立放。

每次使用前检查模板有无损坏，将工作面上的黏浆除净（清除时不要损伤模板工作面），将优质油性脱模剂涂均匀后方可使用。

模板应避免翻拆、踩压、重物撞击或高温暴晒。多次周转后，模板如有破坏孔洞或小面积开裂等现象，应用复合材料及时修补，严禁带伤使用。

6 劳动组织和安全

一个专业小组需施工作业人员3～4人（可根据工程具体圆柱数量来决定）。作业人员由操作熟练的技工组成，施工前由项目技术管理人员进行相关的施工技术、质量和安全交底。

脚手架应搭设牢固，浇筑混凝土时关注斜撑变形情况，若发现问题，应暂停浇筑并立即增加支撑。拆模时下方严禁站人，拆下的连接件等构件禁止高空抛掷。

7 经济效益分析

7.1 材料

将本工程超大斜率圆柱采用的木模配合加强柱箍与整体预制钢模进行对比，并以层高5.5 m、柱身倾斜20°、直径1 000 mm的柱子进行计算：

1）木模按周转8次计算，钢带箍和加强柱箍按周转20次计算。经计算，本工程圆柱成本约为431.5元/根。

2）本工程48根斜柱的斜率基本都不一样，采用预制钢模需分成两部分来加工：柱底和柱身。柱底钢模需按照每根柱子的斜率分别加工，需加工48套；柱身钢模可以制作成标准节来流转使用。折合斜圆柱的成本为550～600元/根。

两者对比，采用木模配合加强柱箍做法的成本为预制钢模成本的75%左右，单根柱子材料成本可节省150元左右。

7.2 人工

同样以层高5.5 m、柱身倾斜20°、直径1 000 mm的柱子进行计算：

1）木模的支撑加固需要2人半天完成，计1人工；拆除需要2人半天，计1人工。木模无需大型机械配合施工，安装拆除便利。按每人工300元计，安拆费用为600元。

2）钢模需大型机械配合吊装施工，完成柱子的支撑加固需4人半天，计2人工；拆除需3人半天，计1.5人工。因此，安拆费用为1 050元。同时，因工程工期较紧，大型机械不能时刻配合吊装，需另外配置汽车吊来协助钢模安装。汽车吊租赁费为1 200元/d，每天可穿插完成2根柱子，折合到单根柱子的费用为600元。由此可知，采用钢模的人工成本合计为1 650元。

7.3 总成本

本工程斜圆柱每层48根，共3层，计144根。木模成本为1 031.5元/根，钢模成本约为2 200元/根。因此，使用木模的总成本较预制钢模可节省16.8万元。

8 结语

实践证明，硬撑软拉加3层柱箍的措施，很好地解决了斜柱支模施工及混凝土浇筑质量的难题。

1）3层柱箍一层接一层，很好地限制了浇筑混凝土时模板的变形，解决了胀模问题，确保了浇筑后的混凝土质量达到要求。

2）采用硬撑软拉，不需要复杂的外部支撑体系就解决了斜柱支模难度大的问题，并且很好地控制了斜柱的斜率。

3）预制木模板按圆柱每层净高加工，可以一次性封模，不用接长，提高了工作效率。

4）预制槽钢柱箍刚度大，制作材料来源广，周转次数高，对于约束斜柱模板的变形有明显效果，而且便于拆装，节约成本。