大型游泳馆组合型斜杈柱支撑体系施工技术研究

刘生强，关永莹，胡 义，司拴牢，贾增强，杨 宏

（1.中国十七冶集团有限公司，安徽 马鞍山 243000；2. 兰州市建设工程安全质量监督站，甘肃 兰州 730030；3. 中铁二十局集团市政工程有限公司，甘肃 兰州 730046）

0 引言

随着我国建筑业的发展及各地奥体中心的建设，大型体育场馆类项目造型越来越奇特，给施工带来巨大挑战，因此在施工过程中对模板、钢筋、混凝土材质选型以及施工方法提出了更高的要求，要对各道施工工序进行难点分析，并进行充分的预判，给出相应的解决办法。尤其需要解决测量定位、钢筋绑扎、贯口处模板拼装、混凝土浇筑难度大等问题，应从开始施工到浇筑完成，提出更好的施工方法从而满足设计意图，体现建设者的人生价值。本文以兰州奥体中心游泳馆项目外围斜杈柱为依托介绍分析场馆类项目建设难题，以此为同类工程建设提供参考和借鉴。

1 工程概况

1.1 工程简介

兰州奥体中心项目位于兰州市七里河区，以“舞动于丝绸之路上的花朵”为设计理念，5 个主要单体分别为玫瑰体育场、郁金香综合馆、百合游泳馆、荷花网球馆、兰花运动员公寓，呼应奥林匹克五环。游泳馆位于场地西侧，采用“预应力双向钢桁架+框架——剪力墙结构”，总建筑面积 32 000 m2，建筑高度 30.8 m，总座位 3 000 座，主体地下一层+地上两层。本工程主要特色为 1 层外围 16 根斜插柱，每两根斜向树杈柱生根于一根竖向劲性主柱上与上方的五道连梁形成整体。如图 1 所示。

图1 斜插柱（单位：mm）

1.2 游泳馆斜插柱总体设计理念

斜杈柱竖向劲性主柱与斜向树杈柱采用 C50 混凝土浇筑，竖向劲性主柱直径 1 800 mm，两根斜向树杈柱直径 1 000 mm。斜向树杈柱角度约为 39°～42°，中心为直径 800 mm 钢管混凝土（C50 自密实）。斜向树杈柱起步点标高为 0.6 m，顶部标高与竖向劲性主柱平齐为 5.850 m。钢管钢材采用 Q335B 厚度为 40 mm。斜向树杈柱、竖向劲性主柱与顶部平面连梁共同构成完整的受力体系。造型优美奇特，必将成为兰州奥体中心又一道亮丽的风景（见图 2）。

图2 斜杈柱成型效果

2 施工工艺流程

施工准备→测量放线→支架搭设→钢筋安装→模板安装→混凝土浇筑→拆模养护。

2.1 各道施工工序难点分析

2.1.1 测量放线难点分析

就建筑工程而言，其在进行放线施工测量工作之前，要将前期工作做好。具体而言，要将放线工作团队构建起来，明确划分各个人的职能，同时，将相应的施工机具准备配置完善，使得其数量以及种类得以保证。具体而言此结构不仅需要平面放样，同时需要将空间角度及高度能够准确定位。

2.1.2 钢筋绑扎难点分析

钢筋绑扎难点主要集中在柱相交部位及斜向树杈柱与梁相交部位［见图 3（a）］，钢筋集中受力区比较密集。纵横筋交叉通过，锚固要求高并且要求钢筋与钢柱间形成可靠连接，满足设计及规范要求［见图 3（b）］。焊接工艺要求高，难度较大［见图 3（c）］。

图3 斜插柱钢筋图

2.1.3 模板支设难点分析

模板难点主要有两个方面：

1）斜向树杈柱与竖向劲性主柱间非常规直交相贯，采用的是斜角度相贯，贯口尺寸及位置难以确定，定位放线测量难度高。

2）斜向树杈柱为圆柱，水平及垂直难以加固，容易产生水平及竖向滑移。斜向树杈柱与上部连梁相交位置开口难度大，支撑加固体系要求高，需要采取非常规的加固方式进行加固，方可保证模板支设准确，确保浇筑正常进行。

2.1.4 混凝土浇筑成型难点分析

由于钢筋密集，空隙较小，导致振捣设备难以下放至指定位置，振捣效率低下难以振捣到位，极易出现蜂窝麻面现象。尤其斜向树杈柱，振捣设备在顶部无法完成插入工作。若提前预埋将可能出现振捣设备无法顺利取出现象。采取传统敲击模板振捣方式无法满足现场混凝土浇筑质量及外观成型效果。

3 各施工工序解决方法

3.1 测量解决办法

首先，需要选择资深的测量专业人员在每组组合型斜杈柱旁边设置控制桩，以作为测量控制点使用；其次，先根据施工设计图纸采用全站仪在平面上将各构件位置测绘出在空间的架体横杆立杆上标出水平控制点及轴向控制点；最后，根据控制点确定斜柱位置及角度。

3.2 钢筋绑扎解决办法

根据设计图纸，并利用计算机辅助翻样。斜向树杈柱翻样前需绘制翻样图，翻样图中对每根柱主筋进行单独编号。单独计算每根主筋的长度，并在料单中注明。下料时对照翻样图和料单对每根斜向树杈柱主筋单独下料（见图 4～6），下料后及时系上料牌，料牌上注明斜向树杈柱部位和主筋编号，防止混用。箍筋翻样同样绘制翻样图，注明斜向树杈柱部位，下料时各部位箍筋单独码放，用料牌标识，防止混用。主节点位置钢筋并在斜向树杈柱与梁交接位置，以达到最大程度上的优化施工，采用改变原设计截面等方式，使工人钢筋绑扎更加方便快捷，更容易完成。根据设计图纸及角度实地进行定位测量，根据测量结果在钢筋放样后随时进行制作标样。将标样制作完成后进行试安装，安装成功后再进行大批量制作，在此过程中经常抽检样品进行试安装，保证在安装过程准确无误。

图4 钢筋翻样图

图6 调整后的钢筋下料单

尤其位于斜向树杈柱与各连梁的交叉区域及斜向树杈柱与竖向劲性柱的交接区域受力集中，钢筋密集难度难以想象。对于难度较大的绑扎部位特邀请设计监理到现场指导优化钢筋排布（见图 5）。经过几方的反复协调最终确认简化方案。将柱头钢筋由原来的增加扩大头直接改为主梁悬挑并增大钢筋，斜向树杈柱与竖向劲性柱交接部位水平布置钢筋直径由 12 mm 改为 16 mm，减少钢筋支数。后调整钢筋下料单，按照新下料单施工。

图5 斜向树杈柱设计修改版

对于钢筋安装，要求在斜向树杈柱中间及两端安装定位箍确保钢筋排布及钢筋笼中心与斜向树杈柱中心位置重合。保护层厚度的确定宜采用混凝土或塑料垫块，颜色应与清水混凝土的颜色接近，同时要保证 4 个/m2上下交错布置；绑扎钢丝宜选用 20#～22# 且无锈的钢丝；扎丝绑完后要将扎丝尾向里，以防外露导致混凝土表面出现锈斑［1］。

3.3 模板支设与加固

在架体搭设之前为防止架体沉降，先在架体位置浇筑 10 cm C20 混凝土垫层，并在垫层安放出斜向树杈柱定位线。根据本工程特点拟采用 2019 年 10 大新技术之一的盘口架进行支撑体系搭设。此架体以 60 系列重型支撑架为例，高度为 5 m 的单支立杆的允许承载力为 9.5 t（安全系数为 2），破坏载荷达到 19 t，是传统产品的 2～3 倍，使架体更加稳定可靠。

模板制作加工前先将斜向树杈柱与竖向劲性主柱相贯口根据施工图纸在计算机采用 BIM 技术，将相贯口位置分析并将贯口绘制成平面图。将其进行 1∶1 展绘，如图 7（a）、图 7（b）所示。在模板配置过程中将其贴在相应贯口位置进行裁切，按照裁切位置进行对接安装确保模板安装严丝合缝，使其浇筑完成后达到清水混凝土效果，富有设计活力和健康元素。在模板安装前先将斜向树杈柱定位线及标高标注在架体上以调整整体横杆坡度至斜向树杈柱底部，最后将已经加工成型的斜向树杈柱模板安装到位。

图7 模板加工安装流程

模板加固尤其在相贯口加固时，应用最先进的计算软件计算接口位置受力体系，根据受力情况，制定在贯口时需要将斜向树杈柱模板镶嵌在竖向劲性主柱模板内部，并在四周采用木方密集加固，如图 8 所示。

图8 支撑及加固体系

3.4 混凝土的选择、浇筑及养护

根据构件特点，浇筑混凝土选定自密实混凝土作为浇筑原材。自密实混凝土是一种具有高流动性、间隙通过性和抗离析性，浇筑时仅靠自重作用而无需振捣便能均匀密实成型的高性能混凝土［2］。首先此种混凝土无需振捣，所以可以弥补此构件振捣不彻底的先天不足。对于自密实混凝土所需要的粗细骨料，应结合当地实际情况，实地走访搅拌站、石子生产企业寻出合格石子等骨料材料及搅拌站，为构件浇筑打下良好基础，如图 9 所示。

图9 优选成型质量好石子

混凝土浇筑过程中采取以下施工措施改善振捣环境确保混凝土密实，如图 10 所示。

图10 预埋振捣钢管示意图

1）在柱体内部预埋钢管，作为后期振捣棒插入口保证混凝土浇筑到位。

2）优化钢筋结构保证钢筋布置优，确保混凝土下落时不堵塞。

3）在模板外侧，分别在柱中及两端预埋三台平板振动器，在浇筑时利用平板振捣器的振动力改善混凝土密实度，以满足混凝土外观质量达到清水效果。

混凝土浇筑后，应及时覆盖，终凝后则立即洒水养护，养护时间≥28 d，若有特殊要求，则应该适当延长养护时间，如图 11 所示。

图11 覆盖养护

4 质量控制措施

4.1 钢筋工程

首先，对于钢筋工程严格按照测量定位线进行绑扎，并对照图纸及钢筋下料单进行排布，对钢筋作业班组进行现场交底，保证钢筋绑扎成型；其次，按照 BIM 模型及定位点进行复核钢筋笼位置及尺寸，确保模板合模。

4.2 模板工程

对于模板工程，首先按照模型点位进行模板安装，保证结构按照图纸及模型无偏差。为防止施工缝处拼缝漏浆，在模板与邻段柱混凝土间用薄海棉条堵严，并夹紧根部柱箍。为保证浇捣后内实外光，须重视各段施工缝的处理，尤其斜向树杈柱根部位置必须是斜向树杈柱模板嵌固在竖向劲性主柱内，以免混凝土侧向位移及接缝漏浆。在斜向树杈柱与竖向劲性柱交界处进行满方木布置全密加固。

4.3 支撑体系

对于架体施工，按照方案要求首先保证架体立杆下方基础夯实达到承载力要求，确保架体稳定可靠。防止架体受斜向树杈柱水平推力的影响，需要在架体外侧设置抛撑及斜撑，保证架体整体稳定性。

4.4 混凝土浇筑

混凝土浇筑过程中应检查混凝土料单型号是否准确无误，并安排专业性较强的振捣工人进行振捣，完成后应立即覆盖，洒水养护。

4.5 拆模要求

本结构为特殊构件，混凝土浇筑过程留足抗压试块。浇筑混凝土强度必须达到 100 % 方可拆除梁及斜向树杈柱底模。

5 结语

体育场馆类项目构件复杂多样，给场馆类项目建设带来巨大挑战。作为新世纪建设者要始终站在科技前沿，以创新实干的精神自力自强，助推中国建造走向更加辉煌的未来。本文着重从斜插柱成型的各个施工工序叙述了技术重点及难点，基本适用于场馆建设异型构件的施工特点，为异型钢筋混凝土构件提供有力的技术支撑，为今后的混凝土构件施工提供一定的参考。Q