高大型钢混凝土独立柱施工关键技术研究

闫 杰（甘肃第三建设集团有限公司，甘肃 兰州 730030）

随着我国建筑业开始走向工业化和低碳化，装配式产业和相关工艺不断升级发展，钢混结构应用越来越多[1-2]。钢混结构将钢构件包裹在混凝土中，该种结构形式采用抗弯性能较好的钢材作为框架，外部包裹混凝土作为钢材防火措施，在满足建筑物刚度及承载力的同时有效减少自重及材料消耗[3-5]。型钢混凝土独立柱施工一直都是难点之一，尤其当层高较高时，钢筋绑扎定位较难，容易发生钢筋偏位，混凝土浇筑振捣困难，导致烂根、孔洞的情况时有发生[6-7]。因此，如何解决高大型钢混凝土独立柱施工困难的问题成为钢混结构发展的重要课题之一。为此，结合某科创园生产厂房项目，提出一种高大型钢混凝土独立柱施工方案，系统阐述该项目中施工中所采取的技术措施。

1 工程概况

某科创园生产厂房采用混凝土梁-型钢混凝土柱结构，共3 层，建筑高度为23.25m，其中首层层高9m。基础采用独立基础，独立基础顶标高为-1.2m，基础底标高为-2.1m。该项目共有型钢混凝土独立柱45根，其中首层高大型钢混凝土独立柱共12 根，从基础顶到上层底板高度为10.2m，截面尺寸为700mm×700mm 和900mm×900mm两种。该项目除作为生产厂房使用外，也作为办公场所使用，首层全部作为生产厂房及库房使用，二层、三层除作为生产厂房外均设计了办公区域，办公区域位于建筑物东侧。

2 高大型钢混凝土柱施工技术

2.1 防沉降

该项目为生产性工程项目，建成之后首层设置两台龙门吊，二层、三层各一台龙门吊，生产设备安装楼板上，生产原料后续也会堆放在相应位置，项目生产期建筑物荷载较大。二层、三层均在东侧设置了办公区域，西侧为生产区域，导致二层、三层南侧荷载较大，东侧荷载较小。因此，该项目具有荷载大且不均匀的特点，由于独立柱不依附于其他构件，独自起到支撑作用，不同区域的独立柱承受荷载大小不同，容易发生不均匀沉降的情况。

通过勘察报告显示，基础底至-9m 区域为黏土层，-9m 以下为粉砂质泥岩，具有较高的承载力，可作为基础持力层，因此，选用在独立基础加设混凝土预制方桩作为主要防沉降措施。

（1）在独立基础下部设置预制混凝土方桩，预制方桩施工速度快，桩身强度较高，有利于缩短工期。预制混凝土方桩混凝土强度等级为C35，桩长7m，截面尺寸为350mm×350mm，方桩顶部深入独立基础50mm。打桩时以桩顶标高控制为主、桩端标高控制为辅，施工中考虑一定上浮量，向下多打20mm。以5m、4m 及3m 为界限，截面尺寸超过5m×5m 的独立基础下部设置3 根方桩，截面尺寸超过4m×4m 的独立基础下部设置2 根方桩，截面尺寸超过3m×3m 的独立基础下部设置1 根方桩。独立基础施工前应对桩基进行检测验收后方可进行。

（2）预制混凝土方桩加工时顶部预埋铁板，方便与后续独立柱型钢焊接，铁板四角焊接四根角筋，将角筋与独立基础钢筋绑扎，提高型钢混凝土独立柱与独立基础、桩基础的整体性。

（3）基础梁伸入独立柱部分钢筋做加强处理，加强处理区域为独立基础外部200mm 范围及伸入柱部分，在端部做弯锚，弯锚长度不小于300mm，弯锚起始位置距离型钢200mm。

2.2 节点加强

一般独立柱与横向钢梁交接处理采用高强度螺栓连接与焊接，该种方式多数情况下能够保证连接强度，但本项目由于后期使用中荷载过大，因此，为保证建筑物使用功能，对独立柱与钢梁交接点进行节点优化，以提高连接强度，加强措施如图1和图2所示。

图1 节点加强钢筋示意

图2 加强钢筋形状

（1）梁柱交接点核心区域用加强钢筋做加强处理，加强钢筋采用Ф14mm 钢筋，间距100mm，钢梁两侧布置，a 端与独立柱焊接，b 端与钢梁焊接，均焊接在腹板上。该措施能够有效提高节点的抗剪能力，提高梁柱的整体性。

（2）在独立柱与钢梁交接下部区域，做柱梁加腋，加腋钢筋采用Ф14mm 钢筋，横竖向间距均为100mm，混凝土浇筑前焊接在型钢腹板上。独立柱钢筋绑扎时，根据16G101-1图集要求将加腋钢筋与独立柱钢筋相互连接，然后将底部、侧面封闭模板浇筑混凝土即可。该措施能有效提高独立柱与梁的接触面积，提高二者的整体性，上部荷载加大或出现异常变化时能够保证交接点稳定性[8-10]。

2.3 钢筋定位

型钢混凝土独立柱高度超过10m，独立柱竖向钢筋绑扎高度较高，且需要套筒连接，定位十分困难，以测量定位方式进行定位绑扎无法满足定位精度要求。传统做法为在一定高度内先绑扎竖向钢筋，在上部将箍筋套入，扶正竖向钢筋，进行钢筋套筒连接，在下一高度范围内再次重复此程序。以传统钢筋绑扎做法不仅效率低下，难以满足施工工期要求，且定位困难，十分容易造成钢筋偏位，且不好纠正[11]。

为解决钢筋定位困难，施工效率底下的问题，采用一种新型钢筋定位做法（如图3所示），钢柱安装完毕后，在上部将独立柱底部2000mm 范围内所需箍筋套入，在钢柱底部2000mm处焊接四根定位筋1，定位筋1应采用Ф12mm 及以上钢筋，定位筋1 长度为型钢柱距箍筋距离；在定位筋2 上做好纵筋标记，在纵筋两侧将定位筋3焊接，定位筋3采用Ф6mm钢筋，将定位筋2与定位筋1 焊接，四根定位筋2 沿四角焊接，再将柱筋放入。独立柱总计10m，依此方法重复4次即可完成纵筋定位及绑扎。其中，定位筋1为起到固定定位筋2的作用，定位筋2 保证钢柱与箍筋间距，定位筋3 保证纵筋位置和保护层厚度。此方法施工速度快，钢筋定位准确，且能充分利用现场钢筋边角料，节省材料。

图3 钢筋定位做法

2.4 混凝土浇筑

型钢混凝土独立柱高度超10m，在浇筑过程中粗骨料容易下沉，造成烂根、露筋等质量缺陷，加之独立柱内部存在型钢、钢筋，且钢筋十分密集，浇筑中难以振捣或振捣不到位。因此，将普通混凝土更换为自密实混凝土，自密实混凝土不容易发生离析，且工作性能好、振捣要求低，能够满足施工要求。在浇筑混凝土前，在独立柱根部预先浇筑50mm 厚水泥砂浆，水泥砂浆强度与混凝土一致，保证粗骨料下沉后仍旧能有水泥砂浆包裹，避免出现烂根或露筋等质量缺陷[12]。

混凝土浇筑采用分层浇筑，每层高度为500mm，每层浇筑后在内部采用振捣棒进行振捣，振捣时间在20s～30s 范围内，振捣管直径在30mm～40mm 之间。下层混凝土浇筑后，上下混凝土结合区域100mm～200mm范围内再振捣10s，振捣时不应触碰钢筋，以免造成钢筋偏位，且布料时不可在顶部进行，应在模板对应位置设置布料口，浇筑达到一定高度后方可在顶部布料，或采用加设串管在顶部布料，串管长度应根据自由倾落高度确定。浇筑过程中内部振捣的同时外部采用橡皮锤进行敲击振捣，对独立柱四角模板进行敲击，500mm范围内敲击次数不小于10次。

2.5 混凝土养护

独立柱混凝土初凝后至拆模前在柱顶部分进行浇水养护，每日3 次。拆模之后在柱顶部放置一根PVC管，下部连接塑料软管，塑料软管管身开小孔，开孔间距为100mm，将塑料软管从上到下缠绕到柱身，再用塑料薄膜将柱子缠绕包裹，将塑料软管固定，如图4所示。养护时在PVC管上部注水，塑料软管开孔处滴水，对柱身进行淋滴养护，该方式节省人工、养护均匀。独立柱养护时间不少于14d，每日不少于3 次，养护频次应根据天气温度进行调整。

图4 独立柱养护措施

3 效果分析

采用本文所述方案，独立柱施工完成后对施工效果进行实测验收，沉降监测将在主体结构完成后进行，实测结果见表1。由表1可知，12根型钢混凝土独立柱垂直度偏差均在8mm范围内，全部合格；保护层厚度每根柱子抽检8根钢筋，其中四根角筋、四根边筋，仅1根钢筋保护层厚度为24mm，整体合格率超过95%，符合验收要求；12根柱子轴线偏差均在8mm～14mm范围内，全部合格；外观质量全数检测，仅有一根柱子边角处拼缝不严，附有漏浆现象，其余11根柱子全部合格。

表1 型钢混凝土独立柱现场实测结果

从实测结果不难看出，通过该技术方案有效保证了高大型钢混凝土独立柱的施工质量，且相较于原施工方案节省人工，提高了施工效率，具有较高的应用效果。

4 结语

高大型钢混凝土独立柱在施工时难以保证钢筋位置和浇筑质量，施工复杂且难度高；通过施工实践制定了一套高大型钢混凝土独立柱施工方案，在梁柱交接部位侧面采用加强筋、下部加腋两种措施能有效保证节点强度，提高节点强度及整体性；采用三根定位筋组成竖向钢筋定位系统，在解决钢筋定位难问题的同时兼顾保护层厚度；混凝土分层分组浇筑，并采用塑料薄膜包裹塑料软管的方式对独立柱进行淋滴式养护，保证了混凝土浇筑质量。从现场实测结果不难看出，除防沉降措施尚未验证之外，该方案具有良好的应用效果。