“天圆地方”异形曲面清水混凝土墩台柱施工技术

时间：2024-08-31

沈洁陈华杨媛鹏金国栋王刚潘钧俊

中国建筑第八工程局有限公司总承包公司上海 201204

随着城市现代化建设的需求及现代建筑美学设计观念的体现，清水异形柱体造型在一些国际机场、城市地铁、会展中心等大型公共建筑中的运用愈加广泛。此类结构构件从特殊模板设计制作、构件定位加固、钢筋加工绑扎到清水混凝土浇筑等一系列工艺均较为成熟[1-2]。在整体施工工艺大致相仿的同时，由于项目的差异，故存在各自的应用特色。本文以萧山机场T4航站楼独有的“天圆地方”异形曲面墩台柱为例，对施工过程中的重难点进行分析。

1 工程概况

杭州萧山国际机场三期项目新建航站楼悬挑钢结构金属屋面的底部钢管混凝土柱墩采用超大截面异形曲面清水混凝土柱，承担上部整个悬挑钢结构金属屋面的超重荷载，共计8根此类型柱。墩台柱底部为正八边形，内切圆直径3 m；顶部为圆形，直径2.2 m；中间为变截面曲线圆滑过渡，柱墩高6.4 m。8根墩台柱均为清水混凝土柱，位于航站楼室外（图1）。复杂的“天圆地方”异形曲面造型对施工效果的控制提出了挑战[3-5]。

图1 墩台柱平面布置

2 重难点概述

2.1 柱体定位

为呈现该异形柱“天圆地方”的独特效果，施工时既要考虑截面随高度变化而导致的平面定位调整，也要考虑8条角部边线的定位调整，以达到由“方”变“圆”的成形效果，此为该墩台柱施工工艺的关键。

2.2 钢筋安装

箍筋尺寸、形式随高度变化而变化。由于截面由“方”至“圆”的变化，同一平面不同位置的主筋在随截面渐变过程中的竖向角度及平面定位也变化不一。箍筋的加工及主筋的定位为本工艺钢筋安装的难点。

3 工艺流程

“天圆地方”异形清水混凝土墩台柱的施工工艺流程为：定位放线→搭设钢筋操作架→钢筋定位支架焊接→定位箍筋安装→柱主筋安装→柱箍筋安装→钢筋操作架拆除→模板安装操作架搭设→钢模安装→柱顶钢埋件安装→混凝土浇筑→钢模拆除→柱体养护。

4 施工要点

4.1 操作架搭设

根据钢模安装及其加固空间需求，考虑柱体上小下大的构造形式，操作架体底部距柱体1 m为宜，而上部距柱体达1.4 m，不利于钢筋绑扎。为便于作业人员施工，同时保证安全，拟分2次搭设。

第1次搭设钢筋安装操作架，架体距离柱底边线30 cm，采用与主体相契合的八边形架体以便于主筋定位及工人操作。钢筋安装操作架在钢筋绑扎完成且验收合格后拆除（图2）。

第2次搭设模板安装操作架，架体距离柱底边线150 cm，采用常规的四边形架体即可（图3）。

图2 钢筋操作架

图3 钢模操作架

4.2 定位支架安装

柱体为“天圆地方”的异形柱体，各截面高度主筋间距、箍筋尺寸均存在差异，不同于常规柱体。为保证主筋、箍筋定位准确，不影响钢模的安装、加固，同时满足设计要求，在钢筋绑扎前需设置定位支架。定位支架主要有2个作用：

1）通过定位支架固定柱体中垂线及各角部方位，防止钢筋在绑扎过程中偏位、整体扭曲，不利于模板安装。

2）在定位支架上从上至下依次设置定位箍筋，主筋根据定位箍筋进行绑扎，并与定位支架进行临时固定成形。

定位支架采用具备一定刚度及强度的镀锌钢管制作。制作方法如下：

1）在柱底结构预埋的中心埋件上固定一通长垂直立杆，作为柱体及定位支架中心杆。中心杆中部、顶部均设十字加强筋与外侧架体连接，确保中心杆定位垂直、固定（图4）。

2）根据设计要求，柱体箍筋自上而下由圆形渐变为八边形，通过建模软件，确定柱体突变高度（约为柱高2/3处）及相应位置箍筋尺寸。根据尺寸，在柱体顶部、箍筋突变位置设置定位箍筋，箍筋尺寸应按内切于柱主筋考虑。主定位箍同样与中心杆采用十字加强筋固定（图5）。

图4 中心杆安装

图5 主定位箍安装

3）主定位箍安装完成后，可根据需求，增加1～2道副定位箍进一步确保定位精确，加固方式同主定位箍（图6）。

4）根据建模尺寸，在定位箍上用短钢筋对八角边线进行定位，确保钢筋笼成形后的立面八角线条对称，符合设计及钢模安装要求（图7）。

图6 副定位箍安装

图7 八角定位筋安装

4.3 钢筋加工、安装

4.3.1 主筋安装步骤

1）根据放样计算后，按直料下料，按先八角、后中间的顺序进行安装。

2）与预留主筋套接后，根据定位筋的位置、角度，采用手持式钢筋弯曲机对主筋底部进行逐根弯曲，达到预定位置后与各定位箍焊接固定。

3）施工过程中随时对中心杆、定位箍进行校核，若有移动应停止作业，并第一时间进行定位支架的纠偏与加固。

4）所有主筋安装完成后，采用手持式钢筋弯曲机对柱体上部钢筋进行构造弯折。

4.3.2 箍筋安装步骤

1）采用建模软件对每根箍筋尺寸进行精确定位、计算，根据建模数据进行钢筋下料。

2）为便于现场安装，箍筋均按双拼开口箍下料，安装后按10d（d为箍筋直径）长度进行焊接，接头部位错开（图8、图9）。

图8 箍筋焊接

图9 钢筋骨架成形

4.4 钢模安装

1）安装前在钢模内涂刷专用脱模剂。

2）安装前对基层进行抄底找平，喷涂发泡剂以防漏浆。

3）钢模分为上下2层，下层高3.4 m，上层高3.0 m。下层模板安装完成后采用水平尺对钢模上口抄平，无误后方可安装上层钢模，完成后再次对钢模上口抄平。

4）钢模安装完成后进行垂直度校正，无误后方可浇筑混凝土。

4.5 混凝土成形

为保证成形效果，采用自密实清水混凝土一次浇筑成形。由于钢筋密集，为防止混凝土出现离析，采用φ150 mm导管配合浇筑。

成形2 d后拆除钢模，第一时间包裹塑料薄膜并浇水养护。

5 施工细节

5.1 操作架设置

常规采用钢模施工柱体时操作架一次搭设成形，操作架距离柱体约1.5 m以利于钢模拼装，同时在架体间设木跳板供钢筋绑扎使用。

考虑本柱体钢筋定位要求高，尤其是柱体八角钢筋须精确定位。为便于工人操作，提高钢筋定位及绑扎质量，操作架根据施工需求分2次搭设，即贴合柱体造型搭设的八边形钢筋操作架以及保证钢模安装空间的四边形模板安装操作架。

5.2 柱体定位

柱体定位准确为本工艺关键点。主要包含柱中心定位及柱筋定位。

1）柱中心定位。柱中心定位直接影响柱体垂直度、箍筋下料、模板拼装、成形效果，是后续施工的先决条件。采用具备刚度的镀锌钢管贯穿整个柱高作为可视垂线并与基底结构固定，以保证施工过程中具备统一、稳固、可视的参照中心线。

2）柱筋定位。柱体形式为上圆下方，上小下大，主筋及箍筋角度、尺寸随柱高变化而变化。常规的柱筋绑扎方式无法达到设计要求。现场通过设置不同高度的定位箍筋来确定主筋的平面定位；通过在定位箍筋上设置八边定位筋来确定不同高度八边及角部的平面定位。通过定位箍筋及八边定位筋从上至下形成整体定位网架，主筋及箍筋按此定位网架安装即可满足设计要求。