填充墙构造柱混凝土泵送顶升免振捣应用技术

李 斌， 常东明， 杨建斌， 刘 申

（1．安徽建筑大学 土木工程学院，安徽 合肥 230022；2．中国十七冶集团有限公司，安徽 合肥 243000）

大量工程实践表明，构造柱对建筑结构抗震性能的提高起着不容忽视的作用，这种情况在多高层结构体系中表现的尤为突出［1］。构造柱在结构体系中虽然不作为主要受力构件，但是通过与圈梁、框架梁的可靠连接使砌体结构形成稳定的受力整体、限制砌体裂缝的展开、延缓或阻止砌体倒塌而明显增强了建筑物的抗震性能。有鉴于此，非常有必要研究构造柱的设计与施工质量。目前，针对我国新型农村城镇化建设的趋势有学者研究出了一种装配式构造柱新技术，其特点是圈梁和构造柱由特制的预制块砌筑而成，将传统圈梁和构造柱的现浇钢筋混凝土施工工艺改变为以砌筑为主的施工工艺，这种新技术虽然能满足抗震性能要求，但是在高层建筑结构中仍然不能与现浇钢筋混凝土构造柱抗震性能相比［2］。

近年来，随着混凝土顶升施工技术的不断发展，与之相关联的技术也得以不断出现［3］，本文根据混凝土顶升技术开发出的免振捣自密实混凝土构造柱施工工艺，设计出特定的模板体系，这种模板体系能够满足顶升免振捣混凝土浇筑过程中对模板的刚度、强度要求。

1 传统构造柱施工存在的问题

传统构造柱混凝土浇筑方法采用立体浇筑方式，在模板支撑体系完成后由模板上部侧面入料口处灌入混凝土，分层浇筑，分层振捣，直至完成混凝土浇筑施工。该种施工工艺存在以下问题。

（1）混凝土振捣不充分。框架结构中的构造柱混凝土浇筑是在填充墙砌筑完毕后进行，由于构造柱与填充墙位置有呈“T”型、“L”型、“十”字型布置，混凝土浇灌、振捣操作空间受到限制，混凝土入模后易产生:振动器插入柱腔内，不易移动，形成过振现象，造成混凝土离析；插入深度不够，形成漏振，致使混凝土振捣不充分，产生混凝土外观质量缺陷；插入式振动器无法插入构造柱内进行混凝土振捣，便通过模板外侧或墙体传振，致使混凝土振捣不充分等。

（2）构造柱混凝土外观成型质量不稳定。按目前常规的构造柱施工工艺，构造柱混凝土外观成型质量由于施工中诸多因素影响，普遍存在疏松、裂纹、蜂窝、漏浆、孔洞等质量缺陷，甚至出现露筋现象。

（3）模板损耗大，施工成本高。构造柱与填充墙位置呈“一”型、“L”型、“T”型、“十”字型等，一般采用留设脚手眼穿钢管支模法、“步步紧”加固模板施工法、钻孔开眼加固模板法等，常用木模板或组合钢模板安装，由于模板、模板外楞、紧固件等不断装拆，模板损耗大，施工成本高。

（4）构造柱顶与梁（板）连接不密实。目前的施工工艺在构造柱模板顶端30－40cm范围内留混凝土入模口，混凝土浇筑至此后，将混凝土填实至梁底，不振捣，待拆模后，梁底的缝隙用细石混凝土塞实。因此构造柱顶端30－40cm范围内混凝土密实度较差。甚至会出现粉刷后开裂现象。

（5）构造柱施工功效低。构造柱混凝土施工由安装模板——安装紧固件——浇筑混凝土——拆除紧固件——拆除模板——梁底塞实混凝土等工序完成，通常一个构造柱有2个木工、2个混凝土工、1－2个小工组成，每天能完成3－5个构造柱，因此构造柱施工效率低，劳动力成本高，并且浪费材料，施工成本高。

2 泵送顶升免振捣构造柱模板设计

构造柱泵送顶升免振捣混凝土施工方案顺利实施的关键取决于设计模板能否满足在泵送顶升混凝土浇筑过程中时变荷载作用下的刚度、强度、稳定性等要求。

2．1 模板材料选择

（1）进料管:选用钢管，总长370mm（水平投影），外径80mm，壁厚4mm，端部100mm直管，局部设37°等直径弯管。

（2）底座钢模板:选用钢模，按构造柱尺寸制作高600mm、宽450mm，进料管与前侧钢模板焊接成整体，前侧钢模板上特定位置设有一宽12mm，长170mm止回阀手柄滑动轨道，前侧钢模板通过四根对拉螺栓与另一侧钢板拉紧。

（3）止回阀:长360mm，厚5mm，钢板前端为半径为60mm的半圆，后端为长300mm、宽120mm的矩形，钢板四周边缘打磨成半径为5mm的圆弧状。

（4）上部组合模板:选用木模板，高600mm，宽444mm，厚20mm；木模板外包3mm厚铁皮并嵌入铁皮（高600mm，宽450mm）凹槽内，铁皮面相向，通过2根角钢（高600mm，宽50mm）和7根对拉螺栓固定前后侧模板。最后一块组合模板的木模板、铁皮以及角钢高度视实际情况而定。

（5）泄压管:选用镀锌铁皮。

（6）对拉螺栓:选用 M12螺纹钢，材质为Q235钢。

（7）外钢楞:选用等边角钢，尺寸为50mm×50mm，高600mm，壁厚3mm。

模板体系大样图、模板上部泄压管分别如图1、图2所示。

2．2 模板体系构造

底座钢模板在构造柱马牙槎最底部，组合木模板在底座钢模板上部，前后两侧底座钢模板和前后两侧组合木模板通过对拉螺栓连接拉紧，其中，螺栓间距为29cm，组合木模板顶端的前侧设有泄压管，底座钢模板的前侧设有进料管和止回阀，分别如图3、图4所示。

图1 模板体系大样

图2 泄压管大样

图3 进料管大样

2．3 模板体系安装

在模板安装之前要先检查验收砌体结构施工质量，要求构造柱两侧砌筑强度达到设计值80%以上，一般至少砌筑完成14天。要求钢筋绑扎整齐、每个接头都采用铁丝绑扎牢固，柱底清理干净，底部平整［4］。

图4 止回阀大样

安装模板时，首先沿构造柱砖墙边缘粘贴双面胶贴条，然后安装底座钢模板、上部组合模板，底部采用对拉螺栓连接，上部组合模板、接缝处采用角钢和对拉螺栓拉紧，使模板与墙面结合处密实，最后，检查校正模板平整度、垂直度，将进料口与泵管连接。

3 泵送顶升免振捣构造柱安全性验算

3．1 混凝土侧压力

混凝土的浇筑速度与混凝土初凝时间是影响泵送新浇混凝土对钢模板侧压力的两个主要因素。根据《混凝土结构工程施工质量验收规范》，新浇筑混凝土作用于模板上的最大侧压力可按照下列2个公式计算得出，并取两者中的较小值［5－6］。

式中，F——新浇筑混凝土的最大侧压力（KN／m2）；

V——混凝土的浇筑速度（m3／h）；

H——混凝土侧压力计算处至新浇筑混凝土顶面的高度（m）；

β1——外加剂影响修正系数，不掺外加剂时取1．0，掺加具有缓凝作用的外加剂时取1．2；

β2——混凝土坍落度修正系数，当坍落度小于30mm时，取0．85；坍落度在50～90mm范围时，取1．0；坍落度在110～150mm范围时，取1．15；

γc——混凝土密度（KN／m3）；

t0——新浇筑混凝土初凝时间（h），当缺乏试验资料时，可采用公式t0＝200／（T＋15）计算，其中T为混凝土温度。

根据泵送顶升免振捣混凝土浇筑的相关规定及资料，取v＝0．009m3／s，H＝2．4m，β1＝1．2，β2＝1．5，γc＝24kN／m2，t0＝4．88h。

以上参数带入（1）、（2）式，有F1＝202．40kN／m2，F2＝24×2．4＝57．6kN／m2，比较两者大小，取较小值F2＝57．6kN／m2，则新浇混凝土对模板侧压力F设＝F1×分项系数＝57．6×1．2＝69．12kN／m2。

3．2 模板体系安全分析

（1）木模板抗弯强度和挠度。木模板弹性模量E＝4．0×103N／mm2，截面惯性距I＝2．33×105mm4，截面抵抗距W＝2．33×104mm3，计算简图如图5所示，计算承载力时q＝0．29×69．12＝20．04N／mm。

图5 木模板计算简图

①弯强度验算

弯矩M＝4．23×105N·mm，故σ＝18．15N／mm2＜fm。fm＝20MPa，满足要求。

当螺栓布置间距为50cm时，计算结果如下:

1）抗弯强度验算

计算承载力时q＝0．50×69．12＝34．56kN／m。

弯矩M＝7．27×105N·mm，故σ＝31．19MPa＜fm，满足要求。

螺栓间距越大，对模板承载力要求越高。但就本工程实例计算表明当螺栓间距大于50cm，仍能满足要求。根据相关施工规范和工程实例经验，螺栓间距布置不易大于50cm，故螺栓间距最大取50cm。

（2）外钢楞抗弯强度和挠度

外钢楞截面惯性距I＝7．84×104mm4，截面抵抗距W＝5．36×104mm3，弹性模量E＝2．06×105N／mm2。按均布荷载计算时钢楞上荷载可看成由面荷载传递到线荷载而产生，q＝0．5×69．12×350＝12．096N／mm。计算简图如图6所示。

图6 钢楞计算简图

图7 对拉螺栓计算简图

①抗弯强度验算

（3）对拉螺栓抗拉强度

每个螺栓看成两个固定铰支座，其计算简图如图7所示。

其中ft＜［f］＝140．48N／mm2，满足要求。

上述计算表明，模板体系可以满足泵送顶升免振捣混凝土施工要求，模板体系具有安全可行性。

4 泵送顶升免振捣构造柱施工工艺流程

泵送顶升免振捣构造柱施工工艺流程如图8所示:

图8 泵送顶升免振捣构造柱施工工艺流程图

5 工程应用分析

填充墙构造柱混凝土泵送顶升免振捣技术应用于蚌埠金融中心工程，该工程为核心筒框架结构，地上25层，地下1层。填充墙构造柱截面尺寸为200mm＊240mm，砌筑墙体留设马牙槎，采用泵送顶升免振捣技术施工。

采用填充墙构造柱混凝土泵送顶升免振捣技术施工，以单个构造柱计算，耗费人工费71．11元，模板及设施费37．4元，合计108．51元；同比，采用传统混凝土构造柱施工方案，耗费人工费205元，模板费及设施费86．4元，合计291．4元。通过以上对比分析可得出:采用填充墙构造柱泵送顶升免振捣施工技术，耗费的人工费、模板费及设施费总和比传动混凝土构造柱施工可节约182．89元，经济效益明显。

6 结 论

本文以蚌埠金融中心工程填充墙构造柱混凝土采用泵送顶升免振捣工艺，并对该工艺的原理、力学性能进行分析和研究，得出以下结论:

（1）框架结构填充墙构造柱泵送顶升免振捣混凝土模板体系满足强度、刚度、稳定性要求，具有技术可行性。

（2）模板体系可以按照构造柱尺寸批量生产，现场组装，提高构造柱施工效率、缩短工期。

（3）构造柱混凝土密实性好，保证了工程质量。同时，模板可多次重复使用，节约了模板，具有经济合理性。

（4）施工无振动噪声，符合国家绿色施工和节能环保要求，可在工程中广泛应用。

致谢:感谢蚌埠金融中心构造柱泵送顶升免振捣混凝土技术创新研究项目对本文的支持。

1 朱 超．自密实混凝土的研究现状及展望 ［J］．四川建材，2009，35（5）:1－3．

2 郑妮娜，李英民．装配式构造柱约束砌体结构抗震性能研究［D］．重庆:重庆大学，2011．

3 张光明．钢管混凝土顶升技术的应用［J］．天津建设科技，2009，14（1）:14－15．

4 王 颖，李来兵．浅谈建筑工程中模板安装的质量控制［J］．科技创新与应用，2012，12（8）:212－213．

5 束廉阶．工业建筑大型结构泵送混凝土侧压力的计算与实测研究［J］．建筑施工，2002，24（2）:104－107．

6 JGJ162－2008，建筑施工模板安全技术规范［S］．北京:中国建筑工业出版社，2008．