某工程框架柱的混凝土施工质量分析

郑仁春

(福建中光建设有限公司 福建福州 350001)

引 言

现浇钢筋混凝土框架结构具有结构整体性好、梁柱节点为刚性连接、抗震性能好、取材和施工方便、建筑平面布置灵活及经济性好等优点，因此是多层、中高层工业和民用建筑采用的主要结构形式，在实际工程中被广泛应用。

框架柱是框架结构的竖向受力构件，框架柱混凝土浇捣难度比水平向梁来得大，其质量控制需求也更高。实际施工中，柱混凝土施工常出现较大的工程质量缺陷，造成柱蜂窝、露筋以及孔洞等质量缺陷[1－3];底层柱模工作面没清洁，造成混凝土夹层;目前，我国柱中箍筋类型大多采用井字箍，井字箍肢距小，混凝土只能高处投料，柱子底部混凝土容易产生离析。国外的许多工程设计考虑了这一点，大多采用井字箍加菱形箍筋或者留出浇捣空间，比如马来西亚的双子塔，柱子截面大采用了双侧的菱形箍筋设计[3];梁柱节点钢筋安装中，偷工减料，减少箍筋，从历次震害中的梁柱节点的破坏可以得出结论;受力钢筋的合理偏位，造成柱的实际受力比设计预期小;混凝土工程中，由于泵送混凝土引起的质量要求等等[2]。

图1 建筑平面、剖面和南立面图

图2 底层柱子模板安装

本文结合工程实例，对柱子混凝土施工质量的控制从模板工程、钢筋工程和混凝土工程三方面进行分析。重点讨论了柱子模板工程中的底层工作面和支模要求;钢筋工程中的柱中箍筋类型和梁柱节点钢筋安装要求以及受力钢筋的合理位置;混凝土工程中的高处投料和泵送混凝土质量要求。对引起的质量问题提出了相应的处理措施。

1 工程概况

工程位于福建省福州市，主体为六层综合楼，底层办公，二层为接待室和大会议室(两层层高)，三至六层为办公，屋顶层为架构层，总建筑面积为6539m2，建筑二层平面、剖面图和南立面如(图1)所示。东西向结构长度 50.3m，南北向结构宽度18.4m。地震设防烈度7度，加速度为0.15g;框架结构，内廊式建筑，主要柱网尺寸为(8100mm+2200mm+8100mm)×8100mm，建筑轴线8～10柱网为大跨度柱网，填充墙砌体为加气混凝土砌块。结构主要高度23m，至架构层27.2m。

2 模板工程安装

2.1 柱模板安装质量基本要求

框架柱施工中，对模板安装普遍缺乏足够的重视，容易出现质量问题。框架柱模板安装质量控制措施要点主要有:(1)现浇钢筋混凝土框架结构的模板工程应编制有针对模板体系的施工组织设计或施工方案即编制专项施工方案。(2)模板安装前应根据工程结构特点进行技术交底，项目技术负责人必须组织有关技术管理人员和模板搭设工种现场负责人对施工组织设计(施工方案)施工图纸进行交底，对相关施工人员进行必要的培训和技术交底。(3)模板侧向稳定性缺乏保证，在混凝土浇筑时模板容易导致竖向偏位，严重的甚至可能造成坍塌事故。(4)存在模板拼接不严密、漏浆和没有预留清扫口等问题[1－2]。

2.2 底层框架柱模板安装

底层框架柱模板安装施工工作面问题:本工程地基土层均为粘土，质量控制细节要求搭设支撑前先平整操作面，并采取以木板垫底提高稳定性等措施，结合地面做法，对回填土分层夯实，确保土的密实度达到95%以上(环刀取样)，并采取必要的排水措施，如图2(a)所示。施工场地的工作面处理要得当，清除柱子模板四周杂物，基础土方标高不超过基础梁面，以免造成柱脚夹有砂土和杂物[4]，如图2(b)所示。

底层框架柱模板中柱脚安装施工要求:本柱子模板从基础梁面开始安装，基础梁面加一道木龙骨固定，柱子下部木龙骨上留有清扫口，如图2(c)所示。

2.3 楼层框架柱模板安装

每一楼层的施工顺序通常遵循:绑扎柱钢筋、安装柱模板、浇灌柱混凝土、安装楼层梁板模板、绑扎楼层梁板钢筋、浇灌楼层梁板混凝土和养护这样的施工顺序。施工中，柱子通常先浇灌至框架大梁下约200mm～300mm处，往上接着安装上一层的柱子模板[4]，这时，如果楼层交接处柱模板安装不牢固，容易造成上下柱子错位、局部混凝土鼓出等质量和观感问题，造成增加后期装修的墙面整平工作。工程实际施工中，采取对交接处柱模板外加两道木龙骨，并用钢筋螺栓锁紧，这样保证了上下楼层柱子交接处混凝土的顺利过渡。拆模后交接处的混凝土表面如(图3)所示。特别地，柱模最后一侧安装前要检查柱中的杂物和建筑垃圾，并与各专业配合好预埋件，(图4)所示为水电管线的泡沫没有及时清除。

图3 上下楼层柱子交接表面

图4 清除柱模内杂物

3 钢筋工程安装引起的混凝土质量问题

3.1 柱箍筋类型引起的混凝土质量问题

框架柱通常采用复合箍筋的设计形式(图5)。菱型箍筋(类型1)对核心区混凝土的约束不如井字型箍筋(类型2)，这已被实际地震及各种结构试验所证实[5－7]，但菱型箍筋有利于柱子混凝土的浇灌。实际施工表明，井字型箍筋这对于施工质量影响较大，井字型箍筋肢距较小，施工振捣不容易密实，因此质量不容易得到保证。参考有关文献的研究[4]，认为采用井字型箍筋的设置类型应考虑，在柱中央部位留出供机械泵送混凝土落料及振动器施工的需要，尺寸宜不小于200mm×200mm，建议优先采用(类型3－7)以确保柱的混凝土成形质量。

本工程原设计框架柱采用(类型2)的复合箍筋设计形式，经过已设计单位和监理单位协商，修改了井字型箍筋肢距，柱中央部位留出的尺寸为160mm×200mm，基本满足了机械泵送混凝土落料及振动器施工的需要，保证了混凝土的施工质量。复合箍筋安装如(图6)所示。

图5 几种箍筋设计形式

图6 复合箍筋安装

3.2 框架梁柱节点钢筋安装

现浇框架梁柱的节点中，柱子箍筋安装是施工中的一个重要环节。由于该处钢筋最密集，箍筋漏放、少放及漏绑扎现象较为普遍，节点中柱子漏设箍筋不能满足抗震要求，必须引起现场施工人员的高度重视。安装方法和措施有:(1)根据框架梁梁高度计算核心区需要的箍筋个数，首先将所需箍筋(未绑扎)套到柱主筋上。(2)在箍筋四角分别用直径8mm钢筋(长度按最高框架梁)作导筋，按规定密距绑扎固定箍筋，形成一个钢筋笼。(3)该钢筋笼与梁筋同时绑扎，绑扎好后梁筋骨架与钢筋笼一起落入粱柱模板内。(4)如有变形，将变形的钢筋笼调整好再在框架梁面固定一个柱箍筋。最后，钢筋工程安装后自检前再次检查箍筋的数量和位置，再与浇灌混凝土班组做好工序交接班工作。

3.3 框架柱受力钢筋的偏位

本工程施工中，底层由两根框架柱的竖向受力钢筋不在其合理位置，偏差较大，主要原因是预留的受力钢筋没有采取固定的措施(图7)。受力钢筋固定通常采用箍筋固定以免偏位，必要时采用点焊的方式加以固定，混凝土浇捣后初凝前再次检查受力钢筋的合理位置(图8)。

图7 柱受力钢筋偏位

图8 柱受力钢筋固定

4 混凝土工程浇捣质量问题

柱子出现混凝土施工质量问题的部位大部分是柱脚，分析其产生的主要原因有:高处投料、柱截面较小、柱中复合箍筋的存在且肢距较密、“先垫浆”纯砂浆量过多、泵送的混凝土配合比、作业工人的操作不认真及振动机械的使用不当、施工场地的工作面处理不当和模板的湿润不足等多种原因[4]。本文就部分内容进行论讨。

4.1 高处投料

在安装好楼层梁板的模板上，浇灌柱子混凝土的工作面条件好，柱子先浇灌对于整体模板工程能增加其侧向稳定性。楼层层高在3.6～5.1m，柱子截面短边在500mm～700mm，框架柱混凝土的浇捣施工现场柱子通常没有按照《混凝土结构工程施工质量验收规范》[8]的要求在柱中留串桶投料，而是高处落料，致使混凝土经过层层复合箍筋的“筛选”，混凝土离析现象严重(图9)。高处投料应改为泵送混凝土管直接插入，落料高差不大于2m。为保证柱脚混凝土不离析，施工中在柱底“先垫浆”的做法是值得肯定的，通常垫浆的高度为200mm～400mm，第一次落料必须经过十分详细的振捣，使得粗细骨料充分的融合，但是过多的垫浆(纯水泥浆，无粗骨料)有可能造成柱脚混凝土强度的降低(图10)，每根柱子混凝土施工中，现场技术负责人和质量检查员旁站监督。

图9 柱脚混凝土离析

图10 柱脚垫浆过多

4.2 泵送混凝土引起的混凝土施工质量问题

商品混凝土施工，由于泵送混凝土的设备需要，通常设计要求的20～40mm粒径的粗骨料石子被改成20～30mm，混凝土水灰比大，坍落度大(通常坍落度大于150mm)，但流动性极好。

在施工现场(图11)，由于基础梁面以下短柱混凝土浮浆没有及时清除，致使有一小段柱仅有砂浆，隐蔽工程验收时发现浇完的混凝土表面颜色和砂浆龟裂。该问题处理可增加了二条技术措施，各层框架柱，特别是底层柱的混凝土浇捣质量必须保证，高处浇灌混凝土时应有专门的施工方案及相应措施;每段柱头混凝土的泌水和浮浆应及时清除，以保证混凝土质量。

图11 混凝土表面浮浆

5 结论

以某多层钢筋混凝土框架结构为背景，详细介绍了框架柱子的施工工序，提出了框架柱子混凝土质量的要求，和可能出现的质量问题，以及提出改进措施，得到以下主要结论:

(1)保证框架柱子底部的混凝土质量，在模板工程中，底层施工工作面必须进行处理，清扫柱脚四周杂物，防止柱脚夹层。柱底和上下楼层柱子支模加木龙骨固定，并用钢筋螺栓锁紧。

(2)柱子钢筋工程中，井字型箍筋肢距，建议柱中央部位留出的尺寸宜不小于200mm×200mm，以满足了机械泵送混凝土落料及振动器施工的需要，保证了混凝土的施工质量;梁柱节点中，柱子箍筋安装中箍筋漏设不能满足抗震要求，必须引起重视;受力钢筋的合理位置必须得到保证，固定通常采用箍筋固定，必要时采用点焊的方式加以固定。

(3)混凝土工程中，高处投料应改为泵送混凝土管直接插入，落料高差小于2m;“先垫浆”纯砂浆量高度不宜大于200mm;泵送的混凝土表面浮浆应清除。

[1]全国高校土木工程专业指导委员会.土木工程施工[M].北京:中国建筑工业出版社，2008.

[2]GB 50666－2011，混凝土结构工程施工规范[S].

[3]法扎德·奈姆(美).抗震设计手册[M].王亚勇译校.北京:中国建筑工业出版社，2008.

[4]吴应雄.钢筋混凝土多层框架柱设计与施工分析[J].福建建筑2008.10.

[5]GB50011－2010，建筑设计抗震规范[S].

[6]韩文霞.汶川大地震都江堰灾区的钢筋混凝土多层框架柱震害考察思考[J].工程抗震与加固改造，2008，30(4).

[7]吴应雄，黄英.汶川地震灾害引发建筑结构设计的思考[J].福建建筑2008.10.

[8]GB50204－2002，混凝土结构工程施工质量验收规范[S].