基于构造柱装配式铝模分段浇筑施工技术研究

李晓强

(中铁十六局集团城市建设发展有限公司 北京 100018)

1 引言

构造柱是结构建筑中重要的砼构件。为了加强多层建筑二次结构的抗震功效，规范要求须在二次结构的砌筑内部要求部位增设钢筋混凝土柱使其与圈梁相接[1]，整体相连来增强建筑物的稳定性能，这种加设的柱体通常被称作构造柱[2]。构造柱不单一承载着竖向荷载，亦表现于承担抗击剪力、抗震等横向的荷载。在整体结构中，构造柱的强度和抗剪能力在整体部分中占据着非常重要的位置。构造柱施工过程中，整体模板安装与浇筑工艺流程较为复杂且质量隐患较多，本文就构造柱模板安装与浇筑工艺进行研发，介绍新型施工方法、材料，以提高施工质量、速度。

2 工程概况

曹妃甸保税区工程项目位于河北省唐山市曹妃甸，地处唐山南部沿海、渤海湾中心地带，毗邻保税区海关关口。项目由30座仓储库房和3座办公楼组成[3]，本工程总建筑面积约17万m2，结构形式为钢结构及砖混结构，其中二次结构均为蒸压加气块砌体，共计16 000 m3，构造柱31 000根。

3 装配式铝模施工技术原理及关键技术

3.1 装配式铝模施工技术原理

装配式铝模由铝板及对拉螺栓组成，铝模采用厂家预制完成的厚度15 mm的异形及常规成型铝模。根据现场实际构造柱位置，常规构造柱选用常规铝模，阴阳转角处选用异形铝模、T型墙体连接处构造柱选用常规铝模配合异形铝模。通过铝模的安装槽进行构造柱铝模首层拼装[4-5]。采用对拉螺栓穿过铝模预留洞进行拉接固定，随后首层浇筑混凝土并振捣，振捣完成后依下而上拼装，随拼随浇随振捣，延续此工序至最后一层拼装。安装顶层铝模后通过柱顶灌灰口进行灌注，安装封闭板并采用封闭板门栓进行封闭。通过装配式铝模完成构造柱模板安装及浇筑。

3.2 异形及常规铝模三维模拟设计

在强大的三维建模功能下，从简化施工工序、节省模具材料及安拆工费、降低施工成本等方面入手，分别对常规构造柱、阴阳转角处构造柱、T型墙体连接处构造柱进行三维模拟(见图1～图2)，建立完善的构造柱三种模板体系，人工组拼操作简便灵活、易装快拆、可大量次循环使用的铝模板[6]。通过插接对拉式的加固形式，来保证构造柱模板体系施工的可行性，尤其对于解决所处异形截面的构造柱施工具有良好的推广意义。

3.3 装配式铝模可行性验算

(1)此创新形式铝模为随拼随浇随振捣式，故选用小型振捣棒振捣。当采用内部振捣器时，新浇筑的混凝土作用于模板的最大侧压力标准值G4k可按下列公式计算，并应取其中的最小值[7]。

图1 阴阳转角处构造柱装配式铝模初试构画示意图

图2 T型墙体连接处构造柱装配式铝模三维图

式中，F1为新浇筑混凝土对模板的最大侧压力；γc为混凝土的重力密度(24 kN/m3)；t0为混凝土初凝时间，可按实测确定，当缺乏试验资料时，采用t0＝200/(T＋15)计算，T为混凝土温度(℃)；β1为外压力影响修正系数，具有缓凝作用的外加剂取1.2；β2为混凝土坍落度影响修正系数，取1.15；V为混凝土浇筑高度(厚度)与浇筑时间的比值，即浇筑速度(3 m/h)。

取较小值为标准值，则侧压力设计值为91.78 kN/mm2。

所承受的均布荷载:

依据现场实际，综合测算:

挠度验算:ω＝5ql4/384EI≤[ω]

式中，[ω]为柱箍杆件允许挠度(mm)；E为柱箍杆件弹性模量，E＝2.05×105N/mm2；I为弯矩作用平面内柱箍杆件惯性矩[8]。

由以上计算结果可知，柱箍的挠度远小于允许挠度，所以在单块装配铝模中部设置竖向间距为500 mm的对拉螺栓，挠度上能够满足要求[9]。

对拉螺栓强度验算(钢筋的屈服强度设计值fy＝210 N/mm2):

柱底部中间螺栓受力最大，拉力N＝F×a×a＝22.95 kN。

φ16对拉丝杆截面面积:侧压力在对拉丝杆中产生的拉应力:

应力小于钢筋屈服强度，拉杆不会变形，满足要求。

(2)计算螺杆两端的螺纹抗滑能力，避免螺纹破坏滑丝

即螺栓轴向螺纹抗滑移力设计值大于实际受拉应力，满足现场使用要求。

通过以上对拉螺栓的受力验算可知，M16的C级普通螺栓头对拉螺栓满足本装配式铝模，螺栓强度亦能符合本发明使用，滑丝脱口现象不会出现。

施工中，以此验算结果作为标准，并结合施工规范的构造要求，选用大于等于满足要求的对拉螺栓，达到既节约材料又满足施工要求的目标[10]。

3.4 装配式铝模施工步骤

(1)构造柱主筋的品种、规格、数量及连接方式应符合设计要求，拉结钢筋应沿墙高每隔500 mm配置2φ6拉结钢筋，伸入墙内不应小于600 mm[11]。经监理验收合格后，方可进行首层铝模安装[12]。

(2)首层铝模安装

安装前，构造柱两侧支设的板处应保持平整，如表面粗糙，应采用1∶2水泥砂浆找平，防止混凝土浇筑时漏浆及铝模安装不协调。

铝模需均匀涂抹脱模剂，脱模剂采用QL-6000全水性铝模脱模剂。为防止脱模剂过多流至污染地面，所以只刷模板上半部分，下半部分由上自由流匀即可。

为保证构造柱浇筑的感官要求，在马牙槎的外边粘双面胶条，沿两侧马牙槎墙体边缘位置横平竖直进行粘贴，亦防止漏浆。将两侧首层模板分别对称置于构造柱两侧，通过验算φ16螺杆满足实际施工。为保证构件强度，选用公称直径20 mm的通丝螺杆进行模板拉结，垫片选用外径100 mm、内径22 mm、厚3 mm的不锈钢预制垫片用来达到均匀受力。构造柱内部螺杆选用直径25 mmPVC穿墙套管螺杆套接，便于后期螺杆抽出，多次利用。模板底与楼板或地板交接处若有缝隙，则采用1∶3干硬性水泥砂浆进行填堵，防止漏浆(见图3～图4)。

图3 首层铝模安装三维示意

图4 首层铝模三维构造详图(单位:mm)

(3)首层浇筑

构造柱混凝土必须在砌筑砂浆强度大于1 MPa以上时方可进行浇筑，同时要求构造柱混凝土的坍落度控制在120 mm左右。

混凝土浇筑前，构造柱内的杂物及垃圾应清扫干净，校正钢筋位置，并绑扎或焊接固定后，方可浇筑。首层铝模浇筑至480 mm高度为宜，避免影响下部铝模安装，浇筑时混凝土浆料严禁撒入铝模插接凹槽内。

构造柱浇筑由人工入模，振捣棒振捣，同时配以人工振捣。砼分层灌注，分层振捣，层间砼接茬处仔细振捣，保证接茬处振捣密实。砼施工完成、清理干净工作面。振捣时振捣棒严禁碰触通丝螺杆及铝模。

(4)分层安装浇筑

每层铝模采用边安装边振捣的形式进行。根据铝模构造尺寸，分段式铝模由凹槽及插接头组成，插接头长500 mm、宽30 mm、厚5 mm，均与凹槽尺寸一致。在首层铝模安装前应进行试插接，保证后期铝模安装的顺畅性。自首层后续施工，每道分层安装浇筑工序不允许超过15 min。

(5)顶层安装浇筑

顶部铝模构造由图5中柱顶浇筑口封闭板①、插具②、封闭板门栓③、合页④、通丝螺杆⑤、不锈钢预制垫片⑥组成。封闭板上底宽300 mm、下底宽200 mm、高200 mm。顶模安装方式为扣接式。由人工入模，当浇筑至封闭板下沿，通过人工使用橡皮锤敲击顶侧模达到混凝土密实，剩余部分混凝土坍落度宜控制在100 mm左右，先将封闭口两侧填实敲击达到振捣效果，再进行封闭口填实。将混凝土放置浇筑口封闭板上，并稍有盈余迅速进行封闭板封闭，敲击封闭板反方向侧模，达到微振效果后再进行正面敲击，待插具完全插入门栓内部为止。柱顶严禁漏空顶浇筑，构造柱混凝土与顶部结构应充分结合无空洞，迅速清理封闭板口四周的振漏浆料，防止影响铝模后期使用(见图6～图8)。

图6 顶部铝模扣接安装三维结构详图

图5 顶部铝模安装三维结构标识详图

图7 顶部铝模安装三维结构详图

图8 顶部异形铝模合模三维示意图

(6)拆模养护

浇筑混凝土24 h后，可拆卸铝模。拆除方式为整体铝模螺帽自上而下旋松，松扩程度由顶至底由大变小。顶部铝模松扩程度为各向两侧倾斜至145°，除扣接顶模外，其余铝模双面同时斜上取出顶部铝模，自上而下依次取出所有铝模。

铝模拆除后，及时用水清洗结构面及模板。一为构造柱混凝土养护，二为铝模脱模剂的清洗，防止结构附带隔离层，保证铝模的后期使用。

4 构造柱装配式铝模的功能优势

(1)本铝模重量轻、承载能力大。模板可单人搬运，现场组装方便，工序简捷，大大降低了模板安装费用、维护修理费用。

(2)异形铝模拼接无缝隙，保证了浇筑过程中无漏浆状况出现，浇筑后的混凝土外观质量优异，且铝模易于保养，使用寿命长，周转次数高。

(3)施工更安全，不产生建筑垃圾，完全达到绿色建筑施工标准。

5 构造柱装配式铝模经济优势

以本工程为例，采用装配式铝模运用在构造柱施工中，构造柱自身质量、外观质量均满足施工及设计要求，既加速了构造柱成型的时间，又减少了模板安装的人工投入及模板消耗的成本。经过对本项目构造柱装配式铝模的经济效益分析，在使用装配式铝模比未使用此项发明指导下的施工节省10 d工期，人工费成本降低55.56%，材料成本降低64%。

综合测算，采用装配式铝模比传统钢管配合竹胶板成本降低61.16%，人工费、材料费总成本为2.54万元，折合每根构造柱综合单价为127元/根；采用传统钢管配合竹胶板人工费、材料费总成本为6.54万元，折合每根构造柱综合单价为300元/根。本工程累计可节省成本约4万元。

6 结束语

本工程通过对构造柱模板安装的综合研究，于稳定性、工艺流程简洁性、工期要求、工程质量、人工及材料成本等方面为出发点，通过前期可行性验算、三维构画，研发出一种全优性施工工艺，同时该技术在项目上的研发和应用获得“一种现浇法的构造柱装配式铝模”国家实用新型专利。此项成果解决了构造柱模板施工的重难点问题，在二次结构施工中具有很强的实用性和推广性。