混凝土结构中通用型多功能钢筋马凳施工技术研究

刘 强

(中铁十六局集团城市建设发展有限公司 北京 100018)

1 引言

根据现行《混凝土结构工程施工质量验收规范》规定:对涉及混凝土结构安全的有代表性的部位应进行结构实体检验[1]，其中包括钢筋保护层厚度。精确合理的钢筋保护层厚度是确保受力钢筋的粘结锚固性能和结构承载力、满足现浇构件设计使用年限的基本保障，验收规范中明确了现浇板纵向受力钢筋混凝土保护层厚度的允许偏差为±3 mm。目前现浇板钢筋工程施工中，传统的控制钢筋保护层的工艺方法存在选材随意、稳定性差、偏差过大等不足，实体工程经保护层厚度测定仪扫描探测，出现钢筋偏移、保护层厚度超标等质量缺陷的现象十分普遍[2]，成为现浇结构各类工程事故的隐患。

2 工程概况

宁夏银川德丰大厦项目位于银川市金凤区，宁安大街与亲宁巷交汇处，毗邻中国电信办公楼及亘万豪元国际大厦，北侧为宁夏银川市政府。本工程总建筑面积约13.9万m2，其中地下总建筑面积3.42万m2，地上总建筑面积10.48万 m2，地上47层，建筑高度230 m[3]。结构形式为框架-核心筒结构，基础形式为筏板基础，

3 现浇板钢筋保护层传统控制技术简述及分析

3.1 传统工艺技术

(1)板底保护层控制方法:在现浇板底层筋下部采用砂浆(混凝土)垫块、大理石垫块或塑料垫块支垫。

(2)板顶保护层控制方法:在现浇板上层筋下部设置“几”字形撑铁或“工”字形钢筋马凳支撑。传统钢筋马凳见图1。

图1 传统钢筋马登示意(单位:mm)

3.2 传统技术性能分析

钢筋保护层垫块及马登的设置作为钢筋定位和控制现浇板保护层厚度的措施必不可少[4]，但上述工艺方法在材质、成本及实际使用效果等方面均存在不足。

(1)砂浆(混凝土)垫块体积小、强度低，与钢筋之间不易固定，荷载作用下易移位及破损。现行施工规范规定:“水泥基类钢筋间隔件水泥砂浆强度不应低于20 MPa；混凝土间隔件的混凝土强度应比构件的混凝土强度等级提高一级，且不应低于C30[5]。”无论现场制作的砂浆垫块，或是混凝土成品垫块，强度一般难以达到规范要求，受力破损后致使钢筋保护层厚度失控。

(2)马凳筋的设置缺乏具体的理论依据和通用的计算标准，一般根据施工组织设计配置，往往是凭经验和直觉[6]。现场操作中常因马凳筋刚度低、设置数量不足、与主筋固定不牢、施工人员踩踏等原因，出现现浇板受力钢筋偏移变形、扭曲下陷等质量缺陷，并且在混凝土浇筑时很难发现，导致钢筋保护层厚度超出规范标准[7]。

4 现浇板钢筋保护层厚度超标危害机理

4.1 保护层厚度过小的危害

现浇板浇筑过程中，由于保护层垫块强度及稳定性不足，在振捣器撞击、混凝土挤压作用下出现压碎或脱落，致使板内正弯矩筋下沉而引发钢筋保护层厚度过小。钢筋表面薄弱的混凝土保护层既容易在荷载作用下破坏，又将致使其碳化的时间缩短，钢筋开始生锈。生锈膨胀会引发现浇板底面出现顺筋方向的纵向裂缝，钢筋与混凝土之间的界面粘结力降低，削减了结构承载能力，降低了现浇结构的耐久性。

4.2 保护层厚度过大的危害

支撑现浇板负弯矩筋的传统马登筋因自身强度问题、施工人员踩踏或数量不足、支撑不稳等因素致使负弯矩筋下垂[8]，造成钢筋保护层厚度过大。对于受弯构件承载力设计，截面受压区的外边缘至受拉钢筋合力重心的距离(即截面有效高度)与受拉钢筋单位面积所能承受的外部弯矩成正比，可以理解为构件截面有效高度越大，受力钢筋发挥的能效越高。钢筋保护层厚度过大时，现浇板截面有效高度相应减小，而构件的承载能力与截面有效高度成线性比例[9]，现浇板截面有效高度缩减致使正截面抗弯能力不足，直接降低现浇板的承载能力；同时，由于混凝土收缩及温差因素，构件表面因钢筋保护层过大极易出现垂直主筋方向的横向裂缝[10]，同样削弱了钢筋与混凝土之间的粘结锚固性能，加速受力钢筋的锈蚀，导致结构提前破坏。

5 通用型多功能钢筋马凳施工关键技术

5.1 通用型多功能钢筋马凳技术原理

通用型多功能钢筋马凳由钢筋托架、支撑螺栓及塑料卡扣螺帽组合而成。根据现浇板设计厚度，首先调整支撑螺栓顶部至钢筋托架底部的竖向高度与现浇板厚度相同，板面抹平时以支撑螺栓顶端作为精确找平的依据；以钢筋托架下部支撑板底正弯矩筋，钢筋托架上部固定现浇板内预埋的电气线管；旋调卡扣螺帽竖向位置与板顶负弯矩筋对应，并通过自锁式卡扣锁定负弯矩筋；现浇板混凝土初凝前二次收面时，逆时针旋转支撑螺栓手柄，垂直取出后周转使用。

5.2 通用型多功能钢筋马登制作步骤

(1)制作钢筋托架

截取3根200 mm长的ϕ6钢筋，按设计尺寸弯折成型，作为钢筋支撑，底部端头涂防锈漆防止返锈，见图2。准备1支50 mm长M10六角加长螺帽，对称选择3个侧面，分别焊接1支钢筋支撑。焊接方式为双面焊，焊缝高度4 mm，组焊为多功能马凳的钢筋托架。焊接时利用夹具夹稳对正，防止焊接时变形。钢筋托架制作见图3。

图2 钢筋支撑(单位:mm)

图3 钢筋托架制作

(2)制作塑料卡扣螺帽

塑料卡扣螺帽为带有自锁式卡扣的M10方形塑料螺帽，用于定位及锁定上网下铁的空间位置，由专业厂家加工制作。构造见图4，三维示意图见图5。

图4 塑料卡扣螺帽(单位:mm)

图5 塑料卡扣螺帽三维视图

(3)制作支撑螺栓

支撑螺栓为120 mm长、带有梅花型胶头手柄的M10通丝螺杆，手柄上涂有反光漆，以便夜间施工时引起施工人员注意。使用前将塑料卡扣螺帽套入，旋调螺帽位置，使其与现浇板上网下铁的位置对应。支撑螺栓构造见图6。

图6 支撑螺栓(单位:mm)

5.3 通用型多功能钢筋马凳施工操作步骤

(1)确定布置间距

布置间距遵循可靠适度的原则，根据受力钢筋直径及间距经计算确定。当受力钢筋直径为10 mm以下时，纵横间距为600～800 mm；受力钢筋直径为10 mm时，纵横间距为1 000 mm；受力钢筋直径为12 mm及以上时，纵横间距为1 200 mm。

(2)组装多功能马登

首先将塑料卡扣螺帽套入支撑螺栓，再将支撑螺栓旋入钢筋托架上的M10加长螺帽；根据现浇板设计厚度，调整通丝螺杆顶部至钢筋托架底部的竖向高度与现浇板厚度相同；旋调塑料卡扣螺帽的竖向位置，使塑料卡扣与现浇板上层钢筋网片的下排钢筋(上网下铁)位置对应。

(3)布置多功能马凳并绑扎下层钢筋网片

现浇板底模支设完毕后，在底模上弹出下层钢筋网片纵、横向钢筋位置线；将多功能马凳按照布置间距放置在板底模上，方向保持一致；将下网下铁放置在钢筋托架下部用扎丝绑牢，控制板底钢筋保护层厚度，然后分布下网上铁；最后进行预埋管线施工。

(4)绑扎上层钢筋网片

先分布上网下铁，并将其卡入塑料卡扣螺帽的自锁式卡扣内，旋转卡扣螺帽一定角度，使上网下铁与塑料卡扣持荷张紧并锁定，再分布上网上铁，钢筋网片相交点全部绑扎成型。上层受力筋在端支座弯折锚固，弯折长度为15 d，并伸到梁角筋内侧或墙外侧水平分布筋内侧。

通用型多功能钢筋马登构造见图7，三维视图见图8。

图7 通用型多功能钢筋马凳构造

(5)现浇板混凝土浇筑及收面

现浇板收面分两次进行，第一次在混凝土振捣充分后找准标高将板面整平，第二次在混凝土初凝前进行[11]，保证板面精平以及防止表面水分蒸发后产生收缩裂缝。二次收面从楼层最里侧开始向外倒退进行。

(6)拆卸支撑螺栓、清洗备用

图8 通用型多功能钢筋马登三维视图

现浇板混凝土二次收面时随即拆卸支撑螺栓，逆时针旋转支撑螺栓手柄，使其脱离加长螺帽及塑料卡扣螺帽后垂直取出，并将提取部位的混凝土表面抹平。清洗支撑螺栓表面灰浆，置于干燥处存放，以备周转使用。

6 通用型多功能马凳的功能优势

从技术可行性、经济合理性、质量精确性、时间性及工序影响等方面，对比传统保护层垫块及马凳筋与多功能马凳的应用效果。方案因素分析对比评价见表1。

表1 方案因素分析评价对比

7 结束语

通过对现浇板钢筋保护层传统控制工艺的改进与创新，以标准化、精细化操作工具的研发及应用为突破点，采用通用型多功能钢筋马登，兼具钢筋架立、锁定主筋、支撑线管、精控标高等功能于一体，替代传统的钢筋保护层垫块及钢筋马登，通用于不同板厚，可有效控制现浇板钢筋保护层厚度，确保施工精度及结构质量，并突破钢筋保护层控制料具作为耗材一次性投入的成本瓶颈，工具主要部件可周转使用，节约大量措施筋，简化施工程序，促进降本增效、节能环保。同时，该技术的研发已形成专利成果“一种用于现浇板钢筋保护层周转通用精调控件”获得国家实用新型专利及发明专利(专利号ZL2018 2 0835915.8)[12]，对于推广标准化工艺产品、推行精细化施工技术、助推建筑产业创新发展，具有深远的现实意义和良好的实用价值。