深圳宝安国际机场卫星厅仿清水混凝土异形预应力斜柱施工技术*

卢建文，王朝龙，张胜阳，区建峰，王 杰

(中国建筑第八工程局有限公司华南分公司，广东 广州 510663)

1 工程概况

深圳宝安国际机场卫星厅及配套工程位于深圳市宝安区，总建筑面积23.89万m2，建筑最高点27.65m，地上4层，地下1层。建成后将满足2025年旅客吞吐量2 200万人次的使用需求，是粤港澳大湾区航空港建设的重点项目。

沿旅客卫星厅四周共布置132根斜柱，生根于三层楼板，其中预应力斜柱124根。斜柱作为大跨度钢桁架屋盖的支撑构件，为下大上小变截面异形造型，柱顶和柱底分别为1 000mm×950mm和1 500mm×950mm的异形截面(见图1)。斜柱内纵筋为26φ36+12φ25，缓粘结预应力筋达14束42根，屋盖支座的柱顶埋件高1 250mm，重750kg，柱顶整体安装空间极为受限，施工精度要求严格。

图1 异形预应力斜柱剖面

斜柱施工直接影响整个工程的钢屋盖吊装和屋面闭水试验，是整个项目的关键线路工作。

2 施工重难点

1)预应力斜柱筋施工 预应力斜柱作为新型结构构件，在国内类似工程中可供借鉴的经验与工艺极少。斜柱内部钢筋密集，柱顶位置又有钢骨埋件，预应力筋锚具等施工空间受限。

2)斜柱钢筋与预应力筋施工 异形变截面斜柱中，同一根斜柱内大部分纵筋长度与倾角均不一致，每个箍筋尺寸不一致，传统加工厂预制中，现场安装方式难以保证钢筋精确连接及斜柱倾角需求。

3)钢骨埋件的精准定位 屋盖支撑柱相比一般的混凝土构件，柱顶埋件施工精度要求高，平面偏差要求≤10mm，标高偏差要求≤3mm，在密集钢筋笼中，需要将1 250mm高、750kg重的埋件精准安装到位，是工程重难点。

4)混凝土浇筑 斜柱均布置于旅客公共区，对斜柱混凝土成型观感质量要求高，需达到仿清水混凝土效果，且在斜柱密集狭小的空间内浇筑混凝土是工程重难点。

3 主要施工技术

3.1 施工流程

斜柱施工流程如图2所示。

图2 预应力斜柱施工流程

3.2 三维空间点位提取

建立斜柱BIM模型，合套设计图纸坐标系与高程系统，快速精准获取斜柱关键点位的立体坐标，以指导现场施工测量放点。

3.3 材料三维空间放样

斜柱空间内安装材料多样，钢筋密集，尤其在斜柱顶部逐渐收窄的情况下，安装柱顶钢筋、预应力锚垫板及支座埋件时，交叉冲突多，难以布置。通过BIM技术三维集中精准放样，建立斜柱内各材料构件的三维模型，进行碰撞分析后导出碰撞报告，再优化斜柱柱顶钢筋安装、合并布置埋件与预应力锚垫板，并利用三维技术交底指导钢筋、预应力、钢结构及模板等班组人员穿插施工。斜柱三维模型如图3所示。

图3 预应力斜柱三维模型

3.4 定位放线

待完成下层楼板后，根据柱脚与柱顶的关键点位，采用全站仪在板面上对柱脚边线、中心线、柱顶控制线进行弹墨线标记。

在两侧施工脚手架上增设水平控制杆件，结合吊线锤方式对斜柱钢筋、模板等工序进行定位与复核，保证斜柱各施工构件斜率正确。

3.5 钢筋与预应力筋施工

3.5.1普通钢筋放样

针对异形变截面斜柱内纵筋与箍筋不一致的情况，利用E筋软件进行钢筋翻样，单独计算每根钢筋的长度并绘制翻样图，对翻样图和斜柱内每根纵筋进行单独编号(见图4)。由于斜柱属于异形变截面，斜柱内存在大量内箍筋、外箍筋及拉结筋，且尺寸随高度上升逐渐减少，翻样时获取每根斜柱内箍筋、外箍筋及拉结筋的变化规律，在翻样表内绘制斜柱每隔1m时各箍筋与拉结筋的标准尺寸，并标记数量与尺寸等。

图4 斜柱钢筋编号

3.5.2预应力筋放样

与设计进行沟通后，合并预应力束，以减少锚具，提高安装空间可操作性。缓粘结预应力筋长度根据布置位置分为顶面和底面，顶面预应力根数比底面多，深化时综合考虑预埋长度、张拉长度等因素，缓粘结预应力筋长度=柱下预埋长度(1.5m)+工具锚长度+柱体工作长度+张拉设备长度(千斤顶，限位环等)+工具锚长度+100mm(富余量)。斜柱预应力筋深化如图5所示。

图5 斜柱预应力筋深化

3.5.3普通钢筋加工

斜柱钢筋加工前必须到现场测量预埋纵筋实际外露长度，以翻样图表为基础按实际调整加工斜柱纵筋长度。斜柱钢筋加工完成后进行分类，纵筋上标记钢筋编号，同一根钢筋的多段钢筋编号需保持一致。

斜柱箍筋分为内箍筋、外箍筋、拉结筋，应由大到小按顺序逐一加工，归类时同样由大到小按顺序堆码并贴上编号。

3.5.4预应力筋加工

预应力筋后台加工时根据深化图长度，采用砂轮切割机截取预应力筋，同时安装固定端锚固体系组件，包括挤压锚具、单孔锚垫板、螺旋筋，组件间相互靠紧不留缝隙，缓粘结筋使用挤压机挤压锚具前剥除挤压段的无粘结外皮。制作完成后对不同长度的预应力筋进行编号，并分类捆扎码放。

3.5.5普通钢筋安装

同一根斜柱内纵筋的倾斜角共14种，需严格控制纵筋倾斜角度，以保证后期顺利安装柱顶构件。

1)斜柱柱脚预埋纵筋按直条进行加工与预埋，本层板结构浇筑完成5d后，在预埋纵筋上套φ48钢管，再进行人工张拉，对纵筋进行初步弯折。同时根据每根钢筋的倾角与高度关系进行放样，利用两侧操作架放置水平定位线，指导纵筋弯折定位。在初步弯折并安装柱脚范围内的箍筋后，利用手拉葫芦附着邻近埋件，对整排纵筋进行弯折张拉，使钢筋对准水平定位线，静置12h方可卸下手拉葫芦。

2)纵筋间采用直螺纹套筒进行连接，并交错排列安装，接头错开35d(d为钢筋直径)。

3)箍筋安装过程中，应按尺寸大小逐一套入内外箍筋并进行安装，且接头相互交错。在斜柱四角纵筋上每隔1m做标记，并按标记逐步绑扎对照箍筋，根据对照箍筋绑扎其他箍筋，以控制箍筋在斜柱中的平整度。

4)待埋件安装后方可绑扎柱顶埋件标高范围内的箍筋。封模前在钢筋笼周围每隔1m设置30mm厚保护层垫块。

3.5.6预应力筋安装

斜柱内预应力筋绑扎有别于普通梁板施工，需随柱的普通钢筋逐步向上安装及固定，应提前做好定位工作。流程如下：预埋普通钢筋与预应力筋→弯曲并安装柱脚范围普通钢筋→测量定位，明确预应力筋柱顶设计位置→从顶部拉直预应力筋→在顶部固定预应力筋→从下往上逐步安装普通钢筋并固定预应力筋。

1)缓粘结预应力筋固定端埋入下层结构柱内深度≥1.5m，应定位准确，并尽量与斜柱部分保持顺直。

2)绑扎加固预应力筋，对钢筋与结构柱主筋进行点焊加固，但注意保护预应力筋外皮。

3)绑扎斜柱钢筋过程中，明确预应力筋的柱顶设计位置后，沿直线拉紧，随普通钢筋从下往上进行绑扎加固。

4)预应力筋安装时，必须左右对称、间距均匀。

3.5.7预应力筋张拉端安装

1)在斜柱顶部设置预应力筋张拉端，张拉体系组件包括多孔工作锚具、锚垫板、螺旋筋。钢筋与锚垫板间的空间紧张，应注意相互避让。

2)柱顶张拉端内塞入塑料条作临时封堵，防止混凝土浇筑过程中，混凝土浆液进入锚垫板孔内。采用10cm×10cm×20cm的泡沫穴模预留张拉槽，泡沫穴模应紧贴锚垫板并凸出柱顶，便于浇筑后进行定位及清理，泡沫穴模使用铁丝固定于普通钢筋或锚垫板上。

3.6 模板与支撑施工

斜柱为满足仿清水混凝土效果及异形变截面造型需求，采用钢模板进行施工，通过φ60钢管内套φ48螺杆制作的可调节长度斜撑杆件，支撑斜柱模板，并精准调节斜柱模板定位，可调节长度的斜撑杆与固定面通过斜撑底座进行连接。

安装斜柱钢筋笼并进行初步固定后，将斜柱底模及斜撑杆件在地面进行整体组装，吊装至斜柱设计位置后进行安装与固定，然后安装斜柱的侧模与顶模。在底模与两侧模板安装多道可调节长度的斜撑杆后进行固定，间距≤3m，顶模采用φ20钢丝绳+花篮螺栓组成的缆风绳进行固定。安装可调节长度的斜撑杆时，首先结合内套螺杆长度确定斜撑底部固定点，保证斜撑水平夹角≥60°。螺杆与斜撑底座通过销轴连接后，在楼板固定面上植入膨胀螺栓进行固定。待安装完柱顶埋件与埋件范围内的普通钢筋后，方可安装最顶部一节斜柱的侧模与顶模。最终通过调节斜撑杆的伸缩长度，精准调节斜柱模板至设计位置。

3.7 柱顶埋件安装

1)吊装前在埋件上焊接2个耳板，采用汽车式起重机或塔式起重机吊装时，利用人工辅助埋件机械进行初定位。

2)利用全站仪定位埋件中的2个对角标高，通过不断调整吊装高度直至设计标高。

3)调整标高时，利用水平尺保证平整度。

4)当埋件吊至设计标高时，从斜柱左右两侧点焊φ16定位钢筋，以确保埋件标高稳定并进行初步固定。

5)通过调整埋件四边与对比四周钢模板间的距离，使埋件对称居中布置于柱顶中间，满焊后增加φ25定位钢筋，进行最终固定。

6)埋件居中固定后，标记埋件中心并利用全站仪进行定位，通过调节底面模板和侧面模板的斜撑顶托，调整埋件中心至设计坐标。

3.8 仿清水混凝土施工

斜柱内钢筋极其密集，混凝土最大浇筑高度达7.65m，混凝土表观质量需达到仿清水效果，在浇筑与振捣困难的情况下，混凝土中产生的气泡不易被排出，容易积聚在顶面模板下，难以保证混凝土施工质量。

3.8.1混凝土浇筑

1)混凝土浇筑前，应至少提前1d绕斜柱模板底部一圈浇筑5cm高的水泥砂浆进行封边，防止漏浆。并在斜柱模板的1/3和2/3高度处，沿表面四周安装并固定振捣器。

2)采用C50自密实混凝土，坍落度为210～230mm，扩展度为650～750mm。

3)浇筑混凝土前，在斜柱内插1根直径100mm的软质波纹管，并在波纹管表面开70mm宽的槽，将直径50mm的振捣棒放于槽内，边提升振捣棒边提升波纹管，保持振捣棒始终在波纹管内。同时波纹管作为串筒，向下输送坐底砂浆和底部混凝土。

4)采用放料口和簸箕斗浇筑时，当混凝土即将浇筑至临近放料口标高时，安装并封闭放料口模板。

5)混凝土最终浇筑至设计柱顶以下100.000～150.000mm标高处。

3.8.2混凝土养护

待斜柱混凝土强度达1.5MPa后，拆除斜柱顶部和侧面模板，浇水并覆膜包裹养护14d。

3.9 斜柱预应力张拉与封锚

3.9.1斜柱预应力张拉

当混凝土强度达到设计强度的90%时，可采用25t前卡式千斤顶对柱顶预应力筋进行单端张拉，并分批、分阶段对称实施。张拉时，先张拉顶部模板一侧的预应力筋，再张拉底面模板一侧的预应力筋，每侧预应力筋均从中间向两边对称张拉。斜柱柱顶预应力筋张拉顺序如图6所示。

图6 斜柱柱顶预应力筋张拉顺序

预应力斜柱应采用超张拉，张拉控制应力σcon为1 488N/mm2，单根钢绞线张拉控制力Ncon=208kN。张拉程序为0→10%σcon(记录伸长值L1)→ 20%σcon(记录伸长值L2)→100%σcon(记录伸长值L3)→荷载持续2min→卸载。采取控制应力和伸长值的双控措施，伸长值偏差控制在±6%内，超出应暂停张拉。预应力筋张拉完成后应及时切除多余部分,外露长度≥30mm，随后涂抹防腐油脂或环氧树脂。

3.9.2斜柱二次灌浆及封锚

张拉完成后即可拆除斜柱的底面模板及支撑体系，封锚采用无收缩自流灌浆料，灌浆料性能要求1d强度≥20MPa、3d强度≥40MPa。灌浆料宜采用机械拌合，并严格按要求加水，拌合时宜先加入2/3的水，拌合约3min，然后加入剩余水量拌合至均匀，拌合地点宜靠近灌浆地点。灌浆前在柱顶接触混凝土表面初步凿毛，并清除杂质，利用铁皮模沿斜柱顶部周边制作简易吊模，铁皮模顶高于柱顶设计标高50mm以上，底部安装模板固定，确保不松动、不漏浆。

灌浆时从柱顶埋件的排气导料孔缓慢灌入，以利于排出空气，致密缝隙内不宜振捣，可利用条板拨动引流，直至整体达到设计柱顶标高。灌浆完成30min内覆盖薄膜进行养护。

4 结语

在大型公共建筑中使用预应力斜柱作为屋盖支撑柱，通过发挥预应力筋的特性，可解决斜柱内偏心受荷的难题。

仿清水混凝土预应力斜柱施工技术应用于深圳宝安国际机场卫星厅工程中，填补国内预应力斜柱施工技术的空白。同时通过该技术攻克斜柱内钢筋及预应力筋施工空间受限、柱顶埋件安装误差控制严、纵向钢筋倾角不一、混凝土成型要求高等技术难题，保证了132根斜柱仿清水混凝土的外观质量，并节约工期和降低成本，圆满完成施工任务。