大斜率斜柱混凝土振捣施工技术探究

吴强

0 引言

随着建筑外形趋于异型结构的发展，在现代建筑设计中大斜率斜柱越来越多出现，由于斜柱斜率较大，结构复杂给传统的施工方法带来了一定的影响。张建新、王伟和江逢潮等人通过控制模板支撑体系，解决斜柱钢筋工程、斜柱测量定位、斜柱模板工程和混凝土浇筑的施工技术难题；朱帅帅等人通过硬撑软拉加3 层的措施，解决了斜柱支模施工和混凝土浇筑质量的难题；周洲从设计角度采用SATW 和ETABS 两种软件，分析斜柱，对相关节点的设计和构造进行了措施加强。以上方法都是通过解决外力影响，最大程度提高斜柱的施工质量问题。

现阶段施工现场常采用常规的插入式混凝土振捣棒的混凝土振捣方法，难以对斜柱柱根部位混凝土振捣密实，当振动棒插入时，在自重力牵引下，振动棒随着自身振动会垂直插入柱中，导致柱脚接近三分之二区域的混凝土无法振捣，从而产生柱脚混凝土强度不足，柱根以上1m 范围内混凝土表面出现大面积蜂窝、麻面现象，严重影响斜柱柱脚混凝土强度及表观质量。因此在兰州奥体中心项目施工过程中，技术人员通过改变传统的施工方法，针对大斜率斜柱混凝土难以振捣密实的问题，拟采用辅助振捣方法，对振动棒进行牵引，从而达到斜柱下部混凝土振捣密实的目的。

1 工程概况

兰州奥体中心运动员公寓及体育产业用房工程主体结构呈椭圆异形结构，四面均为弧形，且南侧从底至顶从外向内逐渐退层，退层深度约为1m，退层部位每层有混凝土斜柱12 根，1～16 层共计192 根斜柱。效果图如图1 所示。不同轴线圆柱斜率分别为：1层为 81.28°和86.64°，2～5层为80.33°和86.27°，6～16 层为77.64°和85.20°。每层椭圆曲率最大处分布4 根大斜率圆柱，最大斜率为77.64°。

图1 兰州奥体中心运动员公寓效果图

2 方案比选及方案确定

2.1 提出方案

2020 年2 月29 日，项目部在春节后组织施工的首个周末，召开了斜柱混凝土难以振捣密实的专题会，项目组织了所有工程技术人员参加。结合本工程的实际，利用头脑风暴法详细讨论了所有可行方案，综合参考各方意见后，提出三种创新性的大斜率高耸圆柱混凝土振捣施工方法：

方法一：联系设计单位，将斜柱混凝土全部改为同等级自密实混凝土进行浇筑；

方法二：在斜柱上倾斜面的模板上预留导流口和振捣口，待下层混凝土振捣完成后及时封闭模板；

方法三：采取振动棒辅助振捣方法，对振动棒进行人为牵引至斜柱上倾斜面及柱脚。

2.2 方案比选和分析

项目部从技术特点和经济合理性角度出发，并利用矩阵图对三个方案进行比选分析，如表1 所示。

表1 方案综合对比分析表

通过对以上三种方案可靠性、操作难易程度、工期、经济效益和其他影响，经综合对比及用矩阵图对方案进行比选，认为方案三采用辅助振捣方法，对振动棒进行牵引来振捣斜柱上倾斜面及以下部分的混凝土最可行。

3 研究方法

本研究方法为5W1H 方法，拟采用现场实操和计算机模拟达到预期值，本文的技术路线如图2 所示。

图2 技术路线图

本研究方法为5W1H 方法，拟采用现场实操和计算机模拟达到预期值，针对大斜率斜柱混凝土难以振捣密实的问题，采用辅助振捣方法，对振动棒进行牵引。在浇筑下层底板混凝土时，在斜柱柱脚埋设直径φ30mm 直螺纹套筒，套筒倾斜角度和斜柱斜率保持一致，在斜柱钢筋绑扎时，在套筒上安装φ30mm的圆钢，圆钢上部与斜柱柱筋进行临时固定，在混凝土浇筑时，将带有箍带的轴承套在圆钢上，然后将箍带箍在振动棒根部，使振动棒沿着圆钢上下活动，根据圆柱直径大小，确定预埋直螺纹套筒的数量，多个振动棒同时振捣，从而达到斜柱柱根混凝土振捣密实的目的。在混凝土浇筑完成后，用力矩扳手拧动圆钢，缓慢拔出，从而达到斜柱下部混凝土振捣密实的目的。

4 实施对策

针对以上施工工艺，运用5W1H 方法，提出3 种对策进行解决。

对策（what）一：根据振动棒影响范围，确定预埋套筒数量、间距及振动棒数量；目标（why）是确保斜柱柱脚混凝土在振捣范围内振捣密实、无气泡；采用按照振动棒影响范围300～400mm 排布预埋套筒，确保套筒倾斜度与斜柱倾斜度大致相同，且方向保持一致的措施（how）；由专门负责人（who）在规定时间（when）规定地点（where）完成。

对策二：保证震动棒能在箍带牵引下自由沿着圆钢上下滑动；目标为确保震动棒可在特定的圆钢上沿着圆钢人为上下轻松移动；措施为制作带有轴承的箍带，将箍带固定在振动棒上，由于轴承可大大减小其与圆钢的摩擦力，能够保证震动棒在箍带的牵引下沿着圆钢上下轻松移动。

对策三：确定多个震动棒同时震动所需最佳振捣时间；目标是确保混凝土不发生漏振或者过度振捣；措施为振捣范围不重叠的部位按照快插慢拔的原则进行，重叠部位通过实验确定振捣时间，以混凝土表面不再出现气泡为止；完成地点在办公室和现场。

4.1 确定预埋各项参数

根据振动棒影响范围，确定预埋套筒数量、间距及振动棒数量。

按照振动棒振捣范围300～400mm 排布预埋套筒；预埋套筒在柱脚靠近上倾斜面的部分呈梅花形布置，柱脚靠近下倾斜面的部分振动棒由于自重力牵引，无需布置预埋套筒即可深入此部分。

为确保混凝土振捣充分密实，且易于操作，尽量保证预埋的直螺纹套筒的倾斜度与斜柱倾斜度保持一致，且倾斜方向相同。实施效果检查：直螺纹套筒布置合理，倾斜角度与斜柱倾斜角度保持一致。

4.2 保证振动棒滑动措施

保证振动棒能在箍带牵引下自由沿着圆钢上下滑动。现场选用内圆直径为φ30～35mm 的轴承，并在轴承外圆上焊接箍带，箍带与轴承之间可用φ6mm 的圆钢进行焊接连接，并保证焊接牢固。实施效果检查：轴承与箍带焊接牢固，箍带箍定振动棒后，在轴承的减阻作用下，振动棒可沿着轴承上下自由移动。

4.3 确定振动棒振捣时间

确定多个振动棒同时振动所需最佳振捣时间。对多个振动棒同时振捣斜柱混凝土的时间，通过试验进行确定，以斜柱混凝土每次浇筑高度1.5m 进行模拟，振动棒需同时向上缓慢提升1～2 次，从下到上共分2～3 次进行振捣，每次振捣时间约为20～30s，振动棒第二次提升后，观察混凝土表面是否有气泡产生，混凝土粗骨料是否不再沉落为止，并记录振捣时间约为50～60s。混凝土振捣模拟示意图见图3。斜柱整体效果见图4。

图3 混凝土振捣模拟示意图

图4 斜柱混凝土整体效果

5 效果验证

通过大斜率斜柱混凝土振捣施工技术，斜柱柱根部分混凝土强度达到设计规定强度的100%；斜柱混凝土表面孔洞、裂隙现象不再发生，浆体与骨料粘结力良好，合格率在96.35%；斜柱柱根1m 以上混凝土表面蜂窝麻面现象降至8.85%，检查验收汇总见表2，为一次结构一次成优提供了良好的条件。

表2 检查验收汇总表

兰州奥体中心项目运动员公寓及体育产业用房，通过斜柱混凝土振捣技术创新，降低了施工成本，缩短了施工周期，提高了施工质量。累计产生直接经济效益约130 万元。

6 结论

通过在下层楼板混凝土浇筑时，在斜柱柱根靠近建筑物外侧一侧预先埋置φ30mm 钢套筒，在套筒上连接与柱高等高的φ30mm 圆钢，圆钢上部与斜柱柱筋进行临时固定，圆钢斜率与柱子斜率保持一致，在混凝土浇筑时，将带有箍带的轴承套在圆钢上，然后将箍带箍在振动棒根部，轴承能大大减少与圆钢之间的摩阻力，因此振动棒可以在带有箍带的轴承牵引下，人为轻松地使振动棒沿着圆钢上下活动，从而达到斜柱柱根混凝土振捣密实的目的。在混凝土浇筑完成后，用力矩扳手拧动圆钢，缓慢拔出，从而达到斜柱下部混凝土振捣密实的目的。

近年来，国内外关于异形超高层及高层建筑层出不穷。各地方政府在城市建设方面独具特色，建筑造型设计新颖，异形高层建筑随之越来越多。本研发项目涉及的关键技术针对此类建筑具有较强的适用性，且能够创造良好的经济效益、社会效益，可广泛应用于异形高层和超高层施工建造。