随着我国经济建设的迅速发展, 钢管混凝土结构因其自重轻、抗震性能优良、施工速度快等优势, 近年来广泛应用于机场、体育场馆、展厅等大跨度工程及高层建筑中。钢管混凝土柱基础设计通常采用插入式杯口基础, 按照常规工艺钢柱施工过程中轴线对中、标高及垂直度较难保证。本文以江苏省某机场项目为例, 详细介绍了本工程插入式钢管混凝土柱安装所采用的新工艺———导向式安装技术。

某工程建筑面积3.55万m², 长374m, 宽84m, 建筑最高点30m。建筑标高7.800m以下为现浇钢筋混凝土框架结构, 屋盖采用曲面空间网格结构, 由46根圆管混凝土柱和12根方管混凝土柱支承, 圆管最大截面为1 500×35, 方管最大截面为□600×600×20, 钢管混凝土柱采用插入式杯型基础, 杯口侧壁与钢管混凝土柱间隙100mm, 杯底与柱底间隙50mm, 基础内二次浇灌高强无收缩C40细石混凝土, 如图1所示。

常规工艺一般在杯口拆模后, 在杯底用细石混凝土找平至钢柱底标高, 对土建施工精度要求较高;水平方向在测量就位后用楔铁对钢柱进行固定, 水平偏差控制有较大的随意性, 此工艺对标高误差和水平偏差控制不理想。本工艺通过增加柱脚定位器, 对钢柱标高及水平位移误差进行有效控制, 避免因人为原因造成的反复整改、重复矫正的情况, 有效提高了安装精度及效率。

此工艺对结构细部有如下设计要求: (1) 安装间隙≥25mm, 杯口侧壁与钢管混凝土柱间隙≥25mm+栓钉长度; (2) 杯底与柱底间隙≥50mm; (3) 钢管柱底预留直径400mm圆孔。

为了保证钢柱安装净距, 考虑到浇筑混凝土模板变形, 基础封模时应注意侧模向外收1cm左右, 底模向下收1cm左右, 底模不得出现正公差。

基础拆模后, 测量放线并对杯型基础轴线对中及杯底标高进行复测, 对于轴线对中偏差>2cm、杯底标高+2cm以上的情况及时整改。基础验收完毕后进行杯壁凿毛。对于轴线对中偏差>2cm的情况, 按照定位器尺寸划线, 对基础侧壁开槽;对于杯底标高+2cm以上的情况, 需要向下凿4~5cm, 再用细石混凝土找平。

本施工工艺的关键技术为导向式定位器的设计及安装。导向式定位器的设计需综合考虑安装允许误差、钢柱及定位器相互匹配、定位器加工焊接顺序等。

在钢管柱底预留直径400mm圆孔, 根据以上特点, 设计十字交叉锥形定位器, 同时在钢柱底板上对应位置设计4块定位耳板与之相契合。定位器分两部分:锥形定位十字板、锚栓, 定位器做法如图2~4所示。

杯口平面尺寸>800mm的, 在基础拆模后采用化学锚栓植筋的方式, 化学锚栓采用16规格。由作业人员通过爬梯下到基础底部, 根据测量放线所定点位钻孔, 成孔完毕后清理杂物, 注胶并植入化学锚栓, 植筋后8h基础底部不得有积水, 以免影响化学锚栓强度。

化学锚栓定位测量无误后, 将调平螺母调整至设计标高, 并将螺母与螺杆点焊固定, 将锥形定位十字板与化学锚栓组合就位, 完成定位锚栓安装。

基础施工分2个阶段:第1阶段进行桩基及基础梁施工, 第2阶段进行杯口基础施工。杯口平面尺寸>800mm的, 采用普通钢筋锚栓, 由于作业人员无法在基础内施工, 在第1阶段基础梁钢筋绑扎时, 将定位锚栓用钢筋与基础梁钢筋点焊加固, 以免浇筑混凝土时造成锚栓位置偏移。由于锚栓定位器分锥形定位十字板、锚栓两部分, 为了土建封模需要, 将锥形定位十字板、锚栓组合并将锚栓点焊固定后, 取下锥形定位十字板, 待基础梁拆模后, 将其复位, 如图5所示。

插入式钢柱吊装就位后, 作业人员无法进入杯底进行施工, 因此钢柱柱脚无法安装螺母紧固固定, 钢柱柱脚以上部分处于可动状态。为保证钢柱在安装完成后、桩基第2次浇筑混凝土过程中的定位精度, 须在杯口上部设置固定卡板, 配合柱底定位措施完全将钢柱固定。

采用25mm厚梯形定位卡板, 卡板尺寸:上边150mm、下边50mm、高150mm。在钢柱就位后, 将4块卡板等间距卡在柱与孔壁之间, 调整好垂直度之后将卡板点焊在钢柱上, 完成钢柱定位。插入式钢柱安装固定形式如图6所示。

由于钢柱高度较高, 现场需拉设缆风绳临时固定, 缆风绳锚栓采用直径14mm的钢筋进行弯钩预埋, 预埋位置在基础梁上;缆风绳采用直径9.3mm的钢丝绳, 共设置4个方向, 如图7所示。

由于交叉施工等原因造成对钢柱扰动, 钢柱定位后需要对柱身垂直度进行复测, 对不满足精度要求的钢柱, 在杯口上方焊接回顶架, 用千斤顶进行局部校正, 校正完毕后将固定楔铁与钢柱焊接牢固, 防止松动。

本工程采用此工艺进行安装, 单根钢柱安装速度较常规工艺加快1倍以上, 基本上一次定位成型;二次矫正工作量小, 只需对垂直度进行小幅纠偏, 安装精度高;固定楔铁及缆风绳双重防护保证了安装过程中钢柱的稳定性, 经济性及安全性好, 整体应用情况良好。