重庆来福士广场项目T4N塔楼地下3层、裙楼6层、地上68层, 总高度350m, 结构形式为带腰桁架和巨柱的外框架+核心筒+混合伸臂 (连接核心筒角部和巨柱) 的结构体系。塔楼北立面结构为弧形无饰面结构, 巨柱沿北侧先外凸后内收。外框北侧超大截面弧形SRC巨柱KZT4N-1\KZT4N-4 (见图1) 最大截面尺寸为4 000mm×4 000mm, 最小截面尺寸为1 050mm×1 050mm, 最大层高为8.9m, 最大倾斜角度为8.1°, 型钢最大截面尺寸为3 140mm×3 170mm, 每米重达7.143t。

1) 超大截面弧形SRC巨柱模架设计与安装 由于角部SRC巨柱截面尺寸达4m, 且北侧呈弧形, 采用传统的悬挑架作为外防护搭设巨柱模板, 工效低^[1,2];若采用液压整体提升架施工, 巨柱位置架体斜向爬升及转角部位的有效封闭较难施工^[3], 因此需要对SRC巨柱模架进行合理的优化设计, 以有效保证施工的安全性。

2) SRC巨柱模板体系设计 针对大截面SRC巨柱整体呈弧形、倾斜角度多变的特点, 应尽可能选用通用性的大模板, 避免超大截面柱木模板散拼施工效率低下的情况^[4], 同时SRC巨柱外侧设计上有无饰面混凝土要求, 因此模板的强度、平整度、可操作性等要求显得尤其重要。

3) 超大截面SRC巨柱模板加固施工 SRC巨柱内含型钢, 且截面尺寸大, 采用常规对拉螺杆和型钢加固的方式已不再适用。而在型钢上直接焊接钢筋及加固螺杆, 不仅造成原材料的极大浪费, 而且影响外立面无饰面混凝土的成型效果, 因此亟需解决SRC巨柱模板加固的可靠性, 同时减小加固材料浪费, 保证混凝土成型质量。

针对SRC巨柱截面尺寸大、整体呈弧形的特点, 液压整体提升架及传统的悬挑架不再适用, 因此借鉴核心筒结构液压爬模体系的设计及施工经验, 将附着式液压爬升模架体系运用于超大截面弧形SRC巨柱施工^[5,6]。根据SRC巨柱施工特点及爬升模架分片设计的原则, 在每个巨柱外侧立面布置2榀机位, 即巨柱布置双侧导轨附着式爬升模架, 如图2所示。该模架集机械、液压、自动控制等技术于一体, 主要由操作系统、埋件系统、机械系统、模板系统、液压爬升系统5大部分组成, 作为柱外侧模板和围护操作架。在巨柱两侧分别布置2条导轨, 导轨通过埋件支座及爬锥附着在已浇筑的巨柱结构上。通过棘爪、千斤顶组件为连系件, 与导轨和架体组成具有导向功能的互爬结构。

操作系统竖向高度覆盖两层半, 包括第1层柱筋绑扎层、第2层柱模板封闭层和第3层巨柱养护层, 第1层柱筋绑扎的同时可以进行第2层柱模板封闭, 第2层柱浇筑完成退模后安装导轨附着, 待导轨提升后, 操作人员立即转到下平台拆除导轨提升后露出的下平台处的埋件支座等, 可进行第1层柱筋绑扎、第2层柱模板封闭, 如此循环。模板通过定型滑动装置固定在架体上, 该装置由承力梁、吊模梁、滑动轮组成, 滑动轮可在吊模梁一定范围内自由滑动, 即可快捷完成模板安拆。双侧导轨附着式爬升模架功能分区如图3所示。

1) 当巨柱截面随建筑高度逐渐内收时, 柱截面内收一侧的爬升模架机位、导轨及附墙件也随之逐步减少, 当巨柱截面小于相邻两机位间距时, 将内收一侧的模架机位、导轨及附墙件进行内移, 从而保证单片模架的稳定性。

2) 双侧导轨附着式爬升模架采用分片式设计, 即柱两侧模架平台分为单独2片, 分片位置断开预留一定尺寸, 采用翻板搭接将平台通道连成整体, 从而减少每片导轨附着式爬升模架液压油缸数量, 便于同片内油缸的同步控制提升, 从而减小弧形巨柱角度多变产生的影响。

3) 巨柱弧形侧面具有斜向角度变化多、单次变化角度小的特点, 故模架在斜向爬升前, 需要根据层高变化及巨柱倾斜角度, 将附墙件预埋件的相对位置调整为与巨柱倾斜角度一致, 并利用主承力架与导轨间空隙, 该空隙能够满足小角度的单次爬升, 从而通过液压油缸顶升实现架体随柱身倾斜爬升, 待架体爬升到位后插入钢销轴, 架体恢复为竖直状态。

4) 巨柱倾斜角度变化较大处, 可通过提前2层调整附墙件位置, 避免出现倾斜角度过大导致架体单次爬升不到位的现象。当巨柱截面变化较大时, 拆除截面内收侧的导轨及附墙件, 待模架平台及钢模板改造完毕后再提升导轨, 从而保证施工的安全性。

1) 导轨附着式爬升模架系统的埋件由埋件板、高强螺杆、爬锥、受力螺栓和埋件支座组成, 受力螺栓是埋件主要受力部件, 要求经过调质处理 (达到Rc25~30) , 并且经过探伤, 确定无热处理裂纹和其他原始裂纹后才可使用。爬锥孔内抹黄油后拧紧受力螺栓, 保证混凝土不流进爬锥螺纹内, 爬锥外用胶带及黄油包裹以便于拆卸, 预埋板焊接固定在高强螺栓的另一端, 连成一体。

2) L_n层钢筋绑扎完成后, 放置导轨附着式爬升模架预埋件, 使用木模板施工L_n层剪力墙。导轨附着式爬升模架预埋件安装流程:测量定位→预埋件选型→钢模开设预埋孔→预埋件固定 (见图4) 。施工时, 根据导轨附着式爬升模架机位布置图进行放线定位。除受力螺栓外, 其余构件埋入墙体, 埋入深度为275mm, 受力螺栓通过在钢模上预先开孔以保证预埋件的固定。对于厚度<400mm的外墙和内墙采用机位对拉的形式, 即在剪力墙上对穿M42穿墙螺栓。取出爬锥后, 用水泥砂浆将爬锥洞口抹平。

导轨附着式爬升模架材料进场后应提供充足的拼装场地, 在地面提前将主承力架、挂架等可预先拼装的部件拼装成整体。钢模应提前进场, 将分段的钢模组装成整块。

1) 导轨附着式爬升模架附墙组件安装流程:混凝土强度检测→安装附墙装置→拧紧受力螺栓。

2) 将地面拼装完成的主承力架分片吊装, 安装主承力架之间的水平连系钢梁、铺设平台板→安装液压顶升控制箱→安装上架、水平连系钢梁及走道板→安装外立面防护→安装爬升导轨及液压系统。

1) 导轨附着式爬升模架施工流程:解除导轨附着式爬升模架平台与结构的连系→复核平台堆载情况→翻开导轨附着式爬升模架底部平台翻板→逐个爬升→爬升完毕插入销轴, 如图5所示。

2) 针对巨柱呈弧形倾斜的特征, 巨柱斜向角度变化较多, 对巨柱弧形侧面采用“以直带曲”的方式, 即每2~3层调整柱斜率, 故模架在斜向爬升前, 需要根据层高变化及巨柱倾斜角度, 对附墙件预埋件的相对位置进行调整, 并保证上下附墙件相对位置与巨柱倾斜角度一致, 液压油缸顶升时利用主承力架与导轨间空隙, 实现随柱身倾斜爬升, 待架体爬升到位后插入钢销轴, 架体恢复为竖直状态, 导轨附着式爬升模架斜向爬升步骤如图6所示。

1) SRC巨柱新型加固装置 新型SRC巨柱模板加固装置由可焊接性套筒、高强螺杆、高强PVC套管、套筒端螺栓堵头、模板端螺栓堵头、钢垫片及山形螺帽组成, 高强PVC套管通过套筒端螺栓堵头与焊接套筒连接, 高强螺栓内端穿过高强PVC套管与焊接套筒的内螺纹盲孔相连, 再将高强PVC套管通过模板端螺杆堵头与模板连接, 并采用钢垫片及山形螺帽进行加固, 从而形成完整的加固体系。其中高强PVC套管与螺栓堵头相配合, 能有效防止漏浆, 避免水泥浆漏到套管内, 从而保证高强螺杆可以拔出周转使用, 降低材料浪费, 其次高强度PVC套筒可替代模板内撑, 保证模板加固过程中螺栓加固位置处模板不变形, 同时节省模板内撑的材料。SRC巨柱新型加固装置如图7所示。

2) 模板深化设计 巨柱外侧钢模板根据截面变化情况, 采用多块可拆卸小钢模 (见图8) 。截面内收时, 只要拆除角部钢模板即可, 其余大面积的模板无需变动。巨柱弧形侧面采用梯形钢模板, 当巨柱倾斜角度发生变化时, 通过调节钢模板两端倒链长度, 使得钢模板不断随巨柱角度倾斜, 从而保证钢模板上开孔与加固螺栓套筒相互对应。

巨柱内侧采用大模板+散拼木模板的方式, 木模板预先拼装为3块大模板, 大模板中的水平及竖向拼缝采用双面胶封堵, 并根据加固螺栓孔的位置在大模板上开孔, 后将大模板整体倒运至施工部位进行拼接。

为满足SRC巨柱模板螺栓加固要求, 根据螺栓加固原则, 在考虑巨柱柱脚锚栓、加劲板、溢浆孔、柱内钢筋对螺栓影响的基础上, 通过Xsteel软件进行三维建模, 并在工厂中提前将加固套筒焊接于型钢上。同时根据巨柱弧形结构变化情况, 对每层柱截面模板进行深化设计, 综合考虑最有利的模板开孔位置, 深化每层加固套筒位置, 提高模板适用性。

3) 模板加固施工 钢筋绑扎前, 在套筒位置上插入螺栓, 待钢筋绑扎完成后取出螺栓, 从而使得钢筋避开套筒加固位置, 模板加固螺栓PVC套管及堵头如图9所示。

同时为保证外侧阳角的成型质量, 同时考虑施工操作的便捷, 则连接角钢、直角芯带与钢模板连接牢固。

综合考虑重庆来福士广场塔楼超大截面弧形SRC巨柱相关施工影响因素, 根据弧形造型的需要, 对其进行研究设计, 创新性地将“导轨附着式爬升模架”应用于超大截面弧形SRC巨柱, 以确保施工过程的安全性及可操作性, 同时对超大截面弧形SRC巨柱模板体系的设计及加固安装技术进行深化, 解决了超大截面弧形SRC巨柱钢筋绑扎困难、模板支设加固工效低、巨柱角度倾斜变化大等技术难题, 保证超大截面弧形SRC巨柱的质量与施工安全处于可控范围内, 同时加快了施工工期、节省了加固成本。