现浇混凝土空心楼盖是用轻质材料以一定规则在现浇楼板中埋置永久性空心内模, 经现场浇筑混凝土形成内空腔、楼盖承载力基本不变的空间蜂窝状全现浇结构^[1]。

GBF高注合金薄壁方箱为现浇混凝土空心楼盖内置芯模, 埋置的方箱为非轴芯内模, 形成板内空心空间, 不参与结构受力。但由于方箱质轻, 在浇筑流态混凝土时会产生较大浮力, 使方箱上浮, 并传递浮力至板筋, 若不对方箱采取有效的抗浮定位措施, 楼板板筋和方箱易发生位移、钢筋的保护层偏差超出规范、方箱下方混凝土难以振捣密实, 严重影响结构质量, 因此控制施工过程中方箱的位移是保证现浇混凝土空心楼盖施工质量的关键。结合实际工程, 运用Midas/Gen建筑结构有限元分析软件对方案所采取的抗浮定位措施进行施工模拟, 优化GBF高注合金薄壁方箱的抗浮定位措施, 采取扫描检测手段对抗浮定位措施效果做出评价, 以判定其可行性, 为工艺改进提供数据支持。

工程位于北京市, 为现浇钢筋混凝土框架-剪力墙结构, 地上23层, 地下4层, 建筑高度为99.7m, 标准层高4.1m, 跨度10.3m。现浇空心楼盖应用楼层为地下4层到地上23层, 方箱约布置90 000个, 平均每层1 536.18m², 现浇混凝土框架梁作为方箱楼板四周支撑。

现浇混凝土空心楼盖板厚315mm, 楼盖内模采用500mm×500mm×200mm的GBF高注合金薄壁方箱;楼盖截面中腹肋宽100mm, 上翼缘厚55mm、下翼缘厚60mm, 设计断面如图1所示。

GBF高注合金薄壁方箱作为现浇混凝土空心楼盖结构的全内置芯模, 具有质量轻、强度高的特点, 在实际施工过程中, 混凝土强度等级、坍落度、温度、浇筑速度、浇筑高度以及振捣的连续性等都是影响混凝土浇筑过程中芯模位移的重要因素。

1) 为使现浇混凝土空心楼盖埋入式内模不上浮, 现多采用压筋法, 即在肋间设置字形钢筋支架, 布置在内置芯模十字凹槽内, 用来控制芯模的上口位置和排与排间的距离, 在铺设完内置芯模后, 再用8号或12号铁丝绑扎牢固。

2) 整体模上固定法是另一种现浇混凝土空心楼盖内置芯模抗浮技术的措施, 主要根据传统施工经验将固定箱体的通长钢筋作为抗浮筋, 在模板上设置铁钉固定点, 采用铁丝将抗浮筋与铁钉拧紧固定。铁钉钉入模板下木龙骨内, 采用双钉交叉钉入1/2长度。

3) 内置芯模采用抗浮压筋通过铁丝固定于模板支架。

现浇混凝土空心楼盖内置芯模抗浮定位技术措施的关键是合理布置抗浮控制点。传统的抗浮定位经验极可能造成浪费或其他不适宜情况, 因此结合工程实际特点, 运用结构分析软件, 合理进行抗浮定位分析, 成为科学管理项目施工的重要依据。

现浇混凝土空心楼盖运用满足力学平衡和变形协调条件的弹性分析法进行结构分析。模拟工况数值分析时, 定义混凝土为经典流体, 对内置芯模产生的浮力适用阿基米德基本原理。

计算分析模型假定为在受力过程中只考虑混凝土作为液体对方箱的上浮力、钢筋及方箱自重, 不考虑施工过程中产生的混凝土收缩徐变、瞬时冲击、设备振动造成混凝土、石子下沉对方箱空间多向受力等流动性的影响, 进行抗浮受力模拟分析计算。

1) 模型结合楼板实际特征, 以方箱为单位, 选取5×4个方箱单元。箱顶加强槽内压十字形212通长抗浮钢筋;8号抗浮铁丝穿过模板后, 将底板下层钢筋与支模架拉结固定, 抗浮点从梁边300mm处开始设置, 横距600mm, 纵距1 000mm, 如图2所示。

2) 定义截面每个方箱按2 mm厚矩形板截面计算, 钢筋和铁丝分别为12, 4的实腹圆形截面。

3) 材料特性 (1) GBF高注合金薄壁方箱为塑性材料, 弹性模量为1.1×10³N/mm², 泊松比为0.3, 线膨胀系数为5.0×10⁶ (1/℃) , 容重为3.0×10^-5N/mm³; (2) 钢筋、铁丝的弹性模量为2.06×10⁵N/mm², 泊松比为0.3, 线膨胀系数为1.2×10⁶ (1/℃) , 容重为7.698×10^-5N/mm³。

4) 定义荷载自重按定义的材料和截面自动计算, 活荷载取3.5k N/mm²。

5) 约束边界条件按照固定支承的边界条件进行约束。

6) 薄壁方箱整体受力变形和分布如图3所示。

抗浮铁丝最大受力120.9N/mm²<[σ]=210N/mm², 满足抗浮安全要求。

GBF高注合金薄壁方箱现浇混凝土空心楼盖施工前由专业施工队进行布盒预控, 合理优化排布设计并经相关单位签字认可, 根据专项施工方案进行施工。

1) 高注合金薄壁方箱被吊至安装楼层排放前, 做好外观质量检查, 确保其符合标准规定。

2) 水电管线盒按放线位置布置在高注合金薄壁方箱肋间位置, 并应验收合格。

3) 根据布盒图进行放线, 保证方箱之间及方箱与墙、柱间的间距符合设计要求, 合格后按照GBF高注合金薄壁方箱设计抗浮措施进行方箱定位。

1) 箱顶加强槽内压十字形212通长抗浮钢筋, 将8号抗浮铁丝穿过模板后, 将底板下层钢筋与支模架拉结固定, 拉锚点按600mm×1 000mm设置, 抗浮点从梁边300mm起。

2) 安装方箱后, 8号抗浮铁丝将箱体顶部抗浮压筋与底板下层钢筋拉结固定, 拉锚点按纵横向抗浮压箱每600mm×600mm设置。

3) 箱体底部定位混凝土垫块, 每只箱体底部设4 块60mm×60mm垫块, 垫块须放在箱底四角位置。高注合金薄壁方箱抗浮剖面如图4所示。

在空心楼盖施工期间, 安排专人从地下4层开始进行全过程跟踪。为了能更好地掌握抗浮定位措施的实施效果, 项目部聘请专业检测机构, 对浇筑完成的首层 (冬季施工) , 7, 16, 20层顶板各选取5个区域进行检测, 主要检测方箱位置、钢筋保护层厚度、混凝土密实情况等。

选定表面平整楼板, 并划设1 200mm×1 200mm方格检测区域, 长宽分别划分为等距离的8段, 即每段长150mm, 该区域共划分为64块小方格;采用PS-1000混凝土透视仪扫描区域内部情况, 扫描所检测部位芯模完整无损、无明显偏移、混凝土密实, 如图5所示。

1) JGJ/T268—2012《现浇混凝土空心楼盖技术规程》中关于现浇混凝土空心楼盖结构填充体安装检验批的质量, 规定同行 (列) 填充体中心线不大于15mm, 相邻行 (列) 填充体平行度不大于15mm, 相邻填充体顶面高差不大于13mm。

2) 1, 7, 16层所检部位相邻填充体顶面高差均满足规范要求, 合格点率为100%;20层合格点率为80%。

3) 首层所检部位同行 (列) 填充体中心线偏差均满足要求, 合格点率为100%;7, 16层有18个满足要求, 合格点率为90%;20层有19个满足要求, 合格点率为95%。

4) 1, 16, 20层的所检部位相邻行 (列) 填充体平行度偏差有8个部位满足规范要求, 合格点率为80%;7层有9个部位满足规范要求, 合格点率为90%。

经检验, 以上所检部位腔体均未破损, 混凝土未发现不密实, 检验项目的合格率≥80%, 且无严重缺陷, 满足GB50204—2015《混凝土结构工程施工质量验收规范》合格标准的要求。

现浇混凝土空心楼盖内置芯模采用抗浮压筋通过铁丝固定于模板支架的抗浮定位措施有效, 拉结点间距布置合理, 施工简便、质量可控。但是针对实例中80%的合格点率, 后续工程应用中有必要从以下3个方面进一步探索和控制。

1) 抗浮铁丝的设置间距宜根据具体工程的箱体空心率V%进行可行性验算。

2) 检测结果虽满足规范要求, 但工程质量仍有很大的提升空间, 必须加强抗浮定位工艺质量的过程控制, 减少误差累积造成实体偏差超标。

3) 进一步探索工程实体的检测技术, 尝试将检测视图由平面向三维立体推进, 使检测报告更直观。