無站臺柱雨棚鋼管柱泵送混凝土頂升施工技術(shù)探討

摘 要：結(jié)合張家界無站臺柱雨棚工程實例，簡述無站臺柱雨棚鋼管柱泵送混凝土頂升澆灌施工工藝、操作要點及質(zhì)量、安全控制。

關(guān)鍵詞：鋼管混凝土；泵送頂升

中圖分類號：TU文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1672-3198（2008）05-0329-02

1 引言

近年來，越來越多的大跨度無站臺柱雨棚在我國火車站的建設(shè)中投入使用，而鋼管混凝土柱以其造型流暢、結(jié)構(gòu)受力性能好、截面尺寸經(jīng)濟(jì)等優(yōu)勢在無站臺柱雨棚中得到廣泛應(yīng)用。鋼管混凝土（concrete filled steel tube，簡寫為CFST）是由混凝土填入鋼管內(nèi)而形成的一種新型組合結(jié)構(gòu)。鋼管混凝土結(jié)構(gòu)可使混凝土處于側(cè)向受壓狀態(tài)，其抗壓強(qiáng)度可成倍提高，同時由于混凝土的存在，提高了鋼管的剛度，兩者共同發(fā)揮作用，從而大大地提高了承載能力。鋼管混凝土主要以軸心受壓和作用力偏心較小的受壓構(gòu)件為主，具有良好的受力性能和施工性能，具體表現(xiàn)為：承載力高、延性好，抗震性能優(yōu)越；施工方便，工期大大縮短；有利于鋼管的抗火和防火；耐腐蝕性能優(yōu)于鋼結(jié)構(gòu)。

2 張家界無站臺柱雨棚工程簡介

張家界無站臺柱雨棚33773m2，主體結(jié)構(gòu)采用雙肢鋼管混凝土組合柱支撐倒三角形鋼管桁架結(jié)構(gòu)，橫向跨度最大達(dá)到26.25m、縱向柱距為25m，共有46榀雙肢鋼管混凝土組合柱需要澆注C40混凝土。每榀鋼柱由2根φ630×16的鋼管焊接而成，變肢距１.2～３m，其中7榀澆灌高度為29.75m，其余 39榀澆灌高度為23.75m。

3 鋼管混凝土柱泵送頂升的特點

鋼管混凝土柱澆灌已廣泛使用的有開孔澆灌法、高位拋落法等施工方法。張家界無站臺柱雨棚根據(jù)鋼管混凝土柱變肢距這一特點采用在管柱下部開臨時澆灌孔，用混凝土泵自下而上灌注混凝土的泵送頂升法施工。采用泵送頂升法施工，在混凝土澆灌過程中不需振搗，可節(jié)省大量的混凝土用工和機(jī)械；由于混凝土從柱根向上頂升逆向澆灌，利用混凝土的重力自密實，比傳統(tǒng)施工工藝澆灌的混凝土更加密實、均勻，并較好地杜絕了采用高位拋落法在變肢距處出現(xiàn)離析、爛根等質(zhì)量通?。挥捎陔p肢柱在柱腳底部連通，利用連通器原理只需在任一肢柱上開孔就可以同時將一榀雙肢柱澆灌完畢，極大提高了施工效率；同時不搭設(shè)高空腳手架，減少了高空作業(yè)量，在安全保障方面可有較大改善，并且具有時間短、費用低等優(yōu)點。

4 混凝土泵送頂升澆灌工藝原理

在鋼管混凝土柱的底部管壁上開一個比輸送管略大的孔洞，用輸送管將混凝土輸送泵的出口與之連接， 利用混凝土泵的壓力將自密實混凝土自下而上擠壓頂升灌入鋼管內(nèi)，直至管內(nèi)注滿混凝土。鋼管柱頂部設(shè)置溢流排氣孔，以減少泵送壓力。在鋼管柱下部接口的接管上設(shè)置止流閘防止砼倒流。

5 混凝土泵送頂升澆灌施工工藝流程

6 混凝土泵送頂升澆灌施工操作要點

（1）泵送混凝土配合比：除必須滿足混凝土設(shè)計強(qiáng)度和耐久性的要求外，尚應(yīng)使混凝土滿足可泵性要求，使水灰比小、坍落度大，減少混凝土收縮，強(qiáng)度、均勻性和凝聚性均優(yōu)于普通同強(qiáng)度等級的塑性混凝土。在混凝土中同時摻加減水劑和膨脹劑，可使混凝土拌和物泌水率減小，含氣量增加，和易性改善，從而滿足泵送要求，可采用壓力泌水試驗結(jié)合施工經(jīng)驗進(jìn)行控制，一般10S時的相對壓力泌水率S10不宜超過40%。

S10=V10/ V140（V10、V140-混凝土加壓至10S和140S時的泌水量）

粗骨料選用最大粒徑與輸送管徑比對碎石不宜大于1：3，對卵石不宜大于1：2.5，細(xì)骨料宜采用中砂細(xì)度模數(shù)為2.0，同時摻合適量Ⅱ級粉煤灰，混凝土水灰比宜為0.4~~0.6，外加劑可選用高效緩凝減水劑增加砼的初凝時間，同時摻入10%的UEA膨脹劑使砼澆灌后微膨脹，以補(bǔ)償收縮達(dá)到密實。

（2）對混凝土輸送泵工作壓力的要求：頂升過程中，混凝土在鋼管內(nèi)呈“泉涌狀”上升，混凝土輸送泵工作壓力與泵產(chǎn)品性能、狀況、泵送高度、泵送水平距離和混凝土坍落度及和易性有關(guān)。施工前要根據(jù)現(xiàn)場實際水平泵送距離及泵送管路的設(shè)置計算壓力損失（具體見壓力損失換算表），為減少泵送壓力損失，輸送泵與鋼柱間距離不宜過大，以確保輸送泵的有效工作壓力達(dá)到10～16MPa。

（3）柱肢與混凝土輸送管的連接：在距鋼管混凝土柱底部約800mm的位置開一個進(jìn)料口，進(jìn)料口的尺寸比進(jìn)料短管大3mm，焊接的進(jìn)料短管采用混凝土泵管制作，焊接時須保證進(jìn)料短管與鋼管柱向下呈450，進(jìn)料短管的出口面呈水平狀態(tài)以防止混凝土進(jìn)入鋼管柱后直接噴射到管內(nèi)壁，減小混凝土向上的頂升阻力（詳見圖2）。進(jìn)料短管與鋼管柱之間采用焊接，焊縫高度不小于壁厚。為防止施工時進(jìn)料口處振動劇烈，將進(jìn)料口與鋼管柱之間的焊縫撕裂，在進(jìn)料短管周圍均勻地加焊加強(qiáng)筋板。

（4）止流閥的制作、安裝：為防止在拆除輸送管時混凝土回流， 需在連接短管上設(shè)置一個止流裝置，其形式可以是閘板式的（詳見圖3），或者是插楔式的。為防止在混凝土泵送頂升澆灌過程中閘板縫漏氣，需用黃油涂縫，或者加設(shè)一個密封圈墊在閘板縫內(nèi)?；炷帘盟晚斏凉补嘟Y(jié)束后，控制泵壓2～3ｍｉｎ，然后略松閘板的螺栓，打入止流閘板，即可拆除混凝土輸送管，轉(zhuǎn)移到另1根鋼管柱澆筑。待混凝土強(qiáng)度達(dá)70%

后切除連接短管，補(bǔ)焊洞口管壁，磨平、補(bǔ)漆。補(bǔ)洞用的鋼板宜為原開洞時切下的。

（5）卸壓孔：采用泵送頂升澆灌工藝，鋼管柱頂端必須設(shè)溢流卸壓孔或排氣卸壓孔。溢流卸壓孔的面積應(yīng)不小于混凝土輸送管的截面面積，并將洞口適當(dāng)接高，以填充混凝土停止泵送頂升澆灌后的回落空隙。

（6）在混凝土泵送頂升澆灌作業(yè)中注意事項：

①頂升前必須對進(jìn)料短管、彎頭、止流閥進(jìn)行全面的檢查，進(jìn)料進(jìn)料短管與鋼管須焊接牢固，以免頂升時因水平管顫動而脫焊，造成頂升失敗。

②及時做好混凝土坍落度及坍落擴(kuò)展度的檢測。

③同一鋼管內(nèi)的砼頂升必須連續(xù)進(jìn)行。

④頂升前和首次頂升后續(xù)接砼管時都必須用與砼相同標(biāo)號的水泥砂漿潤管。

⑤用于潤滑輸送管的水泥砂漿不得替代混凝土注入柱內(nèi)。

⑥對鋼柱上開啟的雨水管、電力及信號預(yù)埋管在施工前密封好。

⑦不可進(jìn)行外部振搗，以免泵壓急劇上升，甚至使?jié)仓黄戎袛?。?/p>

⑧當(dāng)混凝土中石子從卸壓孔洞中溢出以后穩(wěn)壓2～3min方可停止泵送頂升澆灌。等待2～3min后再插入止回流閥的閘板，混凝土頂升澆灌施工完畢。頂升完后及時清理被水泥漿污染的鋼結(jié)構(gòu)。

7 施工質(zhì)量控制

在施工中嚴(yán)格遵照《鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工規(guī)程》、《自密實高性能混凝土技術(shù)規(guī)程》、《混凝土泵送施工技術(shù)規(guī)程》和《建筑工程質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)》的有關(guān)規(guī)定，尤其要求：

（1）泵送混凝土采用的水泥、砂、石子、水、摻和料、外加劑等原材料技術(shù)指標(biāo)必須符合國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。特別是骨料粒徑，含泥量、含水率應(yīng)經(jīng)常檢測，根據(jù)檢測結(jié)果及時調(diào)整配合比。

（2） 混凝土添加的水泥摻和料、外加劑均應(yīng)有合格證和出廠檢測報告。

（3）現(xiàn)場隨時檢查混凝土的坍落度，不符合要求的及時通知攪拌站。

（4）柱內(nèi)混凝土的質(zhì)量檢驗，其標(biāo)準(zhǔn)試樣的取樣符合《混凝土強(qiáng)度檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)》的要求。加強(qiáng)混凝土試塊質(zhì)量管理，專人負(fù)責(zé)制作、養(yǎng)護(hù)、保管及送檢，以試驗報告作為檢驗工程質(zhì)量和交工的依據(jù)。

（5）鋼管混凝土施工必須符合《鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工規(guī)程》（CECS28：90）的要求，澆灌質(zhì)量可用敲擊鋼管的方法進(jìn)行初步檢查，為了對鋼管混凝土柱的核心混凝土質(zhì)量和鋼管混凝土柱的完整性有一個更科學(xué)的結(jié)論，在現(xiàn)場施工時除按《混凝土強(qiáng)度檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)》(GBJl07-87)留置試塊的方法檢驗混凝土的強(qiáng)度外，可采用應(yīng)力波脈沖反射波法和直達(dá)波法對鋼管混凝土柱完整性進(jìn)行了檢測。

（6）對不密實的部位，應(yīng)采用鉆孔注漿法進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，然后將鉆孔補(bǔ)焊封閉。

8 安全措施

除應(yīng)執(zhí)行相關(guān)安全施工措施規(guī)定外，尚應(yīng)遵守注意下列事項：

（1）施工作業(yè)人員必須了解和掌握技術(shù)操作要領(lǐng)，特殊工種（如輸送泵操作人員、電焊工等）應(yīng)持證上崗。

（2）混凝土澆灌前，應(yīng)對截止閥、輸送管的布管及接頭等進(jìn)行檢查，符合要求后方可開機(jī)進(jìn)行空運轉(zhuǎn)。

（3）在混凝土澆灌過程中，截止閥旁嚴(yán)禁站人。

（4）現(xiàn)場道路要平整暢通，保證混凝土輸送泵平穩(wěn)運行。

（5）混凝土運輸車出場前應(yīng)清理下料斗，防止混凝土滴灑，經(jīng)洗車臺洗車后方可離場。

9 結(jié)束語

張家界無站臺柱雨棚鋼管混凝土柱混凝土澆灌采用泵送頂升法施工，全部46榀鋼柱一次性頂升至設(shè)計標(biāo)高，施工完成后采用敲擊法檢查鋼管混凝土的密實性，未發(fā)現(xiàn)空鼓現(xiàn)象，并對拉索及桁架連接處進(jìn)行了超聲波檢測，也未發(fā)現(xiàn)明顯收縮相象。

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請以PDF格式閱讀原文。