C70高強(qiáng)鋼管混凝土的泵送頂升施工研究

卞振江，孟凡雷，李鵬，劉芳，劉軍輝

(西麥斯（天津）有限公司,天津 300300)

0 前言

近年來(lái)隨著建筑行業(yè)的高速發(fā)展，高層、超高層建筑、大跨度結(jié)構(gòu)、地下以及海洋工程等項(xiàng)目的不斷涌現(xiàn)，對(duì)混凝土的要求也越來(lái)越高，各種功能性的混凝土層出不窮，同時(shí)對(duì)混凝土的施工也提出了更高的要求[1]。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(shì)在鋼結(jié)構(gòu)建筑中得到了廣泛應(yīng)用，鋼管混凝土（concrete filled steel tube）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)，鋼管混凝土可使混凝土處于側(cè)向受壓狀態(tài)，其抗壓強(qiáng)度成倍增加。但是對(duì)于鋼管混凝土的施工方法，大多采用高拋澆注，較少采用頂升方法，主要是因?yàn)轫斏▽?duì)設(shè)備和混凝土性能要求比較高。但是通過(guò)頂升法施工的混凝土結(jié)構(gòu)不需要振搗，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注，利用混凝土的重力自密實(shí)，比傳統(tǒng)施工工藝澆注的混凝土更加密實(shí)、均勻，并較好地杜絕了高位拋落法在變肢距處出現(xiàn)的離析、爛根等質(zhì)量通病。

天津市濱海新區(qū)位于天津東部沿海，面積2270 平方公里，海岸線153 公里，該新區(qū)緊緊依托北京、天津兩大直轄市，擁有中國(guó)最大的人工港、最具潛力的消費(fèi)市場(chǎng)和最完善的城市配套設(shè)施，濱海新區(qū)的高速發(fā)展也帶動(dòng)了建筑業(yè)的百花齊放，各種高性能的混凝土應(yīng)用到天津?yàn)I海地區(qū)的高層建筑中[2]。于家堡金融商務(wù)區(qū)是濱海新區(qū)的核心地標(biāo)型建筑群，北京建工承建的于家堡金融起步區(qū)項(xiàng)目中需要對(duì)鋼管柱進(jìn)行加固。其工程難度主要集中在該混凝土強(qiáng)度必須達(dá)到C70 要求[3]，同時(shí)需要自密實(shí)減少與鋼管柱的縫隙，施工方法為頂升澆注。本課題通過(guò)大量的試驗(yàn)來(lái)解決工程難題。

1 試驗(yàn)部分

1.1 北京建工承建的于家堡金融起步區(qū)項(xiàng)目的特點(diǎn)

1.1.1 混凝土強(qiáng)度等級(jí)

表1 鋼管混凝土的強(qiáng)度要求

1.1.2 工程介紹

圖1 鋼管結(jié)構(gòu)和內(nèi)部特征

圖2 北京建工項(xiàng)目工程圖

從圖1、2 中可以看出，該項(xiàng)目鋼管柱呈方形布置，從混凝土施工點(diǎn)到鋼管柱的水平距離為150m 左右，高為30m。因此我們采用固定泵不間歇式頂升輸送，這也給生產(chǎn)和施工帶來(lái)很大的不便。

1.2 原材料

1.2.1 水泥

天津水泥廠P·O42.5 級(jí)水泥，其性能指標(biāo)見(jiàn)表2。

表2 水泥試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表3 礦粉試驗(yàn)數(shù)據(jù)

1.2.2 礦粉

唐山特種水泥有限公司S95 級(jí)礦粉，其性能指標(biāo)見(jiàn)表3。

1.2.3 硅灰

奧斯麥特科技（北京）有限公司SF-93 級(jí)硅灰，其性能指標(biāo)見(jiàn)表4。

表4 硅灰試驗(yàn)數(shù)據(jù)

1.2.4 粗骨料

采用玄武巖碎石，顆粒級(jí)配尾5～16mm 連續(xù)級(jí)配，含泥量0.5%，堆積密度1530kg/m3，表觀密度2820kg/m3，壓碎指標(biāo)為6%。

1.2.5 細(xì)骨料

采用天然河砂，Ⅱ區(qū)中砂，顆粒級(jí)配良好，細(xì)度模數(shù)2.40，含泥量0.5%，堆積密度1470kg/m3，表觀密度2665kg/m3，含水率3.2%。

1.2.6 外加劑

SIKA 聚羧酸高性能減水劑，固體含量23.93%，pH 值5.88，比重1.085g/ml，減水率30%，推薦摻量1.0%。

1.3 混凝土泵送頂升澆注

1.3.1 頂升泵送混凝土澆注的施工要點(diǎn)

（1）對(duì)混凝土泵送工作壓力的要求

頂升過(guò)程中，混凝土在鋼管柱內(nèi)呈泉涌狀上升，混凝土泵送工作壓力與泵性能、狀態(tài)、泵送高度、水平距離和混凝土的工作性能有關(guān)。施工前仔細(xì)的考察施工現(xiàn)場(chǎng)，計(jì)算出水平輸送距離、垂直輸送距離、彎頭的數(shù)量和類型。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)所得數(shù)據(jù)計(jì)算出泵壓的損失。

根據(jù)泵送混凝土壓力損失換算表，我們可以計(jì)算出壓力損失值，為我們選擇泵壓和混凝土工作性能提供了理論基礎(chǔ)。

（2）布管要求

在鋼管混凝土柱底部管壁上開(kāi)一個(gè)比輸送管略大的孔洞，用輸送管將混凝土泵的出口與之連接，利用混凝土泵的壓力將C70 混凝土自下而上擠壓頂升灌入鋼管柱內(nèi)，直至管內(nèi)注滿混凝土。根據(jù)工程的需求，我們采用倒退泵送的方式。

（3）止流閥的安裝

表5 泵送混凝土壓力損失換算表

圖3 布管情況

為防止在拆管過(guò)程中出現(xiàn)混凝土回流，需在連接管上設(shè)置一個(gè)止流裝置，其形式可以為閘板式，或插橛式。為防止在泵送混凝土過(guò)程中出現(xiàn)漏氣、漏漿，需用黃油涂縫、或者加設(shè)一個(gè)密封墊圈在閘板縫內(nèi)，混凝土在泵送頂升澆注結(jié)束后，控制泵壓2～3min，然后略松閘板的螺栓，打入止流閥，即可拆除混凝土輸送管，轉(zhuǎn)移到另一根鋼管柱澆注，實(shí)現(xiàn)無(wú)縫澆注。圖4為止流閥的安裝

待混凝土達(dá)到28 天強(qiáng)度時(shí)，可以切除連接短管，補(bǔ)焊洞口管壁、磨平和補(bǔ)漆。

（4）泄壓孔

采用泵送頂升澆注工藝，鋼管柱頂端必須設(shè)溢流泄壓孔或排氣孔。溢流泄壓孔的面積應(yīng)不小于混凝土輸送管道的截面積的1/5，并將洞口適當(dāng)接高，以填充混凝土停止泵送頂升后的回落空隙。

1.4 泵送混凝土的配合比

C70 混凝土的配比，不但要滿足強(qiáng)度的要求，還能滿足施工性能的要求[4]。實(shí)驗(yàn)室試配結(jié)果見(jiàn)表6與表7。

表6 配合比確定 kg/m3

圖4 止流閥的安裝

表7 性能測(cè)試結(jié)果

2 工程應(yīng)用及施工

工程施工概況：濱海新區(qū)于家堡商務(wù)起步區(qū)03-15 地塊，是天津地區(qū)首個(gè)采用泵送頂升法施工的超高層項(xiàng)目，澆注方量為500m3。

應(yīng)用效果：采用上述配合比調(diào)整后，控制出機(jī)坍落度250～270mm，擴(kuò)展度700±20mm，入泵坍落度不小于240mm，擴(kuò)展度不小于670±20mm。

圖5 C70 頂升鋼管柱混凝土的施工現(xiàn)場(chǎng)

C70 混凝土28d 強(qiáng)度值為88.5MPa，其他指標(biāo)均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求和施工要求，該工程采用C70 鋼管混凝土，通過(guò)泵送頂升法施工，填補(bǔ)了天津C70 鋼管混凝土的施工空白，突出了CEMEX 天津公司在天津地區(qū)混凝土技術(shù)的領(lǐng)先地位。

3 結(jié)論

（1）通過(guò)對(duì)配合比的優(yōu)化，配制出滿足施工要求的C70 鋼管混凝土，工程應(yīng)用實(shí)踐證明，該C70 鋼管混凝土具有很好的施工性能，其28d 強(qiáng)度最低值為88.5MPa。

（3）通過(guò)泵送頂升法輸送C70 鋼管混凝土的技術(shù)是可控、可靠的。為濱海新區(qū)其它高層項(xiàng)目，提供了理論基礎(chǔ)和應(yīng)用模板，特別是為CEMEX 公司鋼管混凝土系列的開(kāi)發(fā)，積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

[1] 王玉瑛，張乃成，王剛. 高強(qiáng)混凝土的配制[J]. 混凝土，2002，15（12）：60-62

[2] 津?yàn)I海新區(qū)管委會(huì). 2012 天津新區(qū)發(fā)展情況報(bào)告.

[3] 王玉棠.C80 級(jí)高性能泵送混凝土的配制以及試驗(yàn)研[J]. 混凝土，2000，128（6）：39-42

[4] 羅世明，楊小華. C80 高強(qiáng)高性能泵送混凝土研究與應(yīng)用[J]. 混凝土，2009，236（6）：97-103