鋼管混凝土柱施工工法

吳建華

摘要：鋼管混凝土柱是在方形或圓形鋼管內(nèi)澆灌混凝土形成的組合結(jié)構(gòu)構(gòu)件，是套箍混凝土的一種特定形式，兼有鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性能，充分利用了混凝土受壓性能好和鋼管韌性、塑性好的優(yōu)點，使管內(nèi)混凝土受三向約束，充分發(fā)揮了混凝土的作用，提高了結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載能力、抗震能力，與鋼筋混凝土柱比較，減小了柱子截面尺寸，節(jié)約了鋼材和混凝土，增大了建筑使用面積。由于鋼管混凝土柱的上述優(yōu)點，鋼管混凝土柱越來越多的應用于各類建筑結(jié)構(gòu)形式中。本文重點闡述鋼管混凝土柱的鋼管焊接和混凝土澆筑中的施工要點和注意事項。

關健詞：混凝土柱；施工

1 工法特點

1.1鋼管柱選用成品鋼管，現(xiàn)場焊接，而后澆筑混凝土，是施工最為安全和快捷的建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件之一，施工速度快，可縮短工期。

1.2鋼管本身即為耐側(cè)壓的模板，剛度大，澆筑砼時可省去支模和拆模工作；也不會發(fā)生漲模和跑?，F(xiàn)象，與傳統(tǒng)的鋼筋砼柱施工比較可省去用工數(shù)量，從而降低了人工費和措施費，又保證了構(gòu)件成型的質(zhì)量。

1.3鋼柱安裝節(jié)點的焊接接頭采用雙人雙機，按逆時針方向以均速對稱焊接，換人不停機，一次焊接完成。

1.4由于此類混凝土澆筑時鋼管柱高度均較深，澆筑時采用加長汽車泵軟管伸入鋼管柱內(nèi)，代替串筒，減少混凝土的離析。此類鋼管混凝土柱直徑較大，且內(nèi)部無鋼筋骨架，振搗時可將四支振動棒（根據(jù)鋼管柱直徑確定）在棒頭根部固定，一次入棒即完成同層面混凝土的振搗。

2 適用范圍

適用于大直徑鋼管混凝土柱的施工。

3 工藝原理

鋼管柱的工藝核心部分原理就是充分利用成品鋼管的抗剪及軸向抗拉與砼的軸向受壓相結(jié)合形成鋼管與砼組合即鋼管砼柱，利用鋼管充當模板，且無須加固，無須拆模，成型速度快，成型質(zhì)量好，在軸向力作用下，鋼管的軸向和徑向受壓而環(huán)向受拉，砼則三向皆受壓，鋼管和砼皆處于三向應力狀態(tài)。三向受壓的砼抗壓強度大大提高，同時塑性增大，其物理性能上發(fā)生了質(zhì)的變化，由原來的脆性材料轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄圆牧?，正是這種結(jié)構(gòu)力學性質(zhì)的根本變化，決定了鋼管砼的基本性能和特點。

4 工藝流程及操作要點

工藝流程：測量定位→第一節(jié)鋼管柱吊裝就位→第二節(jié)鋼管柱與第一節(jié)鋼管柱焊接→混凝土澆筑

鋼管混凝土柱基礎一般為混凝土基礎，混凝土基礎與第一節(jié)鋼柱的連接一般有焊接和螺栓連接兩種。本工法以螺栓連接為例進行闡述。

4.1測量定位

混凝土基礎澆筑前即應對鋼管柱預埋螺栓的位置進行校驗，并可靠固定，混凝土澆筑完成后還應對預埋螺栓二次校驗，如發(fā)生位移，應在混凝土終凝前進行調(diào)整。

基礎施工完成具備一定強度后，基礎放線（鋼管柱控制軸線）。鋼管柱在最下端端板上放控制軸線，柱身沿軸線延伸方向做豎向控制線。

4.2第一節(jié)鋼管柱吊裝就位

放線工作完成后，第一節(jié)鋼管柱吊裝就位。依據(jù)基礎軸線及鋼柱柱腳彈線，定位柱子位置。在安裝鋼管柱時應在兩個垂直方向架設二臺經(jīng)緯儀，同時觀測柱的兩條控制母線，指揮操作人員校正鋼管柱的垂直度。第一節(jié)柱的垂直度調(diào)整依靠地腳螺栓上的螺母調(diào)節(jié)完成。第一節(jié)柱就位完成后，灌注柱腳細石混凝土。

4.3第二節(jié)鋼管柱與第一節(jié)鋼管柱焊接

每節(jié)鋼管柱的長度可按2～3個樓層的高度加上伸出樓板面400mm～1000mm（設計確定）考慮，但一般不超過12m。

4.3.1第二節(jié)鋼管柱與第一節(jié)鋼管柱就位

下節(jié)柱吊裝前內(nèi)壁貼焊40*4扁鐵一圈，一是吊裝時方便第二節(jié)鋼柱就位，二是作為第一節(jié)柱和第二節(jié)柱焊接時的焊縫襯鐵。吊裝時將吊起的上節(jié)柱按劃線位置緩慢插入下節(jié)柱扁鐵內(nèi)襯，角度調(diào)整用特制抱箍鉗。上節(jié)柱插入內(nèi)襯管時由于襯管外壁與上節(jié)鋼管柱內(nèi)壁局部存在磨擦，就位較困難，可在上下柱接口處設頂拉桿，一方面幫助就位，另一方面校正柱身垂直度，還可起到臨時固定作用。垂直度校正好后，在鋼管柱四側(cè)焊接防變形卡板，以減小焊接變形。

4.3.2第二節(jié)鋼管柱與第一節(jié)鋼管柱焊接

由于鋼管柱的碳當量及拘束度均較大，必須嚴格執(zhí)行焊接工藝減少焊接應力，防止焊接（冷）裂縫等缺陷。

（1）焊接準備

按照《建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程》（JGJ81-2002）和設計要求，做焊接變形數(shù)據(jù)測試進行焊接工藝評定試驗，根據(jù)焊接工藝評定數(shù)據(jù)，確定焊接順序及焊接各項參數(shù)，焊接采用低氫型焊條。

據(jù)焊接工藝評定選定最優(yōu)接口角度為45°單V型坡口，焊接前要打磨接口至金屬的光亮色，接口邊沿100㎜處無鐵屑、油漆等污物。

（2）焊接順序

1）焊接順序與吊裝順序協(xié)調(diào)一致，并考慮焊接本身的技術(shù)問題，為減小收縮變形與應力，所以焊接順序應均衡對稱。

2）為控制鋼柱焊接變形，鋼柱安裝節(jié)點的焊接接頭采用雙人雙機、對稱焊接，換人不停機，一層一層焊接，一次焊接完成。焊接時2人按逆時針方向以均速對稱焊接，每層起、收弧處錯開30～50mm，成階梯狀。

（3）甲、乙焊工在起弧處注意與對方的收弧銜接好，避免出現(xiàn)缺陷。焊最后一層蓋面焊縫時，應適當減小電流，使外觀成形良好。負溫下進行施焊，要進行負溫下的焊接工藝評定，取得數(shù)據(jù)后方可施焊。

4.4混凝土澆筑

由于此類混凝土澆筑時鋼管柱高度均較深，澆筑時采用加長汽車泵軟管伸入鋼管柱內(nèi)，代替串筒，減少混凝土的離析。由于此類鋼管混凝土柱直徑較大，且內(nèi)部無鋼筋骨架，振搗時可將四支振動棒（根據(jù)鋼管柱直徑確定）在棒頭根部固定，一次入棒即完成同層面混凝土的振搗?；炷琳駬v時一次澆筑高度不宜大于500mm，每次振動時間以混凝土面無氣泡泛出并不少于30秒為準，一次澆灌高度不大于振動器的有效工作范圍。混凝土澆至頂后應清除浮漿層，添加適量清水洗過的石子，保證頂部混凝土的強度。

5 質(zhì)量控制

5.1鋼柱質(zhì)量控制

5.1.1由于鋼管柱的碳當量及拘束度均較大，必須嚴格執(zhí)行焊接工藝減少焊接應力，須做焊接工藝評定及焊接試驗，防止焊接（冷）裂縫等缺陷。

5.1.2焊縫收縮量和變形檢測

（1）選擇不同規(guī)格的柱、柱接頭各2～3個，焊接前在接頭上確定測量點（沖眼或鋼針劃線），并測量兩點距離。

（2）焊縫的橫向收縮值測定由計算和實測結(jié)合進行，以經(jīng)驗值為主，實測值為輔，及時反饋至制作廠，作為下一節(jié)構(gòu)件增加長度的依據(jù)。

（3）焊前校正鋼柱垂偏（≤4mm），考慮柱結(jié)點焊接變形、日照及焊口大小偏差適當預留變形量、焊后檢測變形值。

5.1.3焊縫質(zhì)量要求

（1）鋼柱現(xiàn)場對接焊縫為雙面坡口全熔透焊縫；鋼柱與鋼柱、鋼柱與斜撐連接上下翼緣均為雙面坡口全熔透焊縫；以上焊縫柱與柱連接為一級焊縫。

（2）低合金高強度鋼結(jié)構(gòu)焊縫，在同一處返修次數(shù)不得超過兩次。

5.2鋼管混凝土施工的質(zhì)量控制

5.2.1混凝土采用有資質(zhì)的攪拌站供應?；炷翍渲瞥裳a償收縮混凝土，使之既滿足施工工藝要求，又滿足鋼管混凝土柱對混凝土的特定要求。

5.2.2砼配合比控制：粗骨料5—30mm，水膠比為0.4，塌落度應在15—19cm，加適量減水劑。澆筑前現(xiàn)場應檢查混凝土塌落度是否符合配合比設計要求。

6 安全措施

6.1鋼管柱在吊裝過程中應派專人指揮和協(xié)調(diào)。

6.2各作業(yè)隊在吊裝鋼管柱之前應所有操作人員進行詳細的書面交底，安全人員應對操作班組及工人進行安全技術(shù)交底。并嚴格按照施工要求執(zhí)行，例如戴安全帽、系好安全帶等等。

7環(huán)保措施

7.1在鋼管柱焊接時殘留的焊渣及時清掃收集，對鋼管柱噴涂時的落在地面的漆料如底漆、中間漆、防火漆、面漆及時用化學藥劑清潔，避免污染地面，影響下步工序施工。

8效益分析

通過以上施工方法和質(zhì)量保證措施，鋼管柱焊接及混凝土柱澆筑質(zhì)量一直處于受控狀態(tài)，柱與柱之間焊縫探傷一次合格率為97%，第三方檢測合格率100%。受到業(yè)主和監(jiān)理單位的一致好評。鋼筋混凝土柱施工不受混凝土養(yǎng)護時間的影響；由于鋼管混凝土內(nèi)部沒有鋼筋，便于混凝土的澆注和搗實；鋼管混凝土結(jié)構(gòu)施工時，不需要模板，既節(jié)省了支模、拆模的材料和人工費用，也節(jié)省了時間。