超高層建筑鋼管混凝土澆灌技術(shù)研究

朱 維 香

(浙江廣廈建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 東陽 322100)

超高層建筑鋼管混凝土澆灌技術(shù)研究

朱 維 香

(浙江廣廈建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 東陽 322100)

結(jié)合實際工程項目，介紹了鋼管混凝土澆筑施工方法，重點對施工中高強高性能混凝土配合比確定、鋼管柱內(nèi)鋼筋施工、混凝土澆筑等關(guān)鍵工序及難點控制作了研究，并對鋼管混凝土質(zhì)量檢測進行論述，以期為類似工程提供借鑒。

超高層建筑，鋼管混凝土，澆灌技術(shù)，質(zhì)量檢測

隨著建筑物向大空間大跨度發(fā)展，對構(gòu)件的承載要求也越來越高，為此出現(xiàn)較多的由兩種不同性質(zhì)材料組成整體共同工作的組合構(gòu)件，其中鋼管混凝土柱就是最常見的組合構(gòu)件之一。鋼管和混凝土之間的相互作用使鋼管混凝土構(gòu)件承載力大大提高，延性好，具有優(yōu)越的抗震性能。另外施工不受混凝土養(yǎng)護時間的影響，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。但是因管內(nèi)空間狹小，操作空間受限，且落差大，混凝土的澆筑及質(zhì)量控制一直以來未能得到很好解決，本工程依據(jù)自身特點，采用串筒澆筑機械振搗法，輔以操作平臺、攝像頭監(jiān)控、超聲波檢測等，質(zhì)量得到了控制，起到了良好的效果。

1 工程概況

1.1 基本情況

本工程為JJ金融中心，地處金融、文化中心區(qū)，與大劇院、中國人民銀行、市公安局相鄰。是集寫字樓、豪華酒店、大型商業(yè)、高級住宅為一體的大型綜合建筑群，包括4層地下室、4層裙樓、附樓和主塔樓四大部分，總建筑面積58萬m2左右，其中主塔樓A座金融大廈共98層，高439 m。16根箱形鋼管混凝土柱組成了A座金融大廈的外框結(jié)構(gòu)，柱的形式有Z1，Z2，Z3三種，其平面分布如圖1所示。大廈的箱形鋼管混凝土柱由20 mm～75 mm厚的鋼板焊接成矩形鋼管，再在矩形鋼管內(nèi)焊15 mm～40 mm厚對稱豎向立板，然后用拉筋將對邊的兩立板拉焊，每層再按確定的間距焊水平隔板，隔板上預(yù)留孔洞保證縱向鋼筋穿越，同時中間保持較大的空腔，以便混凝土澆筑，在柱截面內(nèi)還配有縱向的粗直徑鋼筋，粗直徑鋼筋采用直螺紋進行連接，最后向箱形鋼管中澆筑C60混凝土，最終才形成本工程結(jié)構(gòu)外框箱形鋼管混凝土柱。箱形鋼管混凝土柱鋼結(jié)構(gòu)安裝一次層數(shù)為2層～3層左右，安裝高度約8 m～16 m，混凝土澆筑高度最高為16 m左右。

1.2 混凝土澆筑量

單根鋼管混凝土澆筑量，按標(biāo)準(zhǔn)層高4.2 m計算，具體量見表1，一次混凝土的澆筑總量見表2。

表1 單根鋼管混凝土澆筑量表 m3

表2 一次混凝土澆筑總量表 m3

1.3 施工難點

澆筑的高度最高達16 m左右，混凝土澆筑落差較大，保證混凝土不發(fā)生離析是該工程的一個難點；箱形鋼管內(nèi)空間有限，施工操作空間與平臺是混凝土澆筑施工的一個難點；箱形鋼管內(nèi)每隔一定的間距設(shè)置水平隔板，保證隔板底部沒有空氣，也是混凝土澆筑過程中的難點之一。

2 施工方法選擇

2.1 施工特點

本工程鋼管混凝土柱為矩形截面，內(nèi)設(shè)立板、水平隔板、拉筋及縱向鋼筋，具體的箱形鋼管柱平面見圖2。分割后的空間只有30 cm×40 cm這么大，而施工段澆筑高度又大，并且按一定間距設(shè)置水平隔板，混凝土澆筑障礙多，施工難度大。

2.2 施工方法選擇

目前常見的鋼管混凝土施工方法有高拋自密實混凝土法、泵送頂升法、串筒澆筑人工振搗法及串筒澆筑機械振搗法。

1)高拋自密實混凝土法：根據(jù)一定的拋落高度，利用混凝土墜落時的動能及混凝土自身的良好性能達到密實的效果，不用振搗混凝土。本工程鋼管柱內(nèi)設(shè)立板、隔板、拉筋、縱向鋼筋，受此影響，混凝土墜落時的動能損失很大，達不到高拋效果。2)泵送頂升法：利用泵送的壓力將高流態(tài)自密實混凝土由底到頂注入鋼管，由混凝土自重、泵送壓力、自身良好性能達到密實的狀態(tài)，不用振搗混凝土，施工人員不必進入混凝土管內(nèi)，解決了空間小，人無法進管內(nèi)操作的困難，但本工程一段鋼管一次性澆筑量較大，泵送頂升法需在1.5 h內(nèi)完成注漿，這一點難以保證，所以此方法不太適合本工程施工。3)串筒澆筑人工振搗法：利用人工和振搗器械振搗混凝土，來達到密實的效果。本工程鋼管被立板、橫隔板，拉筋以及縱向鋼筋分割成很小的空間，施工人員很難進入鋼管內(nèi)施工，鋼管底部距離上口太遠(yuǎn)，且炎熱天氣時鋼管底部內(nèi)作業(yè)環(huán)境惡劣，所以此方法也不適合本工程施工。4)串筒澆筑機械振搗法：采用串筒澆筑高流態(tài)自密實混凝土，電動絞車調(diào)節(jié)振搗器械對混凝土實施輔助振搗，以達到密實的效果，操作人員在狹小的空間外面進行控制，不需進入鋼管內(nèi)操作。本工程鋼管柱內(nèi)設(shè)立板、橫隔板及縱向鋼筋，將整個空間分隔成6個小空間，設(shè)置6個機器振搗棒，振搗棒到最遠(yuǎn)邊的距離為800 mm，查德國威克IREN65型高頻振動棒的振搗有效半徑為1 200 mm，能把混凝土振搗密實，因此可采用此法為本工程的施工方法，其施工示意圖見圖3。

3 施工澆筑中的關(guān)鍵工序及難點控制

3.1 高強高性能混凝土配合比確定

本工程鋼管柱內(nèi)填充、鋼管內(nèi)澆灌混凝土要求混凝土具有很好的填充性能、高流動性、體積穩(wěn)定性等，確?；炷脸錆M鋼管內(nèi)的每個空間。本工程根據(jù)設(shè)計要求及以往的施工經(jīng)驗，鋼管內(nèi)填充C60高強高性能混凝土，并經(jīng)試驗確定施工配合比見表3。

3.2 鋼管柱內(nèi)鋼筋施工

由于在鋼管內(nèi)施工，空間狹小，且深度較深，空氣不流通，施工環(huán)境惡劣，施工環(huán)境比較困難，為此在施工前，要安裝空調(diào)通風(fēng)設(shè)備，對施工鋼管內(nèi)加強通風(fēng)，并控制內(nèi)部氣溫。

表3 鋼管內(nèi)混凝土施工配合比

本工程鋼管柱內(nèi)設(shè)置直徑32 mm的三級縱向鋼筋，無箍筋及其他水平筋。柱內(nèi)縱向鋼筋安裝采用“人工接力傳遞為主，輔以電動絞車吊運”的方法，一般三層安裝一次，由底層向上進行，由里側(cè)向中間進行安裝。一次安裝高度為12.6 m～14.4 m，為保證縱向鋼筋不偏位，每隔2 m設(shè)置一道水平固定鋼筋，與立板焊接成整體來對縱向鋼筋進行定位固定。鋼筋安裝及定位加固流程為：安裝里排縱向鋼筋→焊接里排水平定位鋼筋→鐵絲綁定里排縱向鋼筋與水平定位筋→安裝外排縱向鋼筋→焊接外排水平定位鋼筋→鐵絲綁定外排縱向鋼筋與水平定位筋→其他區(qū)重復(fù)，完成后見圖4。

3.3 鋼管柱內(nèi)混凝土澆筑

1)工藝流程及澆筑順序。外框鋼管柱共16個，分四個區(qū)澆筑，先由1號布料機澆筑一區(qū)，2號布料機澆筑二區(qū)，再由1號布料機澆筑三區(qū)，2號布料機澆筑四區(qū)，始終保持同向澆筑和中心對稱澆筑，具體分區(qū)見圖1，鋼管柱混凝土施工工藝流程見圖5。

2)操作平臺及澆筑要求。鋼管混凝土按三層標(biāo)準(zhǔn)層的高度澆筑一次，當(dāng)三層鋼管柱安裝好后進行型鋼梁安裝，等三層型鋼梁安裝好后開始安裝操作平臺，此操作平臺一是作為鋼管柱內(nèi)縱向鋼筋的安裝平臺，二是鋼管混凝土的澆筑平臺，另外還是與上層鋼管焊接的平臺，操作平臺具體布置見圖6。

混凝土澆筑高度為12.6 m～14.4 m，為了使混凝土以良好狀態(tài)入模，料從布料機中導(dǎo)出后，先進入安裝在鋼管口的漏斗，漏斗與串筒連接，最終混凝土由串筒導(dǎo)入鋼管柱內(nèi)。由于混凝土為高拋自密實混凝土，串筒長度接到8 m，當(dāng)混凝土澆筑到串筒底口時，吊離串筒，采用布料機出口處3 m長軟管導(dǎo)入混凝土。

為保證混凝土的振搗質(zhì)量，澆筑過程中要合理控制混凝土的澆筑速度，同一根鋼管柱混凝土澆筑應(yīng)連續(xù)，分層間不得出現(xiàn)冷縫。由于鋼管柱內(nèi)每層都有水平隔板，在澆筑時容易在隔板底部留有空氣，難以振搗密實，為了排走空氣，在隔板上設(shè)置直徑為20 mm排氣孔，縱橫間距300 mm，距鋼管柱側(cè)板30 mm布置，同時需放慢澆筑速度，加強振搗。為了使節(jié)點處混凝土面與上層混凝土接觸良好，待混凝土接近初凝時，用球面棒將接觸面壓成球面凹窩。另外在鋼管內(nèi)安裝攝像頭，對混凝土施工過程進行全面控制，保證對鋼管混凝土質(zhì)量的監(jiān)控。

3.4 鋼管柱內(nèi)混凝土質(zhì)量檢測

在施工前先進行1∶1模型鋼管混凝土模擬試驗，優(yōu)化施工工藝，施工完畢等混凝土終凝后，對混凝土進行檢測。檢測首先用敲擊法，然后對可疑部位進行超聲波檢測，并加測10%的量。具體檢測工作流程如圖7所示。檢測采用對測法，檢測點布置應(yīng)符合要求，后對檢測數(shù)據(jù)進行整理分析，檢測結(jié)果情況主要有如下三種：聲時短、幅值大、頻率高，表明鋼管內(nèi)混凝土密實均勻，沒有缺陷；聲時長、幅值小、頻率低，表明存在缺陷，且位置在有效接收聲場的中心軸線上；聲時短、幅值小、頻率低，表明缺陷不在中心軸線上，是在有效接收聲場覆蓋的空間內(nèi)。

4 結(jié)語

通過分析，比選出適合工程自身特點的鋼管混凝土施工工藝，嚴(yán)格進行施工過程質(zhì)量控制，確保了鋼管內(nèi)混凝土的強度和密實度。與其他施工工藝相比，串筒澆筑機械振搗法簡單實用，操作性強，有著顯著的經(jīng)濟效益和社會效益，對類似工程具有較大的推廣應(yīng)用價值。

[1] 杜福根.超高層建筑中的鋼管混凝土內(nèi)灌技術(shù)[J].建筑施工，2013(6)：5.

[2] 劉津明.鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在高層建筑中的技術(shù)經(jīng)濟優(yōu)勢[J].混凝土，2009(11)：261-263.

[3] 查曉雄.空心和實心鋼管混凝土結(jié)構(gòu)[M].北京：科學(xué)出版社，2011.

Research on steel pipe concrete pouring technology of high-rise building

Zhu Weixiang

(ZhejiangGuangshaBuildingCareerTechnicalCollege,Dongyang322100,China)

Combining with the actual engineering project, this paper introduced the pouring construction method of steel pipe concrete, emphatically researched the construction high strength and high performance concrete mix ratio determination, steel tube reinforced column construction, concrete pouring and other key processes and difficulties control, and discussed the quality detection of steel pipe concrete, in order to provide reference for similar engineering.

high-rise building, steel tube concrete, pouring technology, quality detection

2015-01-20

朱維香(1975- )，女，講師，工程師

1009-6825(2015)10-0115-03

TU974

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