高拋法柱芯混凝土澆筑施工技術應用與分析

劉煒

（山西建筑職業(yè)技術學院，山西 太原 030006）

1 引言

以箱型鋼柱為最重要受力構件的鋼框架結構已廣泛應用到現(xiàn)代民用與工業(yè)建筑中，如需要大空間、大柱距、層高要求較高的一些商場、超市、汽車4S 店及大型加工車間、倉庫等建筑，為了提高鋼框架結構鋼柱豎向承載力、穩(wěn)定性及使鋼柱內部腐蝕、生銹降到最低程度，設計單位往往要求在箱型鋼柱中灌入無收縮的高強度混凝土。但是箱型鋼柱成品每節(jié)的加工長度都在15 米左右甚至更長，而且箱型鋼柱在柱內部長度方向每隔一定間距均安裝著柱的加勁隔板，加勁隔板只有在中心部位會留一個較小的進料孔，使得在鋼柱內順利澆灌混凝土且保證混凝土較高的充盈度及密實度難度大大增加。本文結合實際施工案例，詳細闡述了箱型鋼柱內澆灌高強混凝土一些成功的材料應用及技術方法。

2 工程概況

本工程位于太原市許東村，項目為多層鋼框架重鋼結構，總體結構平面形狀呈L 形，共兩層，地上一層，地下一層，其中一層局部設夾層，一層頂局部設二層。工程建設規(guī)模較大，總建筑面積25000m2。鋼柱平面布置及規(guī)格見圖1，其中鋼柱為箱型柱，鋼柱底標高-4.63m，截面尺寸為四種規(guī)格，分別為550*550*18*18m（10個），450*450*16*16mm（42個），400*400*16*16mm（16個），400*400*14*14mm（80個），共148個箱型鋼柱，材質均為Q345B，柱長最長達到16.5m,單個柱最大灌注量4.36m3混凝土。箱型柱內每隔2.0m 做矩形隔板，隔板開180mm 直徑圓孔。其中柱梁節(jié)點處開四個直徑25mm 排氣孔。設計要求柱內灌注C40 無收縮混凝土，總澆筑方量約326.046 m3。

考慮到現(xiàn)場實際情況，本工程框架柱內采用高拋法進行混凝土的澆注，又考慮到混凝土灌入后在柱隔板附近不宜灌實且整個澆筑過程無有效的振搗措施，故選用了高流態(tài)自密實混凝土進行澆筑，使?jié)仓蟮南湫弯撝_到很好的抗壓性、防止失穩(wěn)、增加抗銹蝕性，提高鋼柱的承載能力。本次施工主要難點在于C40 無收縮混凝土的配制及混凝土高拋下落后箱型柱內的空氣排出。

圖1 箱型鋼柱柱頂形式

3 施工準備工作及要求

3.1 技術準備

要求參與施工人員熟悉圖紙，計算好工程量，制定好澆灌的順序及相應機械的停機位置；由專人提出混凝土用料計劃、機械使用計劃以及其他工器具；并由專人督促、配合材料實驗室對本項目所用的高流態(tài)自密實混凝土做配比實驗，并提前檢驗實驗效果；編制專項施工方案、專項施工技術、安全交底；研究解決現(xiàn)場施工可能遇到的技術問題，及制定相應的應急措施。

3.2 場地準備

混凝土澆筑準備采用56m 臂長汽車泵及0.3 m3灌料漏斗配合澆筑；個別鋼柱距離停機面較遠，泵車臂長無法達到的，采用兩臺最大工作半徑達到56m 的QTZ63 塔吊及0.7 方塔吊灌料斗、0.3 方灌料漏斗配合澆筑。機動汽車泵沿建筑北、西、南、東四個方向依次移動澆筑，建筑周圍提前準備10m寬汽車泵支腿工作面，停機、支腿地面、混凝土攪拌運輸車經過的路面應提前平整、壓實。

箱型鋼柱柱頂蓋板均在工廠加工制作時已留存直徑180mm 的澆筑孔，在鋼柱灌注混凝土之前最好將此孔用較大的鋼板點焊在柱頂，將此孔堵住，避免柱內澆灌混凝土之前被其他工種作業(yè)人員拋入雜物，將灌注孔堵塞。箱型鋼柱澆筑混凝土前由專人敲去柱頂堵洞鋼板，并在夜間用強光手電檢查柱內是否有雜物妨礙混凝灌入，如有雜物，必須在澆筑混凝土之前將其清除，檢查無誤后，用粉筆對檢查過的鋼柱做記號，避免做重復工作。

3.3 機具準備及要求

1）選用56m 臂長汽車泵一臺，基本覆蓋縱軸4 跨軸線范圍、橫軸6 跨軸線范圍；考慮到箱型鋼柱內澆灌混凝土速度不宜太快，否則可能由于氣體無法及時排出而導致堵管，故僅配套4 臺混凝土攪拌運輸車即可；

2）0.7方塔吊灌料斗一個；由現(xiàn)場工人焊接制作0.1 方灌料漏斗一個，見圖2；

3）振搗棒一根，可在鋼柱外表面做輔助振搗；

4）輔助工具：12 號鐵絲一捆；木方、墊板若干塊；

5）1.2m高移動式簡易腳手架兩副，用于高于屋面1.5m 的邊柱澆筑混凝土工作平臺；

6）C40高流態(tài)、自密實、無收縮混凝土。

圖2 自制錐形灌料漏斗實物及重要尺寸

3.4 勞動力準備

混凝土布料工人4人，汽車泵員1人，汽車泵司機1人，鋼筋工2人，輔助敲擊檢查工人2人，現(xiàn)場管理人員2人，技術員1人。

人員要求：在澆灌前根據施工方案對參與施工人員進行全面的技術及安全交底，管理人員應分工明確，提前打印柱平面布置圖，并保證在澆灌現(xiàn)場至少有一名管理人員做澆灌記錄，主要記錄內容包括：柱的編號、澆灌起止時間、預計澆筑方量、采用的澆筑機械、是否出現(xiàn)異常等內容。

4 自密實混凝土基本技術特性

自密實混凝土是具有較高的流動性、不易離析、澆筑時依靠其自重流動，無需振搗，澆筑后具有較高均勻性和穩(wěn)定性的特殊混凝土。

應用于本工程的自密實混凝土基本技術性能指標及原材料要求如下：

4.1 自密實混凝土性能控制指標

1）坍落擴展度要求等級SF1，技術要求550~620mm;

2）擴展時間級別T50：性能等級VS，技術要求大于等于2s≤T50≤5s；

3）砼抗壓強度大于等于C40級。

4.2 自密實混凝土原材料要求

1）水泥采用標號不小于42.5 的普硅水泥，有相關質量證明文件及檢驗報告；

2）砂采用中砂，含泥量不超過3%；

3）石子粒徑不大于20mm，含泥量不超過1.0%；

4）摻合料宜采用比表面積450m2/ kg 的?；郀t礦渣粉及Ⅱ級粉煤灰摻合料；

5）外加劑符合相關規(guī)范的規(guī)定。

4.3 強度C40等級自密實混凝土配合比

本次自密實混凝土正式澆筑前，由商品混凝土攪拌站提前對所用自密實混凝土進行試配，并對其中一根16.5m 長箱型鋼柱進行了試澆筑，以檢驗自密實混凝土的材料性能及施工方案的可行性。

表1 C40無收縮高強度混凝土配比

表2 混凝土試配試澆筑試塊強度

5 施工部署及施工順序

本次箱型柱內混凝土澆筑雖單根型鋼柱混凝土工程量較小，但柱距較大，需在建筑周邊提供汽車泵的工作面，并對泵車在臂長范圍內采取多次移動、支設、澆灌等工作，完成鋼柱柱芯砼澆筑。工人以屋面板及搭設的簡易移動式腳手架為施工作業(yè)工作面，進行漏斗的臨時安裝、汽車泵澆筑軟管的對位、布料。

利用結構主體外側地面支設汽車泵進行型鋼柱砼泵送施工。

5.1 基本施工順序

汽車泵沿建筑周邊移動，從場地北側鋼柱開始澆筑，隨后西側、南側、東側依次停機澆筑。澆筑前按照場地布置要求對場地進行平整、壓實。

5.2 施工前提

1）箱型鋼柱柱芯砼施工前，相關鋼結構構件安裝結束、所有焊縫焊接完畢，焊縫探傷及相關驗收合格。

2）根據圖紙及施工現(xiàn)場，對項目各類型箱型鋼柱柱芯砼工程量進行統(tǒng)計，并制成表，便于現(xiàn)場管理人員控制澆筑質量。

3）澆筑前，由專人對箱型鋼柱柱內檢查是否有異物堵塞澆灌孔。

4）高拋混凝土落入箱型鋼柱內，鋼柱內空氣由柱頂及柱身排氣孔迅速排出，施工前應由專人檢查鋼柱、鋼梁節(jié)點附近的排氣孔是否通暢；并通過試澆筑最長鋼柱檢驗已有排氣孔是否能及時排出空氣，避免由于柱內空氣無法排出造成柱內部分位置無法灌入混凝土。如已有排氣孔排氣不通暢可采用磁力鉆在鋼柱個別位置補開排氣孔，孔形為圓孔，見圖3。

圖3 磁力鉆現(xiàn)場開洞

6 主要施工方法及要求

箱型鋼柱、鋼管柱的柱芯混凝土澆筑一般采用高拋法及頂升法兩種，由于本項目鋼柱整體澆灌高度不大、澆筑工程量也較小、整體澆筑難度不大，故本次鋼柱柱芯砼澆筑主要采用高拋法澆筑，由于澆筑口較小，振搗操作較為困難，故為保證澆筑后砼質量達到設計要求，采用特制高流態(tài)、自密實、無收縮、微膨脹混凝土，預計澆筑量為326.046方。此次澆筑采用56m 臂長汽車泵澆筑，沿建筑物周邊地面多次移動、多次支泵，澆筑臂完全伸長后可澆筑四至六排鋼柱柱芯混凝土。施工方法及要求：

1）澆筑前嚴格檢查特制混凝土配比、外加劑種類、合格證書；檢查混凝土坍落擴展度及擴展時間；每根鋼柱澆筑時，用振搗設備對澆筑范圍內的混凝土在型鋼柱外側進行輔助振搗，振搗時間不少于20s，隨即以小錘輕敲鋼柱已澆筑高度范圍，敲擊聲音低沉、均勻即可。設專人負責監(jiān)督。

2）施工前，應將泵管接好，檢查其密封性，不允許漏水，檢查合格后用砂漿潤滑泵管。混凝土澆筑之前，應將泵管內異物、積水盡量清除干凈；澆筑前，先將自制灌料斗伸入都箱型鋼柱柱頂板內，灌料斗底板兩根鋼管支撐在鋼柱頂，使灌料斗支撐穩(wěn)定、方便工人抬動灌料斗以及避免灌料斗底部全部落在柱頂灌漿孔及排氣孔上使空氣無法排出箱型鋼柱。

3）通過對最長箱型鋼柱試澆筑混凝土，發(fā)現(xiàn)在箱型鋼柱柱、梁節(jié)點處的隔板以下部分，由于排氣孔排氣不通暢，使混凝土灌入較為困難、混凝土有局部被空氣頂死無法下降的現(xiàn)象。采用磁力鉆對梁柱節(jié)點附近的隔板下方，柱四塊鋼板上各補開一個直徑25mm 的圓形空洞，孔開成后及時清理產生的金屬碎屑，避免落入鋼柱內。在澆筑完畢后，將原位置圓形鋼板滿焊至鋼柱開孔位置，并及時清理焊縫涂刷防腐油漆。

4）自密實砼澆筑過程盡量保持連續(xù)，中間間隔時間不得超過混凝土初凝時間。自密實混凝土的供應速度應保證施工的連續(xù)性。澆筑過程中視不同時間段增減澆筑參與車輛數目，在道路擁堵時段，應盡量增加發(fā)車數量，如8 公里運距，平峰時兩輛8 m3容積攪拌運輸車，高峰時應增加發(fā)車數量至4-5 輛。

5）根據箱型鋼柱柱內隔板的自然分割段，采用每段一次澆筑成型。澆筑過程中，應控制澆筑速度、均勻澆筑，速度宜控制在0.1m3/10min。防止?jié)仓俣冗^快而造成混凝土中產生氣泡影響混凝土密實性、或造成柱內空氣不能及時排出造成混凝土柱內堵塞。

6）當混凝土正式澆筑前，檢查自密實混凝土相關性能不能滿足要求時，應停止?jié)仓鳂I(yè)，及時與攪拌站聯(lián)系，根據砼現(xiàn)場情況、運輸機械類型、運輸時間調整砼配比。

7）自密實混凝土的澆筑應連續(xù)進行，因中止?jié)仓r間過長，混凝土無法達到規(guī)范規(guī)定的工作性能時，應立即組織人員清除澆筑泵和泵管中的殘留混凝土，并加壓注水清洗，恢復作業(yè)后重新澆筑。

8）箱型鋼柱柱芯混凝土澆筑前，應由專人對鋼柱各位置排氣孔數量及通暢程度做檢查；并保證鋼柱柱頂灌料孔被臨時覆蓋，以防作業(yè)人員將雜物落入；鋼柱柱芯混凝土澆筑完畢后，隨著柱芯內空氣排出、混凝土自然下沉密實造成的混凝土位置下降，必須在已澆筑混凝土初凝前補充澆筑同類型混凝土至要求的標高。

9）自密實混凝土澆筑至柱芯內，隨著澆筑量的不斷增大，利用其流動性高的特點會使混凝土自然填充至柱內空間，保證混凝土密實、均勻。箱型柱柱芯內混凝土的澆筑質量，可采用敲擊鋼管聽音辨別法來檢查其密實度，也可在澆筑完成3 天后采用超聲波檢測內部混凝土密實度及均勻性。

10）箱型柱柱芯內混凝土由于不拆模、無外露混凝土面，可省略養(yǎng)護過程。

7 質量保證措施

1）自密實混凝土施工質量控制及檢驗應嚴格按《混凝土結構工程質量驗收規(guī)范》（GB50204）、《自密實高性能混凝土技術規(guī)程》（JGJ/T283-2012）規(guī)定執(zhí)行。自密實混凝土攪拌所需原材料必須達到相應質量要求且嚴格把握原材料的稱量，商品砼供應企業(yè)應在混凝土到現(xiàn)場同時，隨車附帶相關的產品合格證及質量合格證明文件。

2）現(xiàn)場施工人員應對自密實混凝土澆筑速度嚴格控制，特別在澆筑初期更不應澆筑過快，現(xiàn)場速度控制可參考下料漏斗中保持的混凝土量，一般應使混凝土量占下料漏斗體積的1/3 即可。

3）由專人嚴格監(jiān)控自密實混凝土澆筑前質量，經現(xiàn)場檢測混凝土坍落擴展度低于550mm 時不得使用。

4）箱型鋼柱柱芯內混凝土澆筑采用汽泵逐段逐根澆筑，混凝土由汽泵泵管運輸到柱頂安裝好的漏斗，保證漏斗管中心與鋼柱中灌料孔中心對齊，通過漏斗管將混凝土送入鋼柱中心孔，使?jié)仓幕炷撂畛涞絻缺诘母鱾€角落。

5）應采用混凝土攪拌運輸車運輸自密實混凝土，夏季高溫區(qū)段應對滾筒采取防曬措施，冬季采取棉氈覆蓋等防寒措施。攪拌運輸車應徹底清理滾筒，除去舊混凝土殘留物，并嚴格沖洗且不得有積水。

6）自密實混凝土在運輸途中，攪拌運輸車應控制好滾筒旋轉速度，速度應控制在4 轉/min 左右，并嚴禁向車內加水。運輸車裝料至澆注的時間應小于80min，若超出此時間，由攪拌站出具技術措施，且通過試驗檢驗。澆注前，運輸車罐體應中速旋轉超過20s 再卸料。

7）混凝土施工后標準試塊強度：

表3 施工后正式標準試塊強度

經混凝土試塊強度評定，本次澆筑C40 無收縮自密實混凝土抗壓強度滿足設計要求。

8 結語

箱型鋼柱柱芯混凝土采用高流態(tài)、自密實、無收縮混凝土，并通過高拋法進行澆灌，此做法在很多工程中都在應用，此方法只要對原材質量有較好的控制、前期準備工作做足、現(xiàn)場管理人員嚴格按方案組織實施澆筑，澆筑質量還是較易保證。但這一施工方法仍有許多問題需要解決，例如對柱內混凝土密實度的檢測沒有較好的檢測及監(jiān)控方法等，這就需要工程技術人員在實踐中不斷探索、不斷創(chuàng)新，共同研究，為工程質量的提高做出更大的努力。