高拋自密實鋼管混凝土施工技術(shù)

趙生廷（合肥市建筑質(zhì)量安全監(jiān)督站，安徽 合肥 230001）

高拋自密實鋼管混凝土施工技術(shù)

趙生廷（合肥市建筑質(zhì)量安全監(jiān)督站，安徽 合肥 230001）

安徽國際金融中心B塔鋼管混凝土，根據(jù)工程特點及與其它施工方法比較分析，采用高拋自密實法的施工方法。施工前進行了高拋自密實混凝土模擬試驗，確定科學合理的澆筑工藝用于指導(dǎo)現(xiàn)場施工，確保了鋼管混凝土的質(zhì)量。

鋼管混凝土；自密實混凝土；高拋自密實法；模擬試驗；澆筑工藝

鋼管混凝土結(jié)構(gòu)是介于鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)之間的一種復(fù)合結(jié)構(gòu)，即在鋼管內(nèi)澆筑混凝土并由鋼管和管內(nèi)混凝土共同工作的結(jié)構(gòu)［1］。鋼管混凝土承載力高、塑性和韌性良好，耐火耐腐蝕性能好，無需綁扎鋼筋、支模等工序，施工簡便，可大量節(jié)約人工費用，具有良好的經(jīng)濟性能。我國的高層、超高層建筑中，在推廣應(yīng)用這種優(yōu)良的結(jié)構(gòu)形式，如總高600m的廣州電視塔、總高 437.5m的廣州西塔、總高239.75m的安徽國際金融中心等工程采用了鋼管混凝土結(jié)構(gòu)。

1 工程概況

安徽國際金融中心，地下3層，地上裙房5層（局部7層），主樓A塔26層，B塔57層，總建筑面積為218793.2m2。B塔樓采用現(xiàn)澆鋼管混凝土框架-鋼筋混凝土核心筒混合結(jié)構(gòu)體系。其外鋼框架外形尺寸為43.2m×42.6m，自底板-14.45m直至224.05m由鋼管混凝土框架柱與鋼框梁組合而成，如圖1所示。鋼管直徑為φ1450～φ1000mm，鋼管壁厚為 36～ 20mm。鋼管柱內(nèi)部澆筑自密實混凝土，強度等級負3層至40層為C60，41層至57層為C50。

圖1 鋼管混凝土框架

2 施工方法的選擇

鋼管內(nèi)混凝土澆筑可采用從管底泵送頂升澆筑法、立式手工澆筑法［2］、高位拋落自密實法等。

當管內(nèi)零部件較少時，宜優(yōu)先采用自密實混凝土。自密實混凝土具有高流動性、均勻性和穩(wěn)定性，澆筑時無需外力振搗，能夠在自重作用下流動并充滿模板空間［3］，施工方便簡捷，節(jié)約時間。自密實混凝土與常規(guī)混凝土最大的區(qū)別是能夠自流平填密，能夠避免因混凝土振搗不足而造成空洞、氣泡、蜂窩、麻面等工程質(zhì)量缺陷。

泵送頂升澆筑法是在鋼管接近地面的適當位置安裝一個帶閘門的進料支管，直接與泵車的輸送管相連，由泵車將混凝土連續(xù)不斷地自下而上擠壓入鋼管內(nèi)，不需振搗。鋼管直徑不宜小于泵直徑的2倍。適用于低層建筑和單層工業(yè)廠房柱［2］。對于超高層建筑而言，一次性澆筑高度很大，同時混凝土本身自重也很大，導(dǎo)致對輸送泵的壓力要求很高，而且在施工現(xiàn)場澆筑過程中，一旦出現(xiàn)意外緊急情況中斷輸送作業(yè)后，則無法繼續(xù)頂升作業(yè)，影響工程進度和施工質(zhì)量，所以不適用于該工程。

立式手工澆筑法即混凝土自鋼管上口澆入，用振搗器振搗。

高拋自密實法是通過一定的拋落高度，充分利用混凝土墜落時的動能及混凝土自身優(yōu)異性能，達到密實效果，適用于管徑大于350mm，高度不小于4m的情況。

根據(jù)上述對比，選擇高拋自密實法進行混凝土澆筑，鋼管柱內(nèi)混凝土采用自密實混凝土。因此自密實混凝土配合比的設(shè)計和可靠的澆筑質(zhì)量是保證混凝土滿足其設(shè)計強度、保證鋼管和核心混凝土相互協(xié)同作用得到充分發(fā)揮的重要前提。澆筑現(xiàn)場如圖 2所示。

圖2 高拋自密實混凝土澆筑現(xiàn)場

3 鋼管內(nèi)自密實混凝土配合比設(shè)計

鋼管內(nèi)自密實混凝土委托合肥市某混凝土有限公司根據(jù)工程結(jié)構(gòu)形式、施工工藝以及環(huán)境因素進行配合比設(shè)計，并在考慮混凝土自密實性能、強度、耐久性以及其他性能要求基礎(chǔ)上，計算初始配合比，經(jīng)試驗室試配、調(diào)整出滿足自密實性能要求（填充性、間隙通過性、抗離析性）的基準配合比，經(jīng)強度、耐久性復(fù)核得到設(shè)計配合比［3］。鋼管自密實混凝土結(jié)構(gòu)要求澆筑硬化后的自密實混凝土與鋼管壁之間結(jié)合緊密，以便共同工作，因此摻入適量的膨脹劑來補償混凝土收縮。

4 鋼管柱高拋自密實混凝土模擬試驗

為保證工程主體結(jié)構(gòu)鋼管混凝土的整體質(zhì)量，繼該自密實混凝土在實驗室的各項檢測滿足要求后，還對該自密實混凝土進行了模擬試驗。根據(jù)浙江精工鋼構(gòu)的鋼管柱深化設(shè)計圖，選取了直徑和高度均具有代表性的鋼管柱按照1：1足尺制作成鋼管柱模型進行C60高拋自密實混凝土性能模擬試驗，旨在通過模擬試驗達到以下幾個目的：

①優(yōu)化和確定混凝土的配合比，優(yōu)選混凝土的原材料；

②檢驗混凝土坍落度、擴展度等性能；

③確定澆筑工藝，增強施工操作人員的實際操作經(jīng)驗?zāi)芰Γ?/p>

④確定科學合理的檢測手段，有效檢測自密實混凝土的流動性、強度、高拋穩(wěn)定性、密實性和收縮性能以滿足工程要求。

4.1 試驗過程

選擇直徑最小φ1000mm的鋼管柱作為試驗柱→1∶1鋼管柱加工（一柱兩層約8m）→鋼管柱基礎(chǔ)施工→鋼管柱安裝→外腳手架搭設(shè)→預(yù)拌混凝土生產(chǎn)→混凝土坍落度、擴展度檢查，混凝土試塊制作→汽車泵連接導(dǎo)管高位拋落進行混凝土澆筑，并用鐵錘敲擊鋼管柱檢查混凝土密實度→鋼管柱混凝土養(yǎng)護→鋼管混凝土檢測。

4.2 鋼管混凝土檢測

現(xiàn)場制作了4組標準混凝土試塊進行養(yǎng)護，分別進行3d、7d、14d和28d混凝土抗壓強度試驗，試壓結(jié)果顯示強度發(fā)展曲線正常，達到了設(shè)計強度要求。試塊劈裂后觀察其內(nèi)部，發(fā)現(xiàn)集料分布均勻、氣泡分散均勻、漿體包裹骨料狀態(tài)良好，無離析現(xiàn)象，填充密實。

為進一步驗證鋼管自密實強度情況，對鋼管混凝土進行鉆芯取樣強度試壓。通過對鉆芯取樣的試件進行抗壓強度和預(yù)留試件抗壓強度的對比，證明強度符合要求，于是確定了最終配合比。

4.3 鋼管混凝土澆筑模擬試驗結(jié)果

經(jīng)模擬試驗柱澆注時觀察及后期拆鋼板后混凝土表面觀察與取芯檢測表明，高拋自密實混凝土的澆筑達到了預(yù)期效果。

5 鋼管混凝土澆筑流程（見圖3）

圖3 鋼管混凝土澆筑流程圖

6 鋼管混凝土的澆筑及施工質(zhì)量控制措施

6.1 鋼管混凝土澆筑

①混凝土采用輸送泵輸送、布料機下料的澆筑方式。

②B塔樓18根外框鋼管柱混凝土澆筑是在鋼管柱上下層鋼梁、桁架板安裝調(diào)試合格，上層樓板澆筑混凝土后，利用上層樓板作為施工作業(yè)面。4根核心筒內(nèi)勁性方鋼柱內(nèi)混凝土是在核心筒上層樓梯間休息平臺和電梯廳樓板澆筑完成，利用此樓板作為施工操作面。

③將加工好的管徑300的導(dǎo)管插入鋼管柱中，鋼管柱標準節(jié)為一柱三層為11.4m。11.4m柱分2次澆筑完成；15.55m柱分3次澆筑完成。

④鋼管柱混凝土澆筑，采取“可控有序”高拋自密實法澆筑?！坝行颉笔强刂苹炷链怪毕侣涓叨仍?m左右，充分利用混凝土墜落時的動能達到振實效果。澆筑時確?；炷涟韬臀锵侣涞倪B續(xù)性。“可控”是通過計時，核對下料量，并通過施工人員錘擊管壁跟蹤控制，也可通過標桿測量到達設(shè)計要求的液面位置。每次澆筑前根據(jù)地泵容積計算出每節(jié)柱芯混凝土的數(shù)量，以控制澆筑高度?；炷翝仓^程中，前臺與后臺保持有效溝通，同一根鋼管柱的混凝土應(yīng)連續(xù)澆筑，并應(yīng)在底層混凝土初凝之前將上一層混凝土澆筑完畢。

⑤鋼管頂部位5m范圍內(nèi)，混凝土拋落高度不夠4m時，可以分層輔助振搗以達到密實。

⑥混凝土澆筑至低于鋼管柱管口 500mm后停止，待混凝土擴展、密實、氣泡排出穩(wěn)定后，初凝之前對上部浮漿進行清理。在浮漿清理后，蓋好上部蓋板，防止雨水和雜物掉入。待終凝后將混凝土剔鑿到位露出實茬，并將浮渣清理干凈。

6.2 施工質(zhì)量控制措施

①自密實混凝土生產(chǎn)時根據(jù)砂石含水率等調(diào)整設(shè)計配合比，出具施工配合比，適當延長攪拌時間，攪拌時間不應(yīng)少于60s，本工程根據(jù)實際攪拌效果，確定攪拌時間為180s。出廠時每100m3相同配合比混凝土對坍落擴展度、擴展時間T500進行檢驗1次，確認合格后方可發(fā)貨。預(yù)拌混凝土供應(yīng)速度應(yīng)保證施工的連續(xù)性。

②預(yù)拌混凝土到達施工現(xiàn)場后檢驗坍落擴展度、擴展時間T500，檢驗批次與強度檢驗批次一致，混凝土拌合物不得出現(xiàn)外沿泌漿和中心骨料堆積現(xiàn)象［3］。

③鋼管內(nèi)混凝土運輸、澆筑及間歇的全部時間不應(yīng)超過混凝土的初凝時間，同一施工段鋼管內(nèi)混凝土應(yīng)連續(xù)澆筑［1］。

④鋼管內(nèi)混凝土澆筑前，對鋼管安裝質(zhì)量檢查確認，并應(yīng)清理鋼管內(nèi)壁污物；混凝土澆筑后對管口進行臨時封閉［1］。

⑤控制自密實混凝土入模溫度在 10℃～30℃范圍，高溫施工入模溫度不宜超過 35℃，冬期施工時入模溫度不宜低于5℃［3］。

⑥為減少鋼管芯內(nèi)隔板下各類氣泡的聚集，保證混凝土澆注的密實性，尤其位于雙層內(nèi)隔板中間部位和下層內(nèi)隔板下部的混凝土氣泡的產(chǎn)生，每節(jié)鋼管柱混凝土澆筑至內(nèi)隔板以下500mm處，混凝土應(yīng)保持慢速連續(xù)自由下落。在混凝土澆筑的過程中，在鋼管柱下部應(yīng)安排工作人員使用鐵錘等敲擊鋼管柱，檢查自密實混凝土澆注的密實情況。如發(fā)現(xiàn)混凝土不密實狀況，要及時采取敲擊鋼管柱及適當增加上部混凝土的振搗等措施以補救不密實狀況。

⑦鋼管內(nèi)混凝土的澆筑質(zhì)量，可采用敲擊鋼管的方法進行初步檢查，當有異常，可采用超聲波進行檢測。對澆筑不密實的部位，可采用鉆孔壓漿法進行補強，然后將鉆孔補焊封固［2］。

7 結(jié) 語

鋼管混凝土柱利用鋼管與混凝土的共同受力，使混凝土的強度得以提高，塑性和韌性性能大為改善。同時，由于混凝土的存在可以避免或延緩鋼管發(fā)生局部屈曲，從而保證材料性能的充分發(fā)揮。該工程中，通過設(shè)計合理的混凝土配合比，進行了1：1模型模擬試驗，采取鋼管混凝土澆筑工藝試驗結(jié)果的澆筑方法，保證了鋼管混凝土的質(zhì)量。

［1］GB50628-2010，鋼管混凝土工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范［S］.

［2］GB50936-2014，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范［S］.

［3］JGJ/T 283-2012，自密實混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程［S］.

［4］蘇廣洪，葛洪軍.廣州珠江新城西塔斜交鋼管混凝土柱施工技術(shù)［J］.施工技術(shù)，2009（12）.

［5］黃建彰，田才煜，韋偉鴻，曾永明.某工程鋼管柱高拋自密實混凝土施工質(zhì)量控制［J］.工程質(zhì)量，2010（5）.

［6］鐘善桐.鋼管混凝土結(jié)構(gòu)［M］.北京：清華大學出版社，2003.

TU755.6

B

1007-7359（2016）02-0037-03

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.02.013

趙生廷（1976—），男，安徽懷遠人，畢業(yè)于合肥工業(yè)大學，碩士；高級工程師，國家注冊一級建造師（建筑、市政），國家注冊監(jiān)理工程師，國家注冊造價工程師。