超高層C70自密實混凝土方管柱定點高拋混凝土施工技術(shù)

賈兆楠 田飛龍 叢士超 鮑晗

摘要：隨著我國經(jīng)濟和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，超高層建筑逐漸盛行，作為現(xiàn)代城市中的地標(biāo)，超高層建筑已表現(xiàn)出非凡作用。2013年～2018年我國建成250m以上超高層164座，且超高層建筑的建設(shè)數(shù)量逐年增加。而多數(shù)超高層建筑的結(jié)構(gòu)形式多數(shù)鋼管混凝土混合結(jié)構(gòu)+框架核心筒，且鋼管柱的尺寸越來越大、柱的隔板越發(fā)密集、柱內(nèi)澆灌混凝土強度越來越高，為鋼管柱混凝土澆筑帶來了新的難題。

關(guān)鍵詞：超高層C70自密實混凝土；鋼管柱、框架核心筒

1前言

解決超高層C70自密實混凝土在方鋼管柱密閉空腔的澆筑自密實的問題，且研發(fā)大尺寸鋼管柱混凝土澆筑方式及鋼管柱混凝土缺陷檢測方法。我公司成立了科技攻關(guān)小組，結(jié)合工程實例，各施工過程總結(jié)經(jīng)驗，通過一系列技術(shù)措施，形成了一套技術(shù)上先進、經(jīng)濟上合理的完整的施工方法，經(jīng)濟效益和社會效益十分顯著，極具推廣應(yīng)用價值。

2工法特點

適用于超高層方鋼管柱，柱內(nèi)澆筑高強自密實混凝土，且方鋼管柱柱內(nèi)隔板密集，局部會形成100mm的密閉空腔，造成高強自密實混凝土澆筑困難，采用定點高拋的方式，解決超高層高強自密實混凝土澆筑問題。

適用于泵送高度達到300以上的高壓輸送，采用超高壓泵管，泵管固定采用附著方式，解決混凝土泵送及泵送過程中爆管問題。

對于1400mm方鋼管柱內(nèi)密閉空腔的混凝土是否有缺陷，通過超聲波進行檢測。

通過1：1高拋模擬試驗，形成適用于超高層的高強自密實混凝土的適配工作。

3流程及操作要點

通過對密集隔板鋼管柱內(nèi)高強高性能混凝土頂位高拋法施工的深入研究，總結(jié)出了比較成熟的施工工法，其施工工藝流程如下：C70自密實混凝土適配；實體1：1高拋模擬試驗；鋼柱定位開孔深化設(shè)計；附著式泵管布置；定點高拋法鋼管混凝土澆筑；超聲波鋼管柱混凝土檢測。

3.1高強高性能混凝土適配

1、原材料的儲存

C70高性能高拋免振自密實補償收縮混凝土原材料設(shè)置專門的貯存?zhèn)}庫，級配砂石、中粗砂等不同品種、規(guī)格的骨料分倉貯存。

2、原材料的選擇

本工程C70高性能高拋免振自密實補償收縮混凝土原材選擇如下：

1）水泥采用冀東P·O52.5級水泥；

2）磨細礦渣粉選用冀東S95級礦渣粉；

3）粉煤灰采用遼寧炳圻I級粉煤灰；

4）硅灰采用營口市展朋建筑化工科技有限公司生產(chǎn)的硅灰；

5）外加劑采用由沈陽市依力達建筑外加劑廠的外加劑；

6）砂采用于洪河砂，含泥量≤2.0、細度模數(shù)≥2.5；

7）碎石采用遼陽石灰質(zhì)碎石；

8）膨脹劑由沈陽政泰外加劑廠生產(chǎn)的膨脹劑；

9）水選用地下深井水；

3、混凝土適配：通過多次試驗調(diào)整混凝土配合比，最終確定最佳配合比。

4混凝土性能試驗——U型箱試驗

自密實混凝土U型箱（U型儀）用來評定自密實混凝土拌和物的填充性。其填充性可通過測量比較U型儀兩腔混凝土的高度差來實現(xiàn)。當(dāng)混凝土在U型儀中流動時，U型儀底部的障礙鋼筋可仿真現(xiàn)場實際構(gòu)件中隔板對自密實混凝土的阻礙作用，本次試驗U型儀兩側(cè)空腔混凝土的U型箱高差△h<40mm，說明混凝土具有良好的填充性。

5混凝土性能試驗——擴展度及T500試驗

本試驗主要進行三個方面的測量：測定擴展度達到500mm的時間T500——4.8s；用鋼尺測量混凝土擴展后最終的擴展直徑，測量在相互垂直的兩個方向上進行，并計算兩個所測直徑的平均值——620mm；觀察最終坍落后的混凝土的狀況，有無粗骨料在中央堆積或最終擴展后的混凝土邊緣有較多水泥漿析出的情況——無。

6混凝土性能試驗——離析率試驗

將高拋免振混凝土拌合物用料斗裝入拌合物離析率檢測筒內(nèi)，平至斜斗口，垂直移走料斗靜置1min，用抹刀匠多余的拌合物除去并抹平，且應(yīng)輕抹，不得壓抹；將拌合物離析率檢測筒放置在跳桌上，每秒轉(zhuǎn)動一次搖柄，使跳桌跳動25次；分節(jié)拆除拌合物離析率檢測筒，并將每節(jié)筒內(nèi)拌合物裝入孔徑為5mm的方孔篩中，用清水沖洗拌合物，篩除漿體，將剩余的骨料用海綿拭干表面水分，用天平稱其質(zhì)量，精確到1g，分別得到上、中、下三段拌合物中骨料的濕重。

高拋免振搗混凝土拌合物的離析率應(yīng)按下列公式計算：

式中：fm拌合物離析率（%）

三段混凝土拌合物中濕骨料質(zhì)量的平均值（g）

m1上段混凝土拌合物中濕骨料質(zhì)量（g）

m2中段混凝土拌合物中濕骨料質(zhì)量（g）

m3下段混凝土拌合物中濕骨料質(zhì)量（g）

綜上，本實驗混凝土拌合物離析率9.6%<10%符合規(guī)范要求。

3.1實體1：1高拋模擬試驗

1、根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計圖紙對試驗用鋼管混凝土柱進行深化設(shè)計，并按鋼柱內(nèi)隔板最不利情況進行組合設(shè)計——水平隔板間距150mm、豎向隔板間距260mm。

2、在試驗鋼柱上方設(shè)置隔板模擬混凝土下落至柱底部時隔板阻礙情況、通過設(shè)置等長水平管模擬C70鋼管混凝土泵送至150mm高度的狀況、頂部混凝土自由下落高度為20m模擬現(xiàn)場鋼管混凝土3～4層一澆的情況。

3、對已澆筑混凝土的試驗鋼柱進行鋼板割除及鉆芯取樣，密集隔板部位混凝土密實，鉆芯取樣石子分布均勻，說明混凝土在狹小密閉空間自密實性能良好。

6.2鋼柱定位開孔深化設(shè)計

鋼柱深化設(shè)計時，根據(jù)現(xiàn)場施工條件確定鋼柱的開口位置和開孔尺寸。有利于混凝土澆筑，預(yù)留開口位置距樓板面500mm，鋼柱側(cè)預(yù)留開口尺寸200*200mm。具體開孔位置見下圖。

6.3附著式泵管布置

本工程泵管、地泵選用均經(jīng)過仔細測算，泵管選用內(nèi)徑125mm、壁厚9mm、鋼材45Mn2經(jīng)過高頻淬火處理，保障管道的抗爆能力，壽命比普通泵管提高2～3倍；地泵選用HBT90CH-2122D拖泵，其理論最大水平輸送距離Lmax=2437m大于現(xiàn)場實際布管管路換算水平長度L=1360m，確?；炷烈槐玫巾?。

（1）樓層水平泵管的布置

T1塔樓為鋼柱混凝土布設(shè)一套超高壓泵管用于混凝土輸送，一套回水管系統(tǒng)用于洗泵水的排水，并在污水排至地下室三級沉淀池中。

（2）首層水平管的布置

首層水平段長度應(yīng)為豎向長度的1/4～1/3，且為保證混凝土輸送過程中泵管不發(fā)生任何的位移，必須保證水泵管穩(wěn)固水平固定。采用8#槽鋼并有地盤的方式預(yù)埋在混凝土蹲上的方式固定，間距2m一個。在彎頭部位增加固定采用1m固定。

（2）豎向泵管的布置

豎向泵管附著在剪力墻上，在剪力墻澆筑前，預(yù)埋厚度為3mm的埋件。豎向固定采用8#槽鋼與在混凝土剪力墻上預(yù)埋件焊接固定，預(yù)埋件豎向間距2m。

6.4定點高拋法澆筑鋼管柱混凝土

鋼柱定位高拋混凝土澆筑形式：即在當(dāng)層樓承板混凝土澆筑完成后進行布設(shè)泵管，泵管沿著鋼柱走向周圈布設(shè)，在保證接管質(zhì)量的前提下將泵管接至鋼柱（預(yù)留200*200mm洞口）中，逐個進行混凝土澆筑。此方法可不影響下層工序即鋼結(jié)構(gòu)吊裝及樓承板鋪設(shè)的工作，大范圍進行流水施工

6.5超聲波鋼管柱混凝土檢測

根據(jù)超聲儀接收信號的超聲聲時或聲速、初至波幅度、接收信號的波形和頻率的變化情況，作相對比較分析，判定鋼管混凝土各類質(zhì)量問題。

在鋼管混凝土超聲檢測工作中，超聲波沿鋼管壁傳播的信號對檢測信號是否有影響或影響程度，是檢測人員所關(guān)注的問題，也是能否采用超聲脈沖法檢測鋼管混凝土質(zhì)量的關(guān)鍵問題，根據(jù)聲波傳播的距離及實測的結(jié)果可以歸納如下：

對穿檢測法，超聲波沿鋼管混凝土徑向傳播的時間t混與鋼管壁半周長的傳播時間t管的關(guān)系為：

說明：R——鋼管的半徑；

V混——超聲波在鋼管混凝土中傳播的速度；

V管——超聲波在鋼管中傳播的速度。

硬化的鋼管混凝土中如果存在缺陷，超聲脈沖通過這種結(jié)構(gòu)材料傳播的聲速比相同材質(zhì)的無缺陷混凝土傳播的聲速為小，能量衰減大，接收信號的頻率下降，波形平緩甚至發(fā)生畸變，綜合這些聲學(xué)參量，評定混凝土的質(zhì)量狀況。超聲參量的變化與鋼管混凝土的質(zhì)量關(guān)系，實際上是核心混凝土的密實度、均勻性及其與鋼管內(nèi)壁結(jié)合脫粘或局部空殼有關(guān)。

本工程鋼管柱混凝土澆筑完畢后，統(tǒng)一進行混凝土內(nèi)部密實度檢測，應(yīng)用對穿法非金屬超聲波檢測儀進行檢測，本工程經(jīng)檢測混凝土未發(fā)現(xiàn)異常。

7安全措施

7.1每次作業(yè)前，做好安全交底，作業(yè)人員帶好安全帽，嚴(yán)禁酒后作業(yè)。鋼柱澆筑前確保樓層邊的定型防護完好。鋼柱澆筑時禁止一切手持物件放置至臨邊位置，避免大風(fēng)天氣將物體吹落。

7.2夜間施工時，確保樓層內(nèi)照明通暢。

7.3混凝土澆筑前對所有泵管及加固位置進行檢查，防止出現(xiàn)爆管現(xiàn)象。

7.4砼澆筑過程天氣炎熱時，注意做好防暑降溫工作，儲備充足的防暑物品。

7.5輸送管在漏乘鋪設(shè)時要加墊墩（如道木）以便于裝拆管道接頭。管道接頭必須緊固接牢。

7.6泵車料斗內(nèi)的混凝土保持一定的高度，防止吸入空氣造成堵管或管中氣錘聲和造成管尾甩傷人的現(xiàn)象。

7.7當(dāng)發(fā)生堵管現(xiàn)象時，立即將泵機反轉(zhuǎn)把混凝土退回料斗，然后正轉(zhuǎn)小行程泵送，如仍然堵管，則必須經(jīng)拆管排堵處理后開車，不得強行加壓泵送，以防發(fā)生炸管等事故。

7.8車輛出入口處，宜設(shè)置交通安全指揮人員。夜間施工時，在交通出入口和運輸?shù)缆飞希瑧?yīng)有良好照明。危險區(qū)域，必須設(shè)警戒標(biāo)志。

參考文獻：

[1]吳俊國.國內(nèi)外自密實混凝土高性能混凝土研究及應(yīng)用現(xiàn)狀[J].施工技術(shù)，2012（05）.

[2]姜林.高性能自密實混凝土的配合比設(shè)計[J].北方工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2013（17）.

（作者單位：中國建筑第八工程局有限公司）