一種頂升澆筑鋼管柱混凝土技術(shù)

衛(wèi)海亮，楊帆，劉增琦，于浩泉，蘭艦

（中國建筑第八工程局有限公司青島分公司）

1 引言

青島海天大酒店改造項目（海天中心）一期工程位于青島市市南區(qū)浮山灣畔，項目總用地面積32802㎡，總建筑面積49.4萬㎡（地下15.1萬㎡），由5層地下室、3棟超高塔樓及東西裙房組成。其中T2塔樓共73層，采用“鋼筋混凝土核心筒+鋼框架”結(jié)構(gòu)體系，建筑高度369m，為山東省在建第一高，項目建成后將成為青島沿海新地標(biāo)。T2塔樓外框由圓形鋼管柱及矩形鋼管柱組成，總計20根。自二層開始圓形鋼管柱每層的定位以不定斜率隨標(biāo)高變化，外立面呈現(xiàn)出擺動的曲線。圓形鋼管柱直徑為Φ1600mm～Φ2000mm，壁厚35mm～50mm。矩形鋼管柱尺寸為2200mm×1400mm，壁 厚30mm～45mm，柱內(nèi)均填C60高強混凝土。

2 施工準(zhǔn)備

2.1 混凝土配合比

本工程鋼管柱最終采用C60自密實混凝土，免振搗，依靠拌合物的流動性使柱內(nèi)澆筑后密實，自密實混凝土要求具有較好的流動性、穩(wěn)定性，具有較低的粘度。這就要求選用合適的外加劑、粗細(xì)骨料、摻和料，并進(jìn)行特殊混凝土配合比設(shè)計。

選擇適當(dāng)?shù)耐饧觿刂铺涠葥p失，減少混凝土離析，增強混凝土的流動性、穩(wěn)定性至關(guān)重要。故選擇聚羧酸系外加劑，在實驗室試配，檢測外加劑與水泥等各種材料的相容性，確定摻量的最合理比例，以保證混凝土的流動性、施工性。

另外，除滿足混凝土的強度指標(biāo)外，根據(jù)規(guī)范的要求，保證混凝土的坍落度不小于150mm，水灰比不大于0.45，粗骨料粒徑采用5mm～20mm。故根據(jù)攪拌站及第八工程局在其他工程鋼管混凝土柱的施工經(jīng)驗，該工程選用頂升鋼管柱C60自密實混凝土。

2.2 機械設(shè)備

工程選用青島市北中聯(lián)攪拌站，位于青島市四方區(qū)，距本工程約27km，考慮青島市交通狀況，攪拌車從出站到現(xiàn)場澆筑需要40min，每輛攪拌車供應(yīng)混凝土15m3，攪拌站提供7輛攪拌車，可保證連續(xù)澆筑，

2.3 施工平面布置

工程鋼管柱頂升施工時，2#大門通過鋼坡道與B2區(qū)連通，布置在B2區(qū)地下室內(nèi)兩臺混凝土泵進(jìn)行混凝土輸送，B1-3區(qū)5#大門處設(shè)置一套備用泵及泵管，為兩座塔樓共有備用泵。泵管沿塔樓核心筒內(nèi)1#、2#樓梯豎向布置，用1m和2m長泵管調(diào)節(jié)，使接頭位置設(shè)置在樓板面標(biāo)高以上0.5m。在連梁洞口處，泵管向核心筒外轉(zhuǎn)接至鋼管柱，并在泵管與樓面之間放置橡膠輪胎減小泵管震動，并在36層設(shè)置水平轉(zhuǎn)換段。

2.4 混凝土頂升接口設(shè)計

頂升接口用泵管制作，在鋼管柱距樓板300mm高位置開孔，各澆筑分區(qū)鋼管柱的開孔均朝向所在區(qū)的核心筒角部，以便于泵管對接。鋼管柱開孔處焊接一根直徑125mm，長100mm的短管。

泵管與頂升接口的轉(zhuǎn)換接頭為截取的450mm長泵管，一端為標(biāo)準(zhǔn)泵管接口，另一端與頂升接口匹配的方形連接鋼板焊接，以滿足高壓泵管與頂升接口的快速連接。并加設(shè)橡膠密封圈墊在閘板縫內(nèi)，防止在混凝土頂升過程中閘板縫漏氣。

3 頂升注意事項

在鋼管柱頂升過程中，泵管布置長度長，不可避免會出現(xiàn)堵管現(xiàn)象。堵管時立即停止泵送，打開止回閥，防止泵管內(nèi)混凝土倒流，并立即關(guān)閉頂升口處擋板。檢查泵管，特別是彎管處。發(fā)現(xiàn)堵管位置后，將堵管處泵管拆掉，清理管內(nèi)混凝土。若鋼管柱內(nèi)部被堵塞，則通過鋼管柱留設(shè)的觀察孔及人工敲擊來判斷被堵塞位置，在堵塞位置上部現(xiàn)場開孔，焊接頂升口重新開始頂升。

頂升混凝土?xí)r，在泵管接頭處可能出現(xiàn)漏漿現(xiàn)象。發(fā)現(xiàn)漏漿要暫停泵送，拆下泵管并重新安裝，及時更換橡膠墊圈。高壓泵管采用的是法蘭連接，在泵管之間墊橡膠圈。并且在頂升過程中，定期用超聲波法檢查泵管壁的磨損情況，發(fā)現(xiàn)壁厚磨損達(dá)到更換要求時，及時更換，避免爆管傷人。

4 混凝土頂升澆筑

4.1 澆筑前準(zhǔn)備

混凝土澆筑前，將鋼管柱內(nèi)的雜物、積水清理干凈，不能有明水。對鋼管柱的各道工序辦理隱檢驗收手續(xù)，待鋼管柱驗收合格后進(jìn)行下道工序施工，并辦理書面交接手續(xù)。同時，鋼管柱與核心筒連接鋼梁需安裝加固到位。

鋼管柱上混凝土頂升口焊接短泵管，樓層內(nèi)的泵管、卡箍等準(zhǔn)備充足，提前做好各管路布設(shè)的泵管連接，減少澆筑過程中泵管安拆時間。

4.2 鋼管柱混凝土頂升澆筑

澆筑前計算好單根柱及單次混凝土量，保證混凝土頂升的連續(xù)性，并通過觀察孔將鋼管內(nèi)表面澆水濕潤。

為防止堵管，澆注混凝土前，先泵送少量同配比砂漿潤濕泵管，泵送砂漿時，泵管先不與頂升口連接，待砂漿泵送完畢后再連接。泵送混凝土?xí)r，時刻控制壓入速度和壓力，防止壓力過大對鋼柱產(chǎn)生破壞?，F(xiàn)場必須保證兩輛罐車在場，保證輸送連續(xù)。柱上端安排專人觀察混凝土上升情況，配備通訊設(shè)備時刻與放料人員聯(lián)絡(luò)，防止混凝土頂升過高。

頂升完畢后，輸送泵保持恒壓2min后關(guān)閉止回閥，清理止回閥和轉(zhuǎn)換接頭，并進(jìn)行多次回抽，柱頂混凝土面無明顯回落時，拆除泵管，此時，鋼管柱頂升澆筑混凝土工作完成。下附頂升澆筑實拍圖。

5 密實度檢測及缺陷處理

工程采用我單位研發(fā)的紅外熱像法，檢測鋼管混凝土澆筑過程中的密實度情況。通過使用ANSYS三維熱傳導(dǎo)有限元模型分析存在缺陷的鋼管混凝土熱傳導(dǎo)性能，獲得在日照溫差下或特殊加熱方式下，缺陷處溫度與密實處溫度的差異，判斷鋼管混凝土是否存在缺陷。鋼管混凝土缺陷情況示意圖（見圖1）：

圖1 鋼管混凝土缺陷情況示意圖

若檢測發(fā)現(xiàn)柱內(nèi)混凝土不密實時，需進(jìn)行補強。在需補強區(qū)域上下兩端鉆透管壁，各鉆直徑10mm的孔。在下孔外焊直徑12mm，長60mm的鋼管嘴，并將鋼管嘴和注漿嘴連在一起?？諌簷C連接鋼管嘴后打開空壓機，上孔出風(fēng)時即可停止工作，若不出風(fēng)則說明脫空區(qū)域不流通，此時須在上下兩孔之間再鉆一孔，重復(fù)上述操作直至出風(fēng)為止。從注漿口開始注漿，使用空壓機將漿體頂入脫空區(qū)域直至上孔大量溢漿，即可斷開注漿嘴，用密封膏封堵上孔，待補強區(qū)漿體固化后，將鉆孔補焊固封。最后對每片脫空區(qū)進(jìn)行超聲檢測，若檢測仍有不密實則重復(fù)上述操作。

6 頂升后養(yǎng)護(hù)保溫

工程結(jié)合以往經(jīng)驗及相關(guān)規(guī)范，按要求埋設(shè)測溫點，時刻觀察溫升速率。溫度感應(yīng)頭綁扎于短鋼筋頭插入柱中，在柱內(nèi)環(huán)板排氣孔位置固定。測溫點設(shè)置在高度方向上的兩個橫向剖面中，橫向剖面中的中部區(qū)域設(shè)置測溫點，并不少于2點，間距1.0m。橫向剖面周邊的測溫點設(shè)置在距結(jié)構(gòu)表面60mm位置處。距澆筑的鋼管柱2m處設(shè)置一處室外環(huán)境溫度測溫點，并根據(jù)測溫結(jié)果，完善溫度控制技術(shù)措施，及時增減保溫措施。

冬季保溫時，鋼管外壁先嚴(yán)密包裹一層保溫毛氈，并考慮擋風(fēng)和防火要求，毛氈外側(cè)再嚴(yán)密包裹一層阻燃擋風(fēng)帆布，若溫度較低，將設(shè)兩層保溫毛氈嚴(yán)密包裹，毛氈外側(cè)再嚴(yán)密包裹一層阻燃擋風(fēng)帆布。保溫包裹施工分兩次進(jìn)行，鋼管柱吊裝前先將鋼管柱對接焊接影響區(qū)域之外包裹到位，鋼管柱對接焊接完成后，再將對接焊縫影響區(qū)域的毛氈和帆布包裹到位。

綜上所述，泵送頂升施工技術(shù)是澆筑鋼管柱混凝土的一項核心技術(shù)，在超高層施工過程中是非常重要且復(fù)雜的，這就要求施工單位必須從現(xiàn)場泵管布置、混凝土配合比、澆筑實時監(jiān)測、澆筑后保溫養(yǎng)護(hù)等方面對鋼管柱頂升澆筑混凝土實施全面把控。頂升澆筑鋼管柱混凝土技術(shù)在超高層施工中的應(yīng)用，可以大幅提高施工質(zhì)量和施工效率。