鋼管混凝土疊合柱施工工藝及質(zhì)量控制

夏建云，趙德鵬

（華潤(rùn)（深圳）有限公司 深圳518000）

鋼管混凝土疊合柱是我國(guó)自主研發(fā)的一種新型建筑結(jié)構(gòu)體系，鋼管混凝土疊合柱結(jié)構(gòu)的施工和傳統(tǒng)的混凝土施工相比，具有延性好、承壓能力、防火性和耐久性強(qiáng)的特點(diǎn)，目前已在許多高層建筑中得到使用［1］。但鋼管混凝土疊合柱施工質(zhì)量好壞直接影響整個(gè)結(jié)構(gòu)的安全性，其施工工藝是施工控制的重點(diǎn)。

1 工程概況

某鋼管混凝土疊合柱施工項(xiàng)目由游泳館、體育訓(xùn)練中心、訓(xùn)練室、體育館、套房、室外共6 個(gè)子項(xiàng)目組成。建筑總面積99 681 m2，鋼管混凝土疊合柱數(shù)量為78 根，疊合柱高為28～30 m，截面形式如圖1 所示，截面尺寸為800 mm（800～1 300）mm×1 300 mm，鋼管壁厚為25 mm。

2 施工重難點(diǎn)分析

在鋼管混凝土疊合柱吊裝方面，應(yīng)高度重視吊裝環(huán)節(jié)，針對(duì)吊裝位置精確度、構(gòu)件穩(wěn)定性全面管控，以便為后續(xù)施工奠定良好基礎(chǔ)［2］。

由于本項(xiàng)目的特殊性，經(jīng)人工操作確定鋼管位置，不僅定位準(zhǔn)確性無(wú)法保證，而且作業(yè)時(shí)間相對(duì)延長(zhǎng)?；诖耍瑧?yīng)用信息化軟件及先進(jìn)技術(shù)予以定位，常用軟件如CAD、Xsteel（鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件），或是借助BIM 技術(shù)建模分析，經(jīng)施工模擬、工廠化制作提高定位精確度，為后續(xù)安裝做足準(zhǔn)備工作［3］。

圖1 鋼管混凝土疊合柱截面形式Fig.1 Section Form of Concrete Filled Steel Tubular Composite Column

鋼筋橫向焊接時(shí)，嚴(yán)控縱向力干擾，促使橫向定位工作順利進(jìn)行。與此同時(shí)，合理調(diào)整保護(hù)層厚度，盡可能減少鋼管柱栓釘誤差。止水螺桿焊接時(shí)，使其與鋼管柱面保持90°角，針對(duì)模板加固處理，避免出現(xiàn)模板失穩(wěn)、混凝土變形等現(xiàn)象［4］。此外，應(yīng)用磁條張貼法控制SRC 梁柱節(jié)點(diǎn)質(zhì)量，真正實(shí)現(xiàn)單面焊接、雙面成型操作效果，確保焊接任務(wù)在短時(shí)間內(nèi)完成。條件允許情況下，借助機(jī)器人設(shè)備進(jìn)行焊接操作，這既能將勞動(dòng)力從繁重工作中解脫出來(lái)，又能提高勞動(dòng)力資源配置效率，使安裝任務(wù)高效完成，全面優(yōu)化焊接質(zhì)量［5］。

3 施工工藝控制要點(diǎn)

鋼管混凝土疊合柱施工質(zhì)量控制時(shí)，主要從工藝流程和施工要點(diǎn)兩方面入手，對(duì)于工藝流程，即遵循施工程序（安裝預(yù)埋件、吊裝鋼管柱、填充灌漿料、固定鋼筋、安裝模板、澆筑并養(yǎng)護(hù)混凝土、接連吊裝鋼管柱、焊接鋼管柱），確保施工任務(wù)高效、優(yōu)質(zhì)完成。具體施工要點(diǎn)闡述如下：

3.1 預(yù)埋件安裝環(huán)節(jié)

預(yù)埋件安裝期間，應(yīng)注意兩方面內(nèi)容，即保證圖紙?jiān)O(shè)計(jì)合理性、具體落實(shí)地腳螺栓預(yù)埋工作。圖紙?jiān)O(shè)計(jì)之前，設(shè)計(jì)人員全面了解施工現(xiàn)場(chǎng)，針對(duì)施工項(xiàng)目合理布局，并調(diào)整施工程序。圖紙?jiān)O(shè)計(jì)階段靈活運(yùn)用CAD 軟件，圍繞單體構(gòu)件細(xì)化設(shè)計(jì)方案，這既能控制構(gòu)件制作誤差，又能從整體上保證尺寸精確度［6］。以鋼管柱設(shè)計(jì)為例，設(shè)計(jì)人員運(yùn)用精益化設(shè)計(jì)思想，并堅(jiān)持深化設(shè)計(jì)原則，最終合理確定耳板孔徑拓展、鋼筋穿插位置。同一耳板孔徑通過(guò)多個(gè)鋼筋時(shí)，為保證穿通順利度，鋼筋直徑應(yīng)比孔徑小5 mm左右。

地腳螺栓預(yù)埋階段應(yīng)做好準(zhǔn)備工作，首先，經(jīng)測(cè)量放樣進(jìn)行軸線定位，并標(biāo)記標(biāo)高點(diǎn)，一般來(lái)說(shuō)，標(biāo)高控制點(diǎn)數(shù)量不少于2個(gè)。其次，合理確定鋼板位置，應(yīng)用螺栓予以穩(wěn)固，為減少鋼板移位現(xiàn)象，將鋼板緊密連接承臺(tái)板鋼筋。最后，掌握地腳螺栓預(yù)埋順序，預(yù)擰具有調(diào)節(jié)功能螺母?預(yù)擰地腳螺栓。其中螺母為鋼管柱提供強(qiáng)有力支撐，并視情況調(diào)節(jié)垂直角度；地腳螺栓安裝效果對(duì)構(gòu)件安裝進(jìn)程和安裝質(zhì)量有關(guān)鍵性影響，具體來(lái)說(shuō)，建筑物定位軸線和基礎(chǔ)上樁定位軸線分別為0.3 cm 和0.1 cm，基礎(chǔ)支承面標(biāo)高為±0.2 cm，地腳螺栓（錨栓）偏移為0.2 cm，為高精度安裝的基本要求。

3.2 鋼管柱吊裝環(huán)節(jié)

吊裝活動(dòng)要順利進(jìn)行，既要做足準(zhǔn)備工作，又要掌握各環(huán)節(jié)連接要點(diǎn)，全面保證軸線合理性和精確度。對(duì)于吊裝人員來(lái)說(shuō)，應(yīng)熟知吊裝流程，在保證吊裝安全性的基礎(chǔ)上順利完成吊裝任務(wù)，以便為后續(xù)操作奠定基礎(chǔ)。鋼管柱起吊時(shí)，墊鐵高度不小于50 mm，并細(xì)致檢查平整度，起吊人員協(xié)同應(yīng)用旋轉(zhuǎn)回直起吊法，既要放緩作業(yè)速度，又要精確對(duì)準(zhǔn)起吊位置，待位置無(wú)誤后脫鉤，并調(diào)整垂直度。垂直調(diào)校期間，根據(jù)相關(guān)規(guī)定對(duì)標(biāo)高、角度、順序合理調(diào)整，單節(jié)柱垂直度誤差應(yīng)滿足這一條件，即柱高∕1 000小于1 cm，堅(jiān)持分批次調(diào)校原則。垂直度監(jiān)測(cè)期間，精細(xì)控制梁柱接頭焊接變形量，一般來(lái)說(shuō)，1.5 mm 變形量最為適宜，如果變形量過(guò)大，則柱垂直效果達(dá)不到預(yù)期要求。獲知鋼管柱數(shù)據(jù)時(shí)，于鋼梁安裝前期，且校正工具全部拆除，這能保證數(shù)據(jù)全面性和準(zhǔn)確性［7］。

3.3 灌漿料填充環(huán)節(jié)

鋼管柱吊裝任務(wù)結(jié)束后難免存留縫隙，這時(shí)應(yīng)準(zhǔn)備適量灌漿料，確?？p隙有效填充，否則，縫隙寬度和范圍會(huì)相應(yīng)擴(kuò)大。在這一過(guò)程中，優(yōu)選優(yōu)質(zhì)填充料，使底部漿料與底板緊固連接。灌漿料填充前期，用清水徹底清掃縫隙，充分準(zhǔn)備灌漿料側(cè)模（尺寸為5 cm×8 cm），其中，側(cè)模與鋼管柱底板水平距離不小于5 cm?？p隙填充時(shí)，從一側(cè)注入灌漿料，直到另一側(cè)灌漿料外泄，這既能保證縫隙漿料平整度，避免出現(xiàn)氣泡，又能提高灌漿料利用率。

3.4 鋼筋綁扎環(huán)節(jié)及模板安裝環(huán)節(jié)

鋼管混凝土疊合柱節(jié)點(diǎn)焊接，應(yīng)充分準(zhǔn)備耳板，并預(yù)留大小適當(dāng)?shù)目锥矗_保鋼筋順利穿過(guò)。鋼筋綁扎期間，沿鋼管混凝土疊合柱高度方向定位鋼筋，每間隔150 cm 進(jìn)行焊接，保證鋼筋穩(wěn)固性，盡可能減少鋼筋位移現(xiàn)象。根據(jù)具體施工需要彎曲鋼筋柱頭，掌握輕型鋼筋彎曲機(jī)使用技巧。

鋼管混凝土疊合柱模板安裝時(shí)，每間隔100 cm完成止水螺桿焊接任務(wù)，焊接數(shù)量約4個(gè)。在此期間，保證焊接穩(wěn)固性，具體加固操作如圖2所示。

圖2 柱模加固Fig.2 Column Formwork Reinforcement

3.5 混凝土澆筑環(huán)節(jié)

澆筑活動(dòng)推進(jìn)時(shí)，應(yīng)細(xì)分澆筑步驟，確保澆筑工作有序開(kāi)展。首先，搭建澆筑平臺(tái)?；诙暹M(jìn)行搭設(shè)，確保耳板與澆筑平臺(tái)形成統(tǒng)一整體，便于工人走動(dòng)。云梯搭建時(shí)，鋼管為主要材料，工作人員根據(jù)鋼管柱截面尺寸確定澆筑平臺(tái)尺寸，在這一過(guò)程中保證平臺(tái)寬度大于柱邊徑，二者差值最少為100 cm，欄桿高度120 cm。平臺(tái)搭建后，在上部平鋪膠合板，以供施工人員踩踏。參數(shù)控制要求：踏步高度40 cm。云梯自距柱底20 cm 起，每隔200 cm 設(shè)置一道抱柱裝置。待搭設(shè)任務(wù)結(jié)束后，將其吊裝至鋼管柱上部，對(duì)其穩(wěn)固處理，具體如圖3所示。

混凝土澆筑前，控制去石水泥砂漿厚度22～28 mm，經(jīng)澆筑處理減少麻面、蜂窩現(xiàn)象［8］。當(dāng)澆筑高度大于200 cm 混凝土?xí)r，應(yīng)考慮混凝土離析問(wèn)題，在適當(dāng)位置安裝溜槽，保證混凝土澆筑質(zhì)量。混凝土振搗階段，充分準(zhǔn)備振搗輔助設(shè)施，并適當(dāng)控制柱模敲擊力度，待澆筑任務(wù)結(jié)束后予以養(yǎng)護(hù)。

3.6 梁柱節(jié)點(diǎn)環(huán)節(jié)

梁柱節(jié)點(diǎn)包括兩部分內(nèi)容，第一部分即鋼管柱與鋼筋混凝土梁節(jié)點(diǎn)，因這一節(jié)點(diǎn)不同于一般節(jié)點(diǎn)，所以要特意留心這一環(huán)節(jié)施工要點(diǎn)，確保施工質(zhì)量與預(yù)期要求相一致。具體來(lái)說(shuō)，耳板連接梁受力鋼筋（縱向）起到貫連作用，耳板長(zhǎng)度是鋼筋半徑的10倍，如果鋼筋數(shù)量增多，那么耳板數(shù)量隨之增加，且垂直距離及具體要求相應(yīng)調(diào)整。實(shí)際操作時(shí)，操作面大小不小于50 cm。常用焊接方式即雙面焊，其中保護(hù)氣體以CO2為主，焊接方式即自上到下、自里到外，基礎(chǔ)焊接工作完成后為加密焊做準(zhǔn)備。

圖3 操作平臺(tái)、云梯Fig.3 Operation Platform and Ladder

第二部分即鋼管柱與鋼梁節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)間連接工具優(yōu)選高強(qiáng)螺栓，吊裝操作未開(kāi)始前，細(xì)致清理接觸面，減少油污現(xiàn)象。吊裝期間，對(duì)其暫時(shí)固定，但螺栓數(shù)量大于節(jié)點(diǎn)螺栓總量的1∕3，最少為2顆。鋼梁按規(guī)定及要求校核后，逐步完成初擰、終擰任務(wù)，二者間隔時(shí)間約24 h。焊接連接方式適合于鋼梁翼緣板與鋼管柱牛腿翼緣板間焊接，在這一過(guò)程中，充分準(zhǔn)備保護(hù)氣體及適宜規(guī)格磁條，盡可能保證磁條寬度與焊縫寬度一致性。焊接連接時(shí)，優(yōu)選相應(yīng)焊接工藝，將磁條置于翼緣板底部，上部焊接活動(dòng)啟動(dòng)時(shí)，焊劑置于焊縫中心處，以期實(shí)現(xiàn)單面焊雙面成型效果［9］。待節(jié)點(diǎn)焊接活動(dòng)結(jié)束后，針對(duì)焊接結(jié)果全面檢測(cè)，常用檢測(cè)設(shè)備為超聲波探傷檢測(cè)儀，如果順利通過(guò)檢測(cè)，接下來(lái)均勻涂抹防銹漆，一旦檢測(cè)不合格，則分析焊接失敗原因，并及時(shí)制定焊接調(diào)整方案。

3.7 第2節(jié)鋼管柱吊裝環(huán)節(jié)

這一環(huán)節(jié)施工質(zhì)量控制時(shí)，主要從首節(jié)鋼管柱吊裝工作入手，即第2節(jié)鋼管柱吊裝前，于首節(jié)鋼管柱頂部鋼板內(nèi)側(cè)四周焊接鋼板內(nèi)襯，其中，焊接高度約2 cm，這既能保證焊接質(zhì)量，又能為后續(xù)安全焊接工作奠定良好基礎(chǔ)［10］。該環(huán)節(jié)的施工由兩部分組成，即鋼管柱吊裝和鋼管柱對(duì)接焊，二者呈遞進(jìn)關(guān)系，具體闡述如下。

吊裝就緒后，針對(duì)上下節(jié)耳板臨時(shí)連接，構(gòu)件以螺栓、連接板為主。構(gòu)件固定時(shí)保持松弛狀態(tài)，這能為后期矯正、調(diào)整提供便利，臨時(shí)固定如圖4所示。調(diào)整垂直度時(shí)，借助千斤頂工具進(jìn)行調(diào)節(jié)，為保證調(diào)節(jié)精確度，應(yīng)用全站儀全程監(jiān)測(cè)，即便存在偏差，偏差值不小于5 mm。

鋼管柱對(duì)接焊施工時(shí)，根據(jù)鋼管柱鋼板厚度選用焊接技術(shù)，當(dāng)厚度小于2.5 cm 時(shí)，選用一般焊接技術(shù)即可；當(dāng)厚度大于2.5 cm 時(shí)，氣體保護(hù)焊接技術(shù)最具實(shí)用性，從安全性、穩(wěn)定性角度考慮，聯(lián)用多層焊接方式，但每層焊接厚度小于5 mm，主要為了控制焊接熱量，避免出現(xiàn)熱量過(guò)度傳輸現(xiàn)象［11］。焊接任務(wù)結(jié)束后，將焊縫飽滿填充，這在一定程度上能夠保證焊接穩(wěn)固性，并全面優(yōu)化焊接質(zhì)量。由于部分焊接任務(wù)存在危險(xiǎn)性，且焊接施工難度較高，對(duì)此應(yīng)用機(jī)器人完成焊接任務(wù)，確保焊接任務(wù)順利完成。需注意的是，焊接機(jī)器人配備磁力表及道軌，將機(jī)器人置于道軌，隨著機(jī)器人移動(dòng)距離的延長(zhǎng)，焊縫角度和位置動(dòng)態(tài)調(diào)整。在此期間，經(jīng)焊接數(shù)據(jù)重置滿足設(shè)備調(diào)試需要，這能提高焊接效率，又能減少后續(xù)返工現(xiàn)象，這對(duì)施工單位經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益增加有推動(dòng)作用。最后同樣進(jìn)行超聲波探測(cè)，待探測(cè)任務(wù)結(jié)束后，對(duì)其磨平、刷漆，這既能保證焊接質(zhì)量，又能提升美觀度。

圖4 鋼管柱臨時(shí)固定Fig.4 Temporary Fixation of Steel Pipe Column

4 質(zhì)量控制要點(diǎn)

鋼管混凝土疊合柱施工質(zhì)量控制的重要性不言而喻，對(duì)于施工人員來(lái)說(shuō)，應(yīng)掌握質(zhì)量控制要點(diǎn)，并做好質(zhì)量控制系列化準(zhǔn)備工作，這是施工質(zhì)量提升、施工風(fēng)險(xiǎn)管控的前提條件。①安全搭建焊接操作臺(tái)，并在適當(dāng)位置擺放吊籃，可為各環(huán)節(jié)焊接操作提供便利。②經(jīng)混凝土鑿毛、底部清潔、適當(dāng)潤(rùn)濕為灌漿料施工做準(zhǔn)備，待基礎(chǔ)工作準(zhǔn)備就緒后，有序完成灌漿任務(wù)，在一定程度上能夠提升灌漿粘度。③全面檢查止水螺桿，將破損、銹蝕止水螺桿及時(shí)清場(chǎng)，對(duì)鋼管混凝土疊合柱加固操作有重要作用。此外，在適當(dāng)位置設(shè)置溜管，是混凝土強(qiáng)度提升的必要條件。④適當(dāng)選擇焊接材料，即參照設(shè)計(jì)強(qiáng)度選擇適宜焊接材料，其中，低氫型焊絲獲得較高評(píng)價(jià)。⑤有效踐行小電流薄焊道方式，適當(dāng)優(yōu)化焊道順序，盡可能減少裂縫現(xiàn)象。參照材料含碳量、焊縫裂紋敏感性系數(shù)對(duì)其預(yù)熱，確保后熱處理任務(wù)高效完成。

5 結(jié)語(yǔ)

鋼管混凝土疊合柱是建筑工程項(xiàng)目施工中的重要內(nèi)容，屬于疊合構(gòu)建形式，相較于傳統(tǒng)型鋼混凝土柱的強(qiáng)度要更高。文章結(jié)合工程實(shí)際，介紹了鋼管混凝土疊合柱的施工工藝及質(zhì)量控制方面的技術(shù)。并將其技術(shù)總結(jié)如下：采用鋼管混凝土疊合柱及梁柱節(jié)點(diǎn)質(zhì)量控制措施，能夠有效保證施工質(zhì)量，具有較高的應(yīng)用推廣價(jià)值；采用在鋼管柱栓釘上焊接止水螺桿進(jìn)行柱模加固，在栓釘上焊接橫向鋼筋防止鋼筋偏位，成功解決了加固效果差、質(zhì)量不佳等缺點(diǎn)；通過(guò)對(duì)大截面厚壁鋼管柱焊接工藝的改良創(chuàng)新、控制，有效縮短構(gòu)件焊接時(shí)間，提高焊接質(zhì)量。