C60鋼管自密實混凝土施工技術

齊立宏，武俊宇，許 慧，白 杰，尹江濤，盛 智

(1.中鐵建工集團有限公司，北京 100160； 2.中國建筑材料科學研究總院有限公司，北京 100024)

0 引言

鋼管混凝土組合結構是將鋼材與混凝土通過合理的方式組合成共同工作的整體結構，通過充分發(fā)揮鋼材與混凝土的優(yōu)勢，實現鋼管與高強高性能混凝土的協(xié)同增強作用。鋼管混凝土具有承載力高、塑性和韌性好、制作和施工方便、耐火性能好等優(yōu)點，且經濟效益良好，滿足現代工程結構向大跨、高聳、重載、可承受惡劣條件發(fā)展的需要，已廣泛應用于高層建筑與橋梁工程中。

鋼管混凝土澆筑方法主要包括澆筑振搗法、高位拋落法和泵送頂升法，由于鋼管混凝土澆筑時多為密閉情況，澆筑質量難以保證，實際施工過程中難免產生缺陷。當鋼管混凝土內部存在脫黏現象時，構件承載力隨著脫黏寬度的增加快速減小，隨著長細比的增加逐漸增大，并使鋼管混凝土側向變形增大，從而影響鋼管混凝土結構整體性能的發(fā)揮。由于自密實混凝土具有高流動性，無須振搗即可自密實，且分布均勻，使鋼管自密實混凝土具有較好的施工性能。

1 工程概況

北京豐臺站改建工程站房總用地面積約15.3萬m2，總建筑面積為39.88萬m2，東西向長563m，南北向長332m。站房采用筏板基礎，屋蓋為大跨度雙向鋼桁架結構，地下1層，地上4層，局部設有夾層，屋面最高點高度為36.5m，基礎埋深-14.8m，局部-20.8m，該站房為融合鐵路、地鐵、市政、公交及相關配套設施的綜合體，且為國內首座普速、高速列車雙層車場站型布置的大型現代化鐵路站房。站房主體采用勁性鋼結構，承重柱為四腔體或九腔體箱形鋼管混凝土柱(見圖1)，采用C60自密實混凝土澆筑。

圖1 鋼管混凝土柱剖面

2 施工難點

承重柱鋼管內部設有隔板，隔板最小間距為50cm，易使混凝土澆筑不密實、不均勻，進而導致混凝土坍落度損失大、坍落度保持性差、與型鋼脫空等。因此，本工程配制的混凝土須具有良好的坍落度保持性、流動性及較高的強度，且無收縮、自密實。

3 混凝土配合比設計

C60自密實混凝土配合比設計流程為：①優(yōu)選混凝土原材料，計算理論配合比，在此基礎上，檢測原材料對混凝土性能的影響；②選擇原材料較佳摻量調整混凝土配合比，得到初步配合比；③通過檢測不同膠凝材料水化熱優(yōu)化配合比，得到基準配合比；④進一步調整外加劑組分，測定拌合物含氣量及其他性能，得到混凝土最終配合比，即水泥∶粉煤灰∶硅灰∶膨脹劑∶砂∶碎石∶外加劑∶水=394∶113∶22.5∶33.8∶772∶935∶11.3∶158(kg/m3)。

根據工程特點及設計要求，規(guī)定混凝土坍落度≥250mm，擴展度≥650mm，T50≤10s，V形漏斗通過時間≤15s，28d抗壓強度≥69MPa，水中養(yǎng)護14d后的限制膨脹率≥0.015%，具有良好和易性、流動性、抗離析性、間隙通過性，無離析、泌水現象。

對混凝土性能進行檢測，得到混凝土坍落度為270mm，擴展度為720mm，T50為3.5s，V形漏斗通過時間為9.6s，28d抗壓強度為73.8MPa，水中養(yǎng)護14d后的限制膨脹率為0.020%，離析率為8%≤15%(抗離析性達SR2性能等級要求)，坍落擴展度與J環(huán)擴展度差值為20mm(間隙通過性達PA2性能等級要求)，可知混凝土各項性能均滿足施工要求?；炷脸跄龝r間為13h45min，終凝時間為17h50min，充足的時間使流動性好的混凝土自密實，并使膨脹劑充分發(fā)揮效應。

4 施工效果分析

制作四腔體鋼管混凝土柱試件，在柱前、后表面預留可拆除鋼板，便于觀察混凝土澆筑質量。分別采用泵送頂升法、高位拋落法、高位拋落+振搗法、高位拋落+串管下料+振搗法澆筑各腔體，如圖2所示。拆模后混凝土外觀質量如圖3所示。對不同施工工藝施工效果進行總結，如表1所示。

表1 不同施工工藝施工效果

圖2 各腔體施工方法

圖3 拆模后混凝土外觀質量

由圖3和表1可知，4種施工工藝混凝土外觀質量無明顯差別，混凝土表面密實，無明顯質量缺陷，混凝土與鋼板結合緊密，無脫空現象；相比其他工藝，高位拋落法施工難度低，澆筑后的混凝土表面較光潔，氣泡較少，由于本工程鋼管混凝土柱數量多，為達到施工方便、經濟合理的目的，采用高位拋落法施工，不輔助其他設施或工藝。

5 混凝土內部缺陷檢測

混凝土內部缺陷是影響鋼管混凝土柱施工質量的主要因素，混凝土內部不密實區(qū)及混凝土與鋼管內壁黏結不良等均為常見缺陷形式。采用SCE-MATS-S型混凝土多功能無損測試儀檢測內部缺陷，設置4個檢測區(qū)(見圖4)，測點按網格化布置，最小網格單元尺寸為0.1m×0.1m。采用誘導振動法進行缺陷檢測，通過錘擊誘發(fā)混凝土表面振動，并形成聲波，當混凝土與鋼管脫空時，聲波卓越周期、持續(xù)時間均增大，通過分析相關參數可判斷是否存在脫空現象等。

圖4 檢測區(qū)布置示意

檢測結果表明，檢測區(qū)①整體密實，未出現脫空現象；檢測區(qū)②中部、右側端部各存在1處脫空；檢測區(qū)③僅右側端部存在1處脫空，整體密實性良好；檢測區(qū)④密實性較檢測區(qū)①略差，較檢測區(qū)②，③好，整體較密實。

6 結語

北京豐臺站改建工程站房主體采用勁性鋼結構，承重柱為四腔體或九腔體箱形鋼管混凝土柱，通過優(yōu)選原材料、優(yōu)化配合比嚴格控制C60自密實混凝土生產質量。混凝土澆筑完成后，采用誘導振動法進行缺陷檢測，結果表明混凝土密實性良好，可知在混凝土原材料及配合比合適、不輔助其他設施或工藝的情況下，僅采用高位拋落法施工可達到良好的混凝土澆筑效果，可避免出現內部缺陷，進而保證承重柱施工質量。高位拋落法具有施工方便、經濟合理等優(yōu)點，可降低勞動強度，改善施工環(huán)境，適用于鋼管混凝土柱數量較多的工程。