大直徑梭形鋼斜柱內(nèi)混凝土施工質(zhì)量控制技術

段俊 胥悅 袁文俊

【摘要】大直徑鋼管傾斜柱均為變截面維形柱，管柱內(nèi)部有管道和鋼管柱加勁環(huán)板等，且混凝土一次性澆筑高度15 m，施工難度大，質(zhì)量難以控制，國內(nèi)也無同類工程經(jīng)驗可借鑒，目前現(xiàn)有檢測手段也無法準確反映鋼管柱內(nèi)部情況。為確保鋼管柱質(zhì)量，在場外進行了鋼管混凝土柱等效模擬對比試驗，模擬實際工況，為鋼管柱混凝土澆筑施工提供數(shù)據(jù)支撐，通過對比試驗確定最佳的配合比、膨脹劑摻量和施工工藝。

【關鍵詞】梭形柱;鋼管混凝土;對比試驗;脫空檢測;等效模擬對比試驗

【中圖分類號】 TU528.59????????? 【文獻標志碼】 B

1工程概況

成都天府國際機場位于成都簡陽市蘆葭鎮(zhèn)附近，在成都市東南方向，龍泉山脈東側(cè)的山區(qū)與丘陵結(jié)合地帶。T2航站樓地上主體4層，局部有4層上夾層，地下2層（局部 B2層為 APM），建筑面積約27.16萬 m2，陸側(cè)高架橋檐口最高點34.15 m， 空側(cè)檐口高度17.35～19.35 m， 屋面最高點44.85 m。

本工程鋼管混凝土柱為屋蓋體系的支撐結(jié)構，共164根，包括豎直柱和傾斜柱兩種形式，其中結(jié)構外側(cè)的室外鋼管柱為傾斜柱，傾斜角度有8。、10。、14。3種形式，并通過 V 型撐與混凝土結(jié)構連接，結(jié)構內(nèi)部設置豎直柱，穿越混凝土結(jié)構樓層，混凝土梁角部縱筋穿柱。鋼管柱內(nèi)澆灌 C50自密實混凝土或泡沫混凝土。

T2航站樓屋面鋼管混凝土柱柱頂標高14.206～39.177 m，其中變截面柱共146根，最大截面尺寸為小1200～2200～1000 x45 mm，等截面柱18根，最大截面尺寸為小2300 x 55 mm。

2研究方案

2.1研究目的

本工程鋼管混凝土柱有豎直柱和傾斜柱2種形式，傾斜柱均為變截面錐形柱，管柱內(nèi)部存在大量安裝管道和鋼管柱加勁環(huán)板等，且混凝土一次性澆筑高度達到15 m，施工難度大質(zhì)量難以控制。鑒于航站樓鋼管混凝土柱特殊性和重要性，國內(nèi)也無同類工程經(jīng)驗可借鑒，加之目前現(xiàn)有檢測手段也無法準確反映鋼管柱內(nèi)部情況[1]。

由于航站樓質(zhì)量要求高，在場外進行了鋼管混凝土柱對比試驗，以模擬實際工況。為后續(xù)鋼管柱混凝土澆筑和今后類似工程提供數(shù)據(jù)支撐，并通過對比試驗確定最佳的配合比、膨脹劑摻量和施工工藝[2]。

2.2研究方法

根據(jù)不同配合比、不同摻量膨脹劑和振搗與否3個條件分組進行對比試驗，設3組，每組3根共計9根試驗柱，試驗柱采用1000 x10 mm的鋼管制作，每根鋼管柱高4 m，對比試驗設置工程樣板區(qū)內(nèi)，效果見圖1。為了能更真實模擬實際工況，在試驗柱內(nèi)設置一根 DN100鋼管，并在試驗柱中部設置加勁板，做法見圖2。

2.2.1配合比對比方案

通過調(diào)整水和粗細骨料等用量設計成不同的配合比，通過試驗選擇最佳的配合比，選用3個不同配合比進行對比試驗，具體配合比見表1。

2.2.2膨脹劑摻量對比方案

通過調(diào)整膨脹劑摻用量以驗證混凝土的收縮性能，以確定最佳的膨脹劑摻量，選用3個不同膨脹劑摻量進行對比試驗，具體配合比見表2。

2.2.3振搗對比方案

本對比試驗驗證施工振搗對混凝土施工質(zhì)量的影響，配合比采用膨脹劑摻量對比方案中配合比，共計3根，此3根試驗柱在施工過程中無需振搗，通過與第二組試驗柱進行對比。

3對比試驗

3.1試驗柱編號

試驗柱采用1000×10 mm的鋼管制作，每根鋼管柱高4 m，設3組，每組3根共計9根試驗柱，按1-9號進行編號，對比試驗設置工程樣板區(qū)內(nèi)，平面見圖3。

3.2試驗柱配合比選用

本次對比試驗共計5個配合比，按 P1-P5進行編號。

（1）1號、4號和7號鋼管試驗柱選用配合1，見表3。

（2）5號和8號鋼管試驗柱選用配合2，見表4。

（3）6號和9號鋼管試驗柱選用配合3，見表5。

（4）2號鋼管試驗柱選用配合4，見表6。

（5）3號鋼管試驗柱選用配合5，見表7。

3.3鋼管試驗柱對比分類

鋼管試驗柱分組進行，1-3號進行不同配合比對比，4-6號進行不同膨脹劑摻量對比，7-9號進行施工工藝對比，因此1-6試驗柱在混凝土澆筑過程中均需振搗，而7-9試驗柱在混凝土澆筑過程中無需振搗（圖4）。

3.4混凝土澆筑和養(yǎng)護

澆筑前用水將試驗柱適當潤濕，采用汽車泵澆筑混凝土，自密實混凝土澆筑至離試驗柱頂約5-10 cm，澆筑完成待混凝土初凝后蓄水養(yǎng)護。澆筑前測得各配合比混凝土塌落度見表8。

4鋼管脫空及CT檢測結(jié)果

鋼管混凝土試驗柱2018月11月30.上午10：00澆筑，于2018月12月6和2019年1月3日進行檢測。

4.1 第一次檢測（2018年12月6日）

現(xiàn)場共計測試9個墩柱，24個CT剖面。墩柱直徑為1m，鋼管壁厚0.01 m，直徑為1.02 m，周長約為3.2 m，本次測試一個圓周剖面布置16個測點，測點間距為0.2 m，測線采用部分交叉，共計40條測線（圖5～圖7）。

1 ～3號墩柱測試2個剖面，A剖面距離柱底1.5 m，B剖面距離A剖面1.5m;4～9號墩柱測試3個剖面，A剖面距離柱底0.9 m，B剖面距離A剖面1.1 m，C剖面距離B剖面.1.1 m（圖8）。

本次測試除5號墩柱B剖面、6號墩柱A剖面和B剖面、8號墩柱B剖面9號墩柱A剖面和B剖面測試環(huán)線上無脫空的現(xiàn)象外，其他剖面測試環(huán)線上均存在脫空的現(xiàn)象，存在脫空的現(xiàn)象的剖面未獲取到的首波穿射柱的直達波導致無法準確判定內(nèi)部自密實混凝土質(zhì)量。6號墩柱B剖面存在2處不密實;5號墩柱B剖面、6號墩柱A剖面.8號墩柱B剖面.9號墩柱A剖面和B剖面自密實混凝土質(zhì)量較好。

4.2 第二次檢測（2019年1月3日）

現(xiàn)場共計測試6個墩柱，16個環(huán)形CT剖面。墩柱直徑為1 m，鋼管壁厚0.01 m，直徑為1.02 m，周長約為3.2 m，本次測試一個圓周剖面布置16個測點，測點間距為0.2 m，測.線采用部分交叉，共計45條測線（圖9、圖10）。

1號.2號墩柱測試2個剖面，A剖面距離柱底1.5 m， B剖面距離A剖面1.5m;4號5號.6號、8號墩柱測試3個剖面，A剖面距離柱底0.9 m，B剖面距離A剖面1.1 m，C剖面距離B剖面1.1 m（圖11）。

所測試的16個環(huán)形剖面中，較多處疑似存在脫空，可能是自密實混凝土收縮、或者天寒引發(fā)，宜引起注意;疑似存在脫空區(qū)域，因媒介無法穿透混凝土，固無法準確判定內(nèi)部混凝土質(zhì)量;現(xiàn)場使用激振錘進行聽聲辨別，確實較多區(qū)域（尤其是4A .4B、5A存在較多脫空） ，聽聲辨別僅作參考，不作判定依據(jù);前后2次測試，存在部分差異，但所測環(huán)形切面，前后兩次測試的鍵全部平均值（平均波速）差距不大。2次檢測的結(jié)果見附表。

5結(jié)論

對現(xiàn)場鋼管試驗柱進行實體剖切后，剖切情況與 CT檢測結(jié)果吻合，部分鋼管試驗柱確實存在脫空現(xiàn)象，但脫空尺寸較小在2 mm以內(nèi)，且脫空部位混凝土密實成型質(zhì)量好。鋼管混凝土柱脫空情況無法全部避免，但通過試驗柱得到其脫空尺寸在2 mm以內(nèi)，經(jīng)分析對承載力影響較小，鋼管混凝土柱承載力仍能滿足設計要求;后期將通過調(diào)整配合比、膨脹劑摻量和施工工藝等措施可以有效控制混凝土收縮，減少鋼管混凝土柱脫空現(xiàn)象產(chǎn)生。根據(jù)上述結(jié)果得出結(jié)論：

（1）后續(xù)鋼管混凝土柱內(nèi)自密實混凝土配合比。每立方混凝土中各組分配比含量：水泥395 kg，砂820 kg，石888 kg， 水180 kg，高效減水劑12.5 kg，膨脹劑40 kg（8%），煤粉灰50 kg，礦粉25 kg，微硅粉30 kg。

（2）鋼管柱內(nèi)混凝土澆筑采用串管加振搗施工工藝。

（3）后續(xù)鋼管混凝土采用敲擊法檢測，若對敲擊法檢測有疑義部位則采用 CT法進行復測。

參考文獻

[1]黃泳水，張繼承，饒玉龍，等.高強冷彎矩形截面鋼管混凝土柱偏壓性能試驗[J].華僑大學學報（自然科學版），2019.40（2）：179-185.

[2]李紅現(xiàn)，劉殿忠.新材料下鋼-混凝土組合結(jié)構的發(fā)展與應用[J].土木工程， 2019， 8（5）：949-958.

[3]楊英欣，盧秋如，李彪，等.鋼管超高性能混凝土短柱軸心受壓應力-應變關系試驗研究[J].水利與建筑工程學報.，2019.17（1）：97-102.