自密實(shí)超高鋼管混凝土柱的施工

張 雙 陳學(xué)英 李云燕 劉 磊 李繼越

中國(guó)建筑第二工程局有限公司 廣西 南寧 530022

1 工程概況

某項(xiàng)目室內(nèi)主題樂園平面尺寸為165.2 m×148.5 m，地上高度30 m；屋面采用兩點(diǎn)支撐大跨弧形倒三角空間立體管桁架結(jié)構(gòu)屋架，內(nèi)部?jī)H用2個(gè)凈高24.1 m、直徑1 800 mm的大直徑鋼管混凝土柱與外圍鋼筋混凝土排架柱共同作用撐起了主題樂園的巨大空間，因此鋼管混凝土柱的施工質(zhì)量關(guān)系到整個(gè)屋面結(jié)構(gòu)的安全及使用功能。如何提高鋼管柱安裝精度、避免細(xì)微裂縫、提高焊接質(zhì)量且保證施工安全，最終達(dá)到成本控制，成為亟待解決的技術(shù)難點(diǎn)[1-4]。

2 施工重、難點(diǎn)

鋼管混凝土柱施工過程水化熱造成的溫升較高，會(huì)引起鋼管“安裝焊接鋼管（冷縮）—澆筑混凝土（熱脹）”的熱脹冷縮循環(huán)，造成不同分段產(chǎn)生不均勻應(yīng)力，如何控制這種不均勻應(yīng)力是工程重難點(diǎn)之一；低溫狀態(tài)下，為快速進(jìn)入下一道施工工序，如何確保高位拋落免振搗法一次性澆筑低收縮自密實(shí)混凝土的施工質(zhì)量是工程重難點(diǎn)之二；通過對(duì)吊車站位、吊幅計(jì)算，合理策劃鋼柱分段吊裝，使資源充分利用是工程重難點(diǎn)之三；鋼柱采用兩點(diǎn)就位，一點(diǎn)吊裝，如何控制鋼柱垂直度，保證鋼柱焊接質(zhì)量是工程的重難點(diǎn)之四。自密實(shí)混凝土的試配過程及試配結(jié)果為本工程控制重點(diǎn)。

3 施工工藝

3.1 施工工藝流程

施工工藝流程為：自密實(shí)混凝土配合比試驗(yàn)、鋼管柱分段吊裝分析、鋼柱定位軸線及定位線測(cè)設(shè)→分析混凝土配合比試驗(yàn)結(jié)果、確認(rèn)最終配比、鋼柱吊裝前預(yù)檢驗(yàn)收、柱底標(biāo)高確認(rèn)及找平→首節(jié)鋼柱吊裝及固定→第2節(jié)鋼柱吊裝→垂直度調(diào)整及連接施工→第3、4節(jié)鋼柱吊裝及調(diào)節(jié)→高拋免振自密實(shí)混凝土澆筑→驗(yàn)收。

3.2 施工工藝原理

本工程主題樂園對(duì)超大直徑鋼管混凝土柱的加工、定位、安裝的方式及流程進(jìn)行了優(yōu)化，采用旋轉(zhuǎn)回直法進(jìn)行鋼柱吊裝并根據(jù)“三點(diǎn)一線”原理控制鋼柱垂直度，可以有效控制施工質(zhì)量。同時(shí)為減小“安裝焊接鋼管（冷縮）—澆筑混凝土（熱脹）”循環(huán)模式下造成不同分段產(chǎn)生不均勻應(yīng)力，經(jīng)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)配比后選用可靠的自密實(shí)混凝土，并采用立式高位拋落免振搗法，大大縮短了鋼管柱安裝、混凝土澆搗等過程的時(shí)間。采用柱底定位環(huán)及限位板技術(shù)，操作更方便，安裝更精準(zhǔn)快捷，施工質(zhì)量更可靠。鋼管柱對(duì)接均采用內(nèi)襯管施工工藝，使接頭焊縫質(zhì)量得以充分保證。鋼柱安裝軸線、標(biāo)高準(zhǔn)確、垂直度高。

3.3 施工技術(shù)要點(diǎn)

3.3.1 鋼管柱分段吊裝分析

本工程超高鋼管柱最后一段施工過程與地下管廊施工過程發(fā)生重疊，而地下管廊結(jié)構(gòu)復(fù)雜、管廊縱橫交錯(cuò)，為確保后期管廊施工便捷及鋼管柱施工，對(duì)吊車站位、作業(yè)半徑、鋼管柱運(yùn)輸和吊運(yùn)的空間及時(shí)間安排等進(jìn)行了優(yōu)化。

通過分析現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境，鋼管柱高約24.1 m，根據(jù)自密實(shí)混凝土設(shè)計(jì)澆筑結(jié)果及工期安排，可分為4段進(jìn)行吊裝作業(yè)，利用塔吊吊裝不經(jīng)濟(jì)，因此采用汽車吊吊裝。吊車型號(hào)基于吊裝距離、吊裝角度、最大吊裝質(zhì)量綜合考慮后選擇。最終將鋼管柱分為6 305、10 000、4 910、7 405 mm共4段吊裝，吊裝機(jī)械采用50 t汽車吊，鋼管柱最大質(zhì)量為13 t。鋼管柱周邊10 m范圍為承臺(tái)施工完成后填土，經(jīng)場(chǎng)地強(qiáng)夯處理后，可滿足汽車吊站位需要，汽車吊站位吊距15 m。

3.3.2 超高鋼管柱的安裝

在平面控制網(wǎng)的基礎(chǔ)上結(jié)合圖紙尺寸，采用圓管環(huán)切法放出鋼柱四周切點(diǎn)線，利用圓柱四周切點(diǎn)依次放出300 mm安裝控制線，用于測(cè)量及控制鋼柱安裝及復(fù)核。采用直角坐標(biāo)法放出每個(gè)鋼柱基礎(chǔ)的縱橫軸線。將所測(cè)軸線彈墨線后，復(fù)核相鄰柱間尺寸。軸線復(fù)核無誤后，畫紅油漆三角標(biāo)記，作為下一節(jié)鋼柱吊裝就位時(shí)的對(duì)中依據(jù)。

用水準(zhǔn)儀從高程控制點(diǎn)引測(cè)標(biāo)高，根據(jù)所測(cè)混凝土面標(biāo)高偏差值，用不同厚度的墊鐵找平，由于焊接柱口有一定的焊接收縮量，因此，在安裝過程中應(yīng)保證柱頂標(biāo)高有2～3 mm的正公差，待焊接完成、焊縫冷卻以后再進(jìn)行復(fù)檢高程，做好記錄并作為下一柱段高程調(diào)整的依據(jù)。

根據(jù)上述吊裝分析得知，吊裝機(jī)械采用50 t汽車吊，鋼管柱最大質(zhì)量為13 t。鋼管柱周邊10 m范圍為承臺(tái)施工完成后填土，汽車吊站位吊距15 m，滿足吊裝要求。鋼柱吊裝就位后，觀測(cè)由制作廠在柱身上畫好的標(biāo)高線，若有標(biāo)高誤差，加減薄鐵板調(diào)整高度。

3.3.3 自密實(shí)無收縮混凝土配合比設(shè)計(jì)

工程自密實(shí)混凝土在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行配比試驗(yàn)，采用雙摻合料配比試驗(yàn)，最終的配合比符合JGJ/T 283—2012《自密實(shí)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》的要求。

膨脹劑采用武漢三源特種建材有限公責(zé)任公司生產(chǎn)的S-AC高性能混凝土膨脹劑，試驗(yàn)按膠凝材料的4%、6%、8%分3組進(jìn)行對(duì)比，其中6%摻量的配合比試塊（100 mm立方體試塊）在3 d初始拆模尺寸平均值為99.99 mm，28 d和60 d初始拆模尺寸為100.00 mm，其無收縮，效果最優(yōu)，最終采用6%摻量作為自密實(shí)無收縮混凝土膨脹劑配合比。

3.3.4 高拋免振自密實(shí)混凝土的施工

混凝土在預(yù)拌廠拌制完成，運(yùn)距約10 km。行車約30 min可到達(dá)工地?；炷敛捎锰毂眠M(jìn)行澆筑，入模溫度不超過35 ℃。澆筑混凝土?xí)r，現(xiàn)場(chǎng)有質(zhì)保部及技術(shù)部人員進(jìn)行旁站，澆筑前做坍落度試驗(yàn)。

鋼管柱分段設(shè)有內(nèi)加勁環(huán)排氣孔，故可以連續(xù)澆筑作業(yè)。混凝土泵送和澆筑過程保持其連續(xù)性，減少分層，保持混凝土流動(dòng)性。

混凝土澆筑時(shí)，澆筑混凝土在分段鋼柱頂以下1 m即停止?jié)仓?，避免混凝土施工縫與鋼柱焊接段在同一個(gè)位置。

最后澆筑頂部段時(shí)，澆筑完畢30 min后，觀察鋼管混凝土有無回落下沉，若有下沉，則用人工補(bǔ)澆管補(bǔ)澆混凝土。

3.4 鋼柱混凝土柱驗(yàn)收

1）鋼柱垂直度驗(yàn)收，確保受力平均。

2）吊裝各節(jié)鋼柱焊接質(zhì)量、焊縫強(qiáng)度、表面觀感等進(jìn)行驗(yàn)收，確保焊接質(zhì)量。

3）澆筑完成后采用超聲波進(jìn)行探測(cè)，確保鋼管柱內(nèi)部不出現(xiàn)空洞，以避免影響最終受力。4）對(duì)柱頂標(biāo)高進(jìn)行驗(yàn)收，確保不影響后期桁架驗(yàn)收。5）對(duì)混凝土標(biāo)養(yǎng)、同養(yǎng)試塊強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)，確保澆筑強(qiáng)度。

3.5 施工效果

1）通過使用高拋免振自密實(shí)混凝土，確?；炷翉?qiáng)度及澆筑質(zhì)量，可以一次性完成鋼柱焊接和混凝土澆筑。

2）超高鋼管柱焊接焊縫強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求，垂直度偏差滿足鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范、設(shè)計(jì)控制要求，使用效果良好。

3）使用此技術(shù)大大節(jié)約了機(jī)械使用費(fèi)用，減少了重復(fù)焊接時(shí)間和重復(fù)澆筑時(shí)間，同時(shí)也節(jié)約施工時(shí)間，縮短工期，提高了施工經(jīng)濟(jì)效益。

3.6 施工保證措施

1）測(cè)量定位時(shí)間不宜選在每天10：30—15：30期間，避免因氣溫過高造成視覺誤差。

2）混凝土澆筑完成后注意是否有沉降，若有沉降，應(yīng)及時(shí)補(bǔ)料填平頂口。

3）整個(gè)施工過程中，應(yīng)保持對(duì)鋼管柱垂直度的監(jiān)測(cè)，若發(fā)生位移偏差，應(yīng)立刻停止?jié)仓⒉扇∮行Т胧?/p>

4）鋼柱安裝前應(yīng)對(duì)下一節(jié)鋼柱的標(biāo)高與軸線進(jìn)行復(fù)驗(yàn)，若發(fā)現(xiàn)誤差超過規(guī)范，應(yīng)立即修正。

5）鋼柱加工廠應(yīng)按要求在柱兩端設(shè)置臨時(shí)連接耳板，待鋼柱焊接完成且驗(yàn)收合格后，再將耳板割除。

6）一般鋼柱采用兩點(diǎn)就位，一點(diǎn)吊裝。吊裝采用旋轉(zhuǎn)回直法，嚴(yán)禁根部拖柱，吊點(diǎn)位置在柱頂。

7）安裝連接板固定，上下柱不能出現(xiàn)錯(cuò)口，然后進(jìn)行校正焊接。每一個(gè)柱的定位軸線，應(yīng)從地面控制軸線引到柱頂，以保證每節(jié)鋼柱安裝無誤，避免產(chǎn)生過大的積累偏差；柱-柱安裝校正重點(diǎn)為對(duì)鋼柱有關(guān)尺寸進(jìn)行預(yù)檢；影響垂直因素的預(yù)先控制安裝誤差主要有鋼柱的柱頂垂直偏差、位移量、焊接變形、日照溫度、垂直校正及彈性壓縮等；壁厚30 mm的柱-柱焊接收縮值應(yīng)控制在1.7～2.0 mm。

8）臨時(shí)連接耳板的螺栓孔應(yīng)比螺栓直徑大4.0 mm，利用螺栓孔的余量來調(diào)節(jié)鋼柱制作時(shí)±3 mm的誤差。

9）鋼柱-臨時(shí)耳板連接，焊接時(shí)根據(jù)焊接工藝評(píng)定參數(shù)進(jìn)行，在焊接過程中，若發(fā)現(xiàn)少量偏差，可用電焊校正方法修正。

10）現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)施工過程中，必須進(jìn)行噪聲監(jiān)測(cè)，防止噪聲污染，夜間施工應(yīng)在取得夜間施工許可證的前提下進(jìn)行；現(xiàn)場(chǎng)噪聲排放不得超過國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 12523—2011《建筑施工場(chǎng)界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定，并保證晝間≤70 dB、夜間＜55 dB。

4 結(jié)語(yǔ)

主題樂園項(xiàng)目對(duì)超高鋼管混凝土柱的加工、定位、安裝的方式及流程進(jìn)行了優(yōu)化，采用旋轉(zhuǎn)回直法進(jìn)行鋼柱吊裝并根據(jù)“三點(diǎn)一線”原理控制鋼柱垂直度，可以有效控制施工質(zhì)量。同時(shí)采用立式高位拋落免振搗法，縮短了鋼管柱安裝、混凝土澆筑等過程的時(shí)間，提高了施工效率和混凝土澆筑質(zhì)量，節(jié)約了機(jī)械使用費(fèi)用，同時(shí)也節(jié)約了施工時(shí)間，縮短了工期。采用柱底定位環(huán)及限位板技術(shù)，操作更方便，安裝更精準(zhǔn)快捷，施工質(zhì)量更可靠。本工程鋼柱安裝軸線標(biāo)高準(zhǔn)確，垂直度高，同時(shí)高拋免振自密實(shí)混凝土的配合比為高溫地區(qū)免振混凝土的配合比提供了參考經(jīng)驗(yàn)。本次施工過程中鋼管混凝土澆筑未實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，不能實(shí)時(shí)修復(fù)質(zhì)量問題，未來可依據(jù)超聲波檢測(cè)原理進(jìn)行混凝土澆筑的實(shí)時(shí)檢測(cè)，以實(shí)現(xiàn)澆筑過程的實(shí)時(shí)調(diào)整。