救災(zāi)物資儲(chǔ)備庫建設(shè)項(xiàng)目鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)泵送混凝土及節(jié)點(diǎn)施工技術(shù)

白震宇

（哈爾濱市應(yīng)急救援保障中心，黑龍江 哈爾濱）

在現(xiàn)代大跨度廠房結(jié)構(gòu)建筑中，使用鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)作為廠房支撐構(gòu)件，具有施工速度快、支撐效果好、占用空間少、工程造價(jià)低等特點(diǎn)。在應(yīng)用鋼管混凝土組合構(gòu)件時(shí)，鋼管的安裝固定、混凝土的澆筑振搗，以及關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的連接等，都是施工管理的重點(diǎn)內(nèi)容?，F(xiàn)場施工人員需要樹立精細(xì)化的管理理念，加強(qiáng)施工技術(shù)要點(diǎn)的控制，才能提高鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

1 項(xiàng)目概況

救災(zāi)物資儲(chǔ)備庫建設(shè)項(xiàng)目位于哈爾濱市呼蘭區(qū)濱北鐵路東，呼蘭河右岸堤防南，用地面積12 330 m2，總建筑面積4 100 m2，其中：地上建筑面積4 057.52 m2，地下建筑面積42.48 m2。該項(xiàng)目總投資2 243.32 萬元，建設(shè)期1 年。地表為耕土或?yàn)┑兀孛残螒B(tài)為松花江漫灘，地下水類型為第四紀(jì)砂、礫石層孔隙潛水，地下水賦存于下部砂層中。抗震設(shè)防烈度為7 度，建筑場地設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.1 g。項(xiàng)目啟用后，能夠滿足輻射區(qū)域內(nèi)自然災(zāi)害救助應(yīng)急預(yù)案中，國家三級應(yīng)急響應(yīng)條件下規(guī)定的緊急轉(zhuǎn)移安置6 萬人的救災(zāi)物資儲(chǔ)備需求。

2 鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)泵送混凝土施工技術(shù)

2.1 混凝土材料要求

本工程中使用C40 混凝土，為提高混凝土性能對組成材料的質(zhì)量控制提出了嚴(yán)格要求。水泥選用P.O42.5 普通硅酸鹽水泥，要求不溶物占比小于1.5%，燒失量不超過5.0%，比表面積大于300 m2/kg；摻和物為粉煤灰，細(xì)度小于30%，密度在2.0～3.0 g/cm3之間，能使混凝土具有較低的粘度以及良好的流動(dòng)性。粗骨料（碎石）的各項(xiàng)指標(biāo)見表1。

表1 粗骨料的性能指標(biāo)

同時(shí)，為了改善混凝土的可泵性和增大坍落度，使用了高效減水劑。配制的混凝土坍落度控制在15～20 mm 之間、擴(kuò)展度在550～650 mm 之間?；炷翞楝F(xiàn)配現(xiàn)用，盡量減少放置時(shí)間，避免出現(xiàn)離析情況。

2.2 混凝土施工技術(shù)

2.2.1 澆筑方法的選擇

本工程中可供選擇的混凝土澆筑方法有3 種，分別是立式手動(dòng)澆搗法、泵送頂升澆灌法和高位拋落+輔助振搗法。對比來看，立式手動(dòng)澆搗法效率不高，并且質(zhì)量難以得到保證；高位拋落+輔助振搗法的施工效率較高，但是占用塔吊，不利于鋼結(jié)構(gòu)的吊裝作業(yè)；泵送頂升澆灌法在施工效率和施工質(zhì)量方面有可靠保證，唯一要考慮的問題是隨著作業(yè)高度的增加，對泵送設(shè)備的壓力提出了較高的要求[1]。綜上，本工程中確定了以下混凝土澆筑方案：對于鋼管下方的混凝土，選擇泵送頂升法施工；對于鋼管上方的混凝土，選擇高位拋落+輔助振搗施工。確定施工方案后，做如下施工準(zhǔn)備：檢查混凝土質(zhì)量，質(zhì)量不合格、參數(shù)不達(dá)標(biāo)的禁止使用；施工人員要了解圖紙與規(guī)范，進(jìn)行技術(shù)交底；施工機(jī)具進(jìn)場并完成安裝。

2.2.2 下段柱混凝土頂升法施工

該方法是在鋼管下方距離底座20～30 cm 處開一個(gè)圓形小孔，孔徑略大于輸送管的直徑，然后將輸送管插入該孔并進(jìn)行密封。利用高壓泵使混凝土通過輸送管進(jìn)入到鋼柱內(nèi)，直到混凝土達(dá)到指定高度。泵送頂升澆灌法的施工流程如圖1 所示。

圖1 頂升法施工工藝流程

使用頂升法澆筑鋼柱混凝土?xí)r，需要重點(diǎn)把控如下技術(shù)要點(diǎn)：

（1） 開孔焊管?？讖綖?40 mm，保證小孔的邊緣平滑、無毛刺，為下一步的焊接密封創(chuàng)造良好環(huán)境。在后期混凝土澆筑完畢后，需要用切割機(jī)將焊接的輸送管切除，并重新在孔洞處補(bǔ)焊圓板，打磨平整后重新補(bǔ)漆，提高鋼柱的防腐效果。

（2） 連接鋼管柱肢體和混凝土輸送管。在鋼柱下部開孔后，將輸送管插入孔內(nèi)，輸送管在鋼柱內(nèi)側(cè)的露出長度控制在5～10 mm。焊接后檢查焊接質(zhì)量，保證輸送管與鋼柱接觸部位密封良好，并清理焊渣。在輸送管與泵管之間連接一定長度的軟管，完成連接后進(jìn)行注水試驗(yàn)。一方面是檢查連接效果，觀察有無漏水情況，如果有要及時(shí)處理，避免后期澆筑混凝土?xí)r發(fā)生漏漿問題；另一方面是潤滑管道，防止混凝土在管道內(nèi)壁上粘連造成堵塞或影響泵送效率[2]。輸送管與鋼柱的連接方式如圖2 所示。

圖2 輸送管連接示意

（3） 混凝土澆筑。本工程中使用HBTD60 型電動(dòng)混凝土泵，最大排量可達(dá)到60 m3/h，最大出口壓力為9 MPa，以φ150 管道為例，最大輸送距離為水平700m、垂直120 m，能夠滿足本工程施工需要。根據(jù)施工要求設(shè)定好泵送壓力、壓入速度等各項(xiàng)參數(shù)后，啟動(dòng)設(shè)備將儲(chǔ)料斗內(nèi)的混凝土壓入到鋼柱內(nèi)?，F(xiàn)場要準(zhǔn)備一主一備2 臺(tái)攪拌車，主攪拌車在卸料時(shí)，備用攪拌車在一旁等待，當(dāng)混凝土無法保證一根鋼柱的澆筑需要時(shí)，立即啟用備用攪拌車，保證澆筑的連續(xù)性，提高鋼柱混凝土的完整性。當(dāng)鋼柱內(nèi)混凝土液面距離管頂不足100 mm 時(shí)，維持當(dāng)前壓力2 min 后完成頂升。關(guān)閉輸送管口的止?jié){閥后再關(guān)閉輸送泵，避免鋼柱內(nèi)混凝土回流。在混凝土完成初凝前清除管頂浮漿，從管頂注入少量混凝土，保證混凝土與鋼管頂部持平。

2.2.3 上段柱混凝土分層澆筑施工

澆筑混凝土前要安裝支架，用于支撐混凝土的輸送管。泵送設(shè)備仍然選用HBTD60 型輸送泵，軟管的一端連接設(shè)備，另一端插入鋼柱內(nèi)，分3 次澆筑。每次澆筑高度約為2 m，按照分層澆筑、層層振搗的方式，每完成一層澆筑，立即將振搗棒插入鋼柱內(nèi)，進(jìn)行40～60 s 的振搗后將其拔出，再繼續(xù)進(jìn)行下一層澆筑。完成澆筑后，清除鋼管頂部混凝土的浮漿，并重新填入混凝土，保證鋼管與混凝土持平[3]。

3 鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)施工技術(shù)

3.1 鋼柱柱腳施工技術(shù)

本工程中鋼管混凝土的柱腳為端承式，將柱腳與預(yù)埋底座對齊后，把預(yù)埋螺栓插入到端承式柱腳的預(yù)留孔內(nèi)，然后擰上螺母完成連接固定。根據(jù)以往的施工經(jīng)驗(yàn)，柱腳施工中常見的問題有預(yù)埋螺栓定位不準(zhǔn)、標(biāo)高偏差過大等，因此在施工中需要加強(qiáng)控制。

3.1.1 預(yù)埋螺栓的臨時(shí)安裝

為提高預(yù)埋螺栓定位的準(zhǔn)確性，本工程中使用了模板臨時(shí)安裝固定法，首先在定位模板上確定螺栓的預(yù)埋位置，復(fù)核無誤后在定位孔內(nèi)打入預(yù)埋螺栓，然后撤走定位模板，如圖3 所示。

圖3 預(yù)埋螺栓臨時(shí)安裝固定示意

在安裝預(yù)埋螺栓時(shí)，至少要進(jìn)行2 次測量，并對比前后兩次測量的誤差，如果誤差小于2 mm 說明預(yù)埋螺栓的位置精確。在后期澆筑混凝土?xí)r，由于混凝土的流速、流量較大，對預(yù)埋螺栓產(chǎn)生沖擊影響，可能會(huì)導(dǎo)致預(yù)埋螺栓發(fā)生位移。因此在澆筑鋼柱混凝土?xí)r應(yīng)合理控制流速、流量，盡量使預(yù)埋螺栓的受力均勻[4]。

3.1.2 預(yù)埋螺栓標(biāo)高偏差控制

在實(shí)際施工中，為了防止混凝土超高情況，施工人員會(huì)故意做低混凝土，這種情況下預(yù)埋螺栓有較長部分露在外面。如果利用下方螺母調(diào)節(jié)標(biāo)高，會(huì)使預(yù)埋螺栓承受過大的垂直壓力和水平推力，導(dǎo)致預(yù)埋螺栓彎曲或斷裂。針對這種情況，本工程中采用了找平柱底板的方式控制預(yù)埋螺栓的標(biāo)高偏差。在靠近地腳螺栓的柱腳底板上放置1 組厚度為5 mm 的鋼墊板，每組墊板數(shù)量在4 塊左右，墊板采用焊接方式與柱腳底板連接，具有施工速度快、控制效果好等特點(diǎn)。

3.2 鋼管柱對接接頭施工技術(shù)

3.2.1 變徑鋼管柱對接接頭施工

對于上下兩根鋼管柱直徑不相同的情況，可以在兩者之間加裝一塊錐形管作為轉(zhuǎn)換零件；同時(shí)，為了提高鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，還需要在上方鋼管的底部、下方鋼管的頂部，分別焊接一塊鋼制的環(huán)形隔板[5]。變徑鋼管柱對接接頭的處理如圖4 所示。

圖4 變徑鋼管柱的對接接頭處理示意

施工時(shí)需要關(guān)注的技術(shù)要點(diǎn)主要有兩個(gè)：其一是確定下方鋼柱的中軸線，以此為基準(zhǔn)調(diào)整錐形管、上方鋼柱的位置，保證三個(gè)構(gòu)件的中軸線重合，以便于力的順利傳遞，提高鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。其二是錐形管為實(shí)心結(jié)構(gòu)，焊接前要分別打磨錐形管與鋼柱的表面，去除油污并保證平整，從而提高焊接加固效果。

3.2.2 同徑鋼管柱對接接頭施工

（1） 安裝定位。完成測量放線后，使用吊車將上節(jié)柱緩緩吊起并移動(dòng)到下節(jié)柱的正上方。穩(wěn)定下落，使上節(jié)柱沿著下節(jié)柱的內(nèi)襯管順利插入。在放入過程中，現(xiàn)場施工人員利用抱箍鉗調(diào)整角度，確保鋼管柱的垂直度?？紤]到插入過程中鋼管外壁與襯管內(nèi)壁之間有較大的摩擦，可以提前涂刷潤滑油。在上下柱的接口處設(shè)置調(diào)節(jié)螺桿，起到臨時(shí)固定和調(diào)節(jié)垂直作用。在鋼管柱對接接頭焊接完畢后可以拆除臨時(shí)拉桿，然后將焊接部位打磨平整并重新涂刷油漆。調(diào)節(jié)螺桿的布置方式如圖5 所示。

圖5 調(diào)節(jié)螺桿示意（單位：mm）

（2） 焊接。本工程中所有鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)焊接均采用對稱焊接方式。對于柱徑不足1.2 m 的，采用2 人對稱焊接；對于柱徑超過1.2 m 的，采用3 人分段對稱焊接?，F(xiàn)場施工時(shí)，如果風(fēng)速超過4級，必須采取防風(fēng)措施。焊接完畢后，采用超聲波無損探傷檢查焊接情況。

結(jié)束語

鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)具有極強(qiáng)的承載力和穩(wěn)定性，在高層、大跨度廠房建筑中有著廣泛的使用。在應(yīng)用該組合結(jié)構(gòu)時(shí)，施工單位除了要嚴(yán)控鋼管、混凝土等材料的質(zhì)量檢查外，還要從鋼管的埋置、混凝土的澆筑，以及核心構(gòu)件的連接等方面進(jìn)行重點(diǎn)管理。本工程中通過加強(qiáng)施工技術(shù)管控，保證了救災(zāi)物資儲(chǔ)備庫高質(zhì)量建設(shè)完成，取得了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。