泊富國際廣場鋼管混凝土疊合柱施工技術及應用

余 曦，黃 俊，董玉平

（中建三局第二建設工程有限責任公司，武漢 430074）

鋼管混凝土疊合柱是一種強度高、延性大、抗震性能優異的結構形式。其截面可為方形截面、矩形截面或圓形截面。疊合柱的內外組成部分可不同期施工，也可同期施工。不同期施工是指先澆筑管內混凝土形成鋼管混凝土柱，承受部分施工期間的豎向荷載，后澆筑管外混凝土。同期施工是指同時澆筑鋼管內混凝土和鋼管外混凝土。

1 工程概況

泊富國際廣場是一座集商業、購物、辦公、娛樂及商務公寓為一體的大型綜合性建筑，總建筑面積約為29萬m2。地下4層，主樓地上43／49層，地下4層地下室，地上4層裙樓，主樓分別由1棟辦公樓及1棟公寓樓組成，其高度分別為223m／159m。辦公樓采用鋼管混凝土疊合柱框架核芯筒結構，裙樓采用框架結構。

辦公樓外框由20根鋼管混凝土疊合柱組成，鋼管混凝土疊合柱由鋼管內混凝土和鋼管外鋼筋混凝土組成一個聯合結構，其中底板頂～20層樓面鋼管柱鋼管直徑為1 100mm，20層樓面～34層樓面鋼管柱鋼管直徑為900mm，34層樓面～44層樓面鋼管柱直徑為900mm，44層樓面～屋面鋼管直徑為700mm，均采用Q345－B鋼板制作。混凝土強度等級從C70至C30。

2 鋼管混凝土疊合柱制作

該工程的鋼管柱采用直縫焊接鋼管，截面為Φ1 100×32、Φ1 100×28、Φ900×26、Φ700×24，材質為Q345－B。均采用壓制工藝制作成型。

2.1 工藝流程

深化設計→原材料檢測→切割下料→預彎→成型→合縫預焊→內焊→外焊→精整→校直→超聲波探傷→管端手工UT 探傷→入庫裝車運輸。

2.2 穿筋孔開設

梁筋與疊合柱的連接采用在鋼管柱上開孔后梁筋直接錨入疊合柱內的形式。在開孔前由技術部門用CAD軟件進行精確放樣后，采用數控機床進行開孔加工，并在鋼管上設置安裝定位線，避免安裝誤差造成穿筋困難。

3 鋼管混凝土疊合柱安裝

3.1 地腳螺栓預埋

該工程鋼柱通過地腳螺栓與基礎進行連接。地腳螺栓安裝精度直接關系到整個鋼結構安裝的精度，為了保證預埋螺栓的埋設精度，將每一根柱下的所有螺桿用定位板進行固定，在基礎梁鋼筋綁扎完后進行螺栓埋設，大致就位，在基礎梁鋼筋綁扎校正完后對預埋螺栓進行校正定位，交付驗收，合格后澆灌砼。

3.2 鋼管柱吊裝

該工程的鋼管柱采用兩臺塔吊進行吊裝，鋼柱兩層一吊裝、混凝土一層一澆筑。辦公樓西側附著一臺H3／36B塔吊，起重能力從5.2t到12t；辦公樓東側附著一臺C7050塔吊，起重能力從5.2t到20t。C7050塔吊將會從地下4層一直工作到辦公樓結構封頂，H3／36B塔吊工作周期為地下4層到地上10層，10層的時候將會拆掉。拆掉以后鋼柱的吊裝任務將由C7050塔吊獨立完成。鋼柱吊裝時利用鋼柱的臨時連接耳板作為吊點，吊點必須對稱，確保鋼柱吊裝時為垂直狀。鋼柱吊裝到位后，鋼柱的中心線應與下節鋼柱的中心線吻合，并四面兼顧，活動雙夾板平穩插入下節鋼柱對應的安裝耳板上，穿好連接螺栓，連接好臨時連接夾板，利用千斤頂進行校正。校正時應對軸線、垂直度、標高、焊縫間隙等因素進行綜合考慮，全面兼顧，每個分項的偏差值都要達到設計及規范要求。

3.3 鋼管柱焊接

根據該工程結構特點，焊接時采取對單根柱對稱焊接相結合的方式進行。采用根部手工焊封底、半自動焊中間填充、面層手工焊蓋面的焊接方式，帶襯板的焊件全部采用CO2氣體保護半自動焊焊接。全部焊段盡可能保持連續施焊，避免多次熄弧、起弧。穿越安裝連接板處工藝孔時必須盡可能將接頭送過連接板中心，接頭部位均應錯開。焊接完成后進行焊縫超聲波探傷，超聲波探傷在外觀檢查合格的基礎上進行。施焊完畢的焊縫待冷卻后，按設計要求對全熔透一級焊縫進行100%的檢測。自檢合格后，通知監理，組織第三方監督檢測和抽檢。

4 鋼管混凝土疊合柱重要節點施工

4.1 鋼筋混凝土梁與鋼管混凝土疊合柱節點的連接

該工程鋼筋混凝土梁與鋼管混凝土疊合柱的連接，采用在疊合柱鋼管上開穿筋孔，梁縱筋采用錨固連接的方式進行連接。在疊合柱鋼管加工前，采用CAD 軟件對梁筋穿越鋼管壁定位進行計算機放樣模擬，詳盡考慮不同方向的梁各排縱筋在排布位置上的定位，確保鋼管壁的開洞位置及大小符合穿筋要求。

4.2 鋼筋混凝土柱與鋼管混凝土柱節點的連接

該工程鋼管混凝土疊合柱內鋼管除四個角柱在屋面層收頭，其余的16個疊合柱鋼管在34層就已經收頭。為保證鋼管柱與混凝土柱連接點的強度，在鋼管收頭處設置芯柱，芯柱插入鋼管柱內一個抗震錨固長度，芯柱一直伸到上一層板面收頭。

4.3 鋼管混凝土疊合柱變直徑拼接

該工程鋼管柱在20層時鋼管直徑由1 100mm 變為900mm，44層由900mm 變為700mm，鋼管柱在20層、44層樓面梁標高及往下1 200mm 范圍內進行變截面，變截面區域的鋼管壁厚同較厚層壁厚的鋼管，并在樓面標高處及樓面標高往下1 200mm 處設計橫隔板。為保證混凝土的澆筑，在兩塊橫隔板居中設計一直徑300mm 的圓孔。

5 鋼管混凝土疊合柱混凝土施工

鋼管混凝土疊合柱混凝土施工主要包括兩部分：一是鋼管混凝土疊合柱內混凝土施工，二是鋼管混凝土柱外混凝土施工。

由于鋼管柱壁上開有穿筋孔，為防止鋼管柱在后續施工中鋼管柱外包混凝土通過鋼管柱上的孔洞流入到鋼柱內，鋼管柱采用兩層一焊接、一層一澆筑的方式進行施工，嚴格按照施工工序進行施工，保證鋼管柱內混凝土的澆筑質量。

施工流程：

步驟一：清理施工現場；

步驟二：焊接N、N＋1層鋼管柱；

步驟三：鋪設N＋1層模板；

步驟四：搭設自密實混凝土澆筑鋼平臺，澆筑N 層鋼管柱自密實混凝土至N＋1層梁底；

步驟五：綁扎N＋1層鋼筋，澆筑N層鋼管柱外包混凝土及剪力墻混凝土，先澆筑鋼管柱外包混凝土至梁底，然后用塔吊吊裝自密實混凝土到鋼柱內與鋼管柱梁柱節點核心區外包混凝土同時澆筑至梁頂；

步驟六：澆筑N＋1層梁板混凝土；

步驟七：鋪設N＋2層梁板模板；

步驟八：澆筑N＋1層鋼管柱自密實混凝土至N＋2層梁底；

步驟九：綁扎N＋2層梁板鋼筋后澆筑N＋1層鋼管柱外包混凝土及剪力墻混凝土，先澆筑鋼管柱外包混凝土至梁底，然后用塔吊吊裝自密實混凝土到鋼柱內與鋼管柱梁柱節點核心區外包混凝土同時澆筑至梁頂；

步驟十：澆筑N＋2層梁板混凝土；

如此循環。

5.1 鋼管混凝土疊合柱柱內混凝土施工

為保證疊合柱內混凝土的密實度，疊合柱內采用高拋自密實混凝土進行澆筑，自密實混凝土具有很高的流動性并在混凝土澆筑過程中不發生離析、泌水，能夠不經過振搗而能充滿和包裹鋼筋的混凝土，自密實混凝土主要性能體現在能夠依靠自重作用填充模板空間，用于鋼筋密集區，難以澆筑甚至無法澆筑的結構。

5.2 鋼管混凝土疊合柱柱外混凝土施工

鋼管混凝土疊合柱柱外混凝土采用普通混凝土進行澆筑，由于鋼筋密集，采用30形振搗棒進行振搗。在梁柱節點處采用快易收口網做好高低標號混凝土的攔設，保證低標號混凝土不流入高標號混凝土中。同時在澆筑柱外混凝土時，保證堆料高度高于板面200mm。加強振搗，保證外包混凝土4個面均振搗到位，確保外包混凝土的密實度。

5.3 鋼管混凝土疊合柱混凝土施工要點控制

1）對鋼管柱壁開孔進行封堵：為嚴格防止鋼柱壁外混凝土流入鋼柱內，在梁鋼筋穿孔過程中，用密目鋼板網片對鋼管柱開孔進行封堵固定，確保鋼管柱外包混凝土不流入鋼管柱內。

2）鋼管柱內側自密實混凝土施工時，采用高拋自密實混凝土輔助人工振搗法對鋼管柱內自密實混凝土進行施工，按每次高拋500mm 高混凝土振搗一次。確保鋼管柱內外側混凝土的密實度。

3）鋼管柱壁在梁底部位設置2個2cm 直徑的溢漿孔，確保浮漿通過溢漿孔自動排出，確保自密實混凝土澆筑到位后的標高及密實度。

4）每層澆筑完成后，在封模前有幾個小時的間歇，利用這個時間，采用敲擊法查看混凝土是否密實，如果有回響，則采用超聲波進行復查。

6 鋼管混凝土疊合柱質量檢測

為保證鋼管混凝土疊合柱的施工質量，主要從鉆芯檢測、超聲波檢測和回彈檢測三個方面對鋼管混凝土疊合柱進行檢測，現就三種檢測方法簡要介紹如下：

6.1 鉆芯法檢測

鉆芯法檢測主要鉆取3個部分的混凝土進行檢測，一是疊合柱內混凝土，二是疊合柱外包混凝土，三是與疊合柱交接的梁頭混凝土。疊合柱柱內混凝土采用在鋼管柱柱頭搭設鉆芯平臺，采用XY－150型油壓鉆機，外徑108的金剛石鉆頭進行抽芯鉆探。鉆取混凝土的長度為4m，然后將每組芯樣分為3塊送檢測中心進行檢測。疊合柱外包混凝土及與疊合柱交接的梁頭混凝土則按照常規要求進行取樣并送檢測中心檢測。

6.2 超聲法檢測

鋼管混凝土檢測采用RSM－SY5型智能聲波檢測儀對測的方法進行檢測，布置測點時，先測量疊合柱的實際邊長，再將邊長等分，在疊合柱測試部分畫出測量點，點間間距為200mm。在鋼管混凝土對稱面上保持T、R換能器連線通過軸心，檢測逐點讀取聲時、波幅和主頻。

6.3 回彈檢測

回彈檢測則按照普通方法對外包混凝土及梁柱接頭處混凝土進行抽樣檢測。

7 結語

在泊富國際廣場鋼管混凝土疊合柱施工的過程中，采用了多項有效措施，包括前期圖紙的深化設計、地腳螺栓的預埋、鋼管柱的吊裝及焊接、鋼管混凝土的澆筑以及鋼管混凝土內外混凝土的檢測。取得了良好的工程質量，為同行鋼管混凝土疊合柱的施工積累了豐富的經驗，取得了良好的社會及經濟效益。

［1］CECS188—2005，鋼管混凝土疊合柱結構技術規程［S］.

［2］GB 50205—2001，鋼結構工程施工質量驗收規范［S］.

［3］JGJ81—2002，建筑鋼結構焊接技術規程［S］.北京：中國建筑工業出版社.

［4］楊嗣信.高層建筑施工手冊［M］.2版.北京：中國建筑工業出版.

［5］彭 偉，汪再紅.復雜鋼管混凝土柱的混凝土澆筑施工技術［J］.建材世界，2010（3）：64－67.

［6］陳 樂，蔣豐軍，譚登祥，等.鋼管混凝土拱橋超聲波檢測技術及其應用［J］.建材世界，2012（1）：15－19.