鋼管混凝土柱施工技術(shù)

陳澤華 （中國(guó)建筑第五工程局有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410004）

1 工程概況

本工程位于安徽省蚌埠市經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)東海大道南側(cè)，市政府對(duì)面，總建筑面積68302.43m2,其中檔案館及規(guī)劃館：一～六層為框架結(jié)構(gòu)，地下室局部1層，中庭為鋼管混凝土柱，上部H型鋼桁架設(shè)計(jì)，且桁架呈圓形,總建筑面積為34366.24m2。

鋼結(jié)構(gòu)的連接形式：鋼柱與鋼梁連接鋼梁翼板與鋼柱翼板采用焊接一級(jí)焊縫，鋼梁腹板與鋼柱采用高強(qiáng)螺栓鉸接，鋼梁和鋼梁拼接采用翼板焊接、腹板高強(qiáng)螺栓形式。

2 工程特點(diǎn)

本工程中庭鋼管柱總長(zhǎng)度為42.5m，總重量約為41.2t，共計(jì)12根。鋼管柱制作時(shí)考慮到運(yùn)輸?shù)脑蚣叭绻淮涡哉w吊裝后，由于高度過高，故采用在工廠分4段制作，現(xiàn)場(chǎng)分段吊裝，空中對(duì)接的方法進(jìn)行安裝。分段最大重量約為18t，采用130t吊機(jī)出43.1m桿，作業(yè)半徑為9m。

3 鋼管混凝土柱的特點(diǎn)

由于鋼管混凝土在結(jié)構(gòu)上結(jié)合了混凝土抗壓強(qiáng)度高和鋼材抗彎能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，可使混凝土處于側(cè)向受壓狀態(tài)，其抗壓強(qiáng)度可成倍提高；同時(shí)由于鋼管柱壁內(nèi)混凝土的填充，提高了鋼管柱的剛度，兩者共同發(fā)揮作用，從而大大的提高了承載能力。因此可大大提高結(jié)構(gòu)的承載力，有利于提高本工程的施工質(zhì)量。鋼管混凝土柱具有如下優(yōu)點(diǎn):

①延伸性好、抗震性能好和承載力強(qiáng)；

②施工簡(jiǎn)便、大大縮短工期；

③結(jié)構(gòu)的耐火和防火性能強(qiáng)；

④耐腐蝕性能強(qiáng)；

⑤構(gòu)件截面減少，節(jié)約建筑材料，可增加建筑空間。

3 鋼管混凝土的施工工藝

3.1 鋼管柱的施工流程

鋼管柱吊裝→鋼梁安裝→焊接操作架搭設(shè)→測(cè)量校正→鋼管柱焊接→焊縫檢測(cè)→鋼管混凝土澆筑→下節(jié)鋼柱吊裝。

3.2 鋼管柱的吊裝

①鋼柱安裝前對(duì)下層柱頂上的雜物、油污清理干凈，將定位軸線和鋼柱中心線畫上標(biāo)志好。

②吊點(diǎn)設(shè)置鋼柱的起吊采用160t汽吊吊裝，吊裝鋼柱根部墊實(shí)，吊點(diǎn)均設(shè)在柱頂兩側(cè)臨時(shí)固定連接板的吊耳上垂直起吊。

③采用汽吊吊裝，鋼柱安裝前應(yīng)鋪設(shè)腳手架，在鋼柱安裝位置預(yù)留4m×4m的柱位。鋼柱起吊后，當(dāng)柱腳距下部柱頂約30cm～40cm時(shí)扶正，使柱腳對(duì)準(zhǔn)下部預(yù)焊的限位鋼板，與柱身劃線方向吻合，緩慢落鉤就位。采用鋼楔校正軸線位置，用上部4根Φ14mm的鋼絲繩臨時(shí)固定，軸線偏差在規(guī)定范圍內(nèi)時(shí)，通過倒拉葫蘆調(diào)整鋼管柱垂直度，經(jīng)反復(fù)調(diào)整軸線偏差和垂直度，使兩項(xiàng)均符合規(guī)范要求后，滿焊接限位鋼板，上部用4根鋼絲繩從4個(gè)方向臨時(shí)固定鋼管柱，臨時(shí)固定好后汽吊均可脫鉤。

④安裝完一節(jié)柱后對(duì)軸線位置、柱面標(biāo)高進(jìn)行檢查、測(cè)量，并將復(fù)測(cè)結(jié)果做好記錄，以便上一層鋼管柱安裝時(shí)對(duì)軸線垂直度偏差進(jìn)行調(diào)整。

3.3 鋼管柱的對(duì)接與焊接

①鋼管柱對(duì)接采用內(nèi)襯坡口焊焊接位置為垂直固定，焊接方法為焊條電弧焊，焊條牌號(hào)CHE556H。鋼管柱對(duì)接焊接焊縫質(zhì)量要求為二級(jí)焊縫，并進(jìn)行超聲波探傷檢查。

②焊接前做焊接工藝評(píng)定，評(píng)定合格后按評(píng)定合格的焊接工藝報(bào)告編制焊接工藝卡，進(jìn)行立柱的焊接。

③焊接環(huán)境出現(xiàn)風(fēng)速大于8m/s、濕度大于90%和下雨天氣時(shí)，采取有效防護(hù)措施,將之用防風(fēng)布進(jìn)行封閉。

④為防止焊接過程中鋼管柱局部受熱造成不均勻變形，對(duì)接焊時(shí)由2人同時(shí)對(duì)稱施焊。其手工焊工藝操作要點(diǎn)為：直流機(jī)，極性為反焊；引弧及收弧均應(yīng)在坡口內(nèi)進(jìn)行，熄弧時(shí)弧坑應(yīng)填滿，重新引弧時(shí)在起弧處進(jìn)行打磨處理，多層焊的層間接頭錯(cuò)開20cm～30mm；采用較小焊接線能量施焊，焊接線能量控制在17kJ/cm～19kJ/cm

⑤焊接作業(yè)完成后，對(duì)焊縫總量的30%進(jìn)行超聲波探傷檢查，并出具超聲波探傷檢查報(bào)告，再進(jìn)行鋼管柱混凝土澆筑。

4 鋼管混凝土澆筑

4.1 方案確定

目前國(guó)內(nèi)鋼管柱內(nèi)混凝土的澆筑方法主要有：泵送頂升澆灌法、高位拋落免振搗法、人工逐層振搗澆灌法、導(dǎo)管澆灌振搗法。為了保證本工程鋼管柱內(nèi)混凝土密實(shí)，保證混凝土的澆筑質(zhì)量，本工程鋼管柱內(nèi)混凝土全部采用微膨脹混凝土，澆筑采用導(dǎo)管澆筑振搗法，配合人工逐層振搗進(jìn)行混凝土的澆筑。

4.2 施工措施

①調(diào)整混凝土的配合比，在混凝土中加水泥重量13.6%的UEA微膨脹劑，使混凝土澆筑后微膨脹劑以補(bǔ)償收縮達(dá)到密實(shí)。

②適當(dāng)?shù)慕档退嗟挠昧浚黾臃勖夯业谋壤?/p>

③降低石子的用量，同時(shí)適當(dāng)增加砂率。

④摻入適當(dāng)?shù)臏p水劑。

4.3 施工工藝方法

①人工逐層澆筑法：先澆筑一層厚度約為100cm～200mm同強(qiáng)度的水泥砂漿，用以封閉管底并使自由下落的混凝土不致產(chǎn)生彈跳現(xiàn)象，然后將混凝土垂直運(yùn)送到管柱頂，用人工將它灌入鋼管中。混凝土一次澆灌高度不宜大于1.5m，采用插入式振動(dòng)器振搗，插點(diǎn)應(yīng)均勻，這樣逐層澆筑，逐層振搗，直到灌滿為止。在鋼管的終端，使混凝土稍為溢出后，再迅速將留有排氣孔的端板緊壓在管端，隨即進(jìn)行點(diǎn)焊，此時(shí)應(yīng)讓混凝土從端板上的氣孔中溢出，如有不足，適當(dāng)添加混凝土，待混凝土硬化后再將端板補(bǔ)焊至設(shè)計(jì)要求的程度。有時(shí)也可以在混凝土施工到鋼管頂部時(shí)暫不加端板，幾天后混凝土施工表面由于收縮而下凹，使用與混凝土強(qiáng)度相同的水泥砂漿抹平后，蓋上端板并焊好。

②導(dǎo)管澆筑法：在鋼管內(nèi)插入混凝土澆筑用甭管，自下而上邊退邊完成混凝土的澆筑。澆筑前導(dǎo)管下口離底部的垂直距離不宜小于300mm。導(dǎo)管與柱內(nèi)水平隔板澆灌孔的側(cè)隙不應(yīng)小于50mm，以便插入振搗捧振搗。同時(shí)在澆筑過程中，可采用附著式振動(dòng)器在鋼管外部振搗。

5 鋼管混凝土質(zhì)量控制

5.1 混凝土澆筑

鋼管混凝土泌水與空鼓現(xiàn)象的處理：鋼管的密閉性使混凝土中水分無法析出，加上振搗板在狹小空間振搗，粗骨料相對(duì)下沉，砂漿上浮，使混凝土中多余水分上浮至管頂，在管頂形成砂漿層和泌水層。混凝土在硬化過程中的收縮，也易導(dǎo)致管壁與混凝土粘結(jié)不緊密，造成空鼓現(xiàn)象。針對(duì)以上問題，經(jīng)對(duì)鋼管混凝土施工的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行分析，采取如下措施：

①嚴(yán)格控制碎石級(jí)配，鋼管混凝土所有碎石必須是0.5cm～4cm連續(xù)級(jí)配。

②調(diào)整配合比，確定水灰比為0.4，坍落度為20mm，在混凝土中摻入13.6%UEA膨脹劑配制成補(bǔ)償收縮混凝土，并摻入NF高效減水劑，增強(qiáng)混凝土的粘聚性和和易性，減少用水量。

③頂端投料振搗高度不超過1.5m，用混凝土體積控制高度，振搗時(shí)間以混凝土表面無氣泡泛出為準(zhǔn)，設(shè)專人監(jiān)控。

④鋼管內(nèi)混凝土的澆筑宜連續(xù)進(jìn)行，必須間歇時(shí)，間歇時(shí)間不應(yīng)超過混凝土的終凝時(shí)間。應(yīng)將柱端口封蓋，以防止雜物、雨水落入鋼管內(nèi)。

5.2 澆筑質(zhì)量檢測(cè)

①敲擊法，即通過聲音來分析管內(nèi)混凝土是否密實(shí)。用質(zhì)檢專用的3號(hào)鋼錘進(jìn)行敲擊檢查，每層每根鋼管柱進(jìn)行全檢，7d、28d共2次（敲擊時(shí)間不宜過早，以免影響混凝土與鋼管壁的粘結(jié)）。檢查方法采用三管法進(jìn)行檢測(cè)，3根鋼管成等邊三角形布置，沿長(zhǎng)度方向每隔2m設(shè)置焊接點(diǎn)與鋼管柱焊接牢固。檢測(cè)管上口應(yīng)低于鋼管柱上口或連接隔板下口200mm左右,檢測(cè)管之間的連接應(yīng)嚴(yán)密,防止混凝土進(jìn)入鋼管引起堵塞。檢測(cè)數(shù)量為直段區(qū)鋼管數(shù)的10%。

②超聲波測(cè)試法，鋼管混凝土的超聲波是檢測(cè)鋼管混凝土的密實(shí)度和均勻性，鋼管內(nèi)超聲波檢測(cè)結(jié)果比鋼管外超聲波檢測(cè)結(jié)果能夠更直觀和真實(shí)地反映鋼管混凝土的實(shí)際澆筑質(zhì)量,所以現(xiàn)場(chǎng)采用鋼管內(nèi)超聲波檢測(cè)的方法檢測(cè)鋼管混凝土的澆筑質(zhì)量。

5.3 施工注意事項(xiàng)

①配合比，攪拌站應(yīng)嚴(yán)格按照試驗(yàn)配合比進(jìn)行配料，以確保混凝土的可泵性和自收縮量在規(guī)定范圍內(nèi)。

②澆筑順序，鋼管柱分兩個(gè)區(qū)同向澆筑，節(jié)點(diǎn)相反；每一個(gè)節(jié)點(diǎn)下的兩根鋼管柱之間采取對(duì)稱澆筑。節(jié)點(diǎn)處混凝土面處理時(shí)，鋼管內(nèi)混凝土澆筑完成面標(biāo)高低于鋼管接駁面400mm以上，待混凝土初凝后將節(jié)點(diǎn)處混凝土鑿毛露出石子，用清水將混凝土碎塊沖洗干凈。

③鋼管混凝土施工監(jiān)控，為保證對(duì)鋼管混凝土質(zhì)量的監(jiān)控，在鋼管內(nèi)安裝攝像頭，對(duì)混凝土施工過程進(jìn)行全面控制。

④澆筑速度，要合理控制混凝土的澆筑速度，以保證混凝土的振搗質(zhì)量。同一根鋼管柱混凝土澆筑應(yīng)該連續(xù)，分層間不得出現(xiàn)冷縫。

6 結(jié)束語

鋼管混凝土結(jié)構(gòu)已廣泛應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)尤其是在高層建筑結(jié)構(gòu)中，隨著建筑物高度的增加，鋼管高強(qiáng)混凝土和鋼管超高強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用也將會(huì)得到快速的發(fā)展。鋼管混凝土利用鋼管和混凝土兩種材料在受力過程中的相互作用，即鋼管對(duì)其核心混凝土的約束作用，使混凝土處于復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)之下，不但提高了混凝土的抗壓強(qiáng)度，而且還使其塑性和韌性性能得到改善。混凝土塑性、韌性的改善使本屬于脆性的材料轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄圆牧希冶苊夂脱泳忎摴苓^早地發(fā)生局部屈曲，從而提高了結(jié)構(gòu)的可靠度、強(qiáng)度，又節(jié)省了材料，降低了造價(jià)。通過鋼管和混凝土組合而成為鋼管混凝土，不僅可以彌補(bǔ)兩種材料各自的缺點(diǎn)，而且還能充分發(fā)揮二者的優(yōu)點(diǎn)，具有很高的實(shí)用價(jià)值。

[1]蔡紹懷.現(xiàn)代鋼管混凝土結(jié)構(gòu)[M].北京:人民交通出版社,2003.

[2]鐘善桐.鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在我國(guó)的應(yīng)用和發(fā)展[J].建筑技術(shù),2003（5）.

[3]CECS28:90,鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)范[S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1990.

[4]高光虎.多高層鋼結(jié)構(gòu)住宅設(shè)計(jì)[A].上海鋼結(jié)構(gòu)住宅研討會(huì)[C].上海鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì),2002.