鋼管混凝土頂升作業監理控制措施

李宗文+薛鋒

摘 要：闡述了鋼管混凝土結構的變電站構架泵送頂升混凝土作業的特點及難點、監理控制措施，主要把施工前的方案審查、構架的進場驗收、自密實混凝土的質量控制、構架污染控制、應急處置、質量檢查及缺陷處理等作為監理的控制重點，以期為鋼管混凝土頂升作業和現場監理提供參考。

關鍵詞：鋼管混凝土；頂升作業；監理；控制措施

1 鋼管混凝土構架概況

某變電站750KV屋外配電裝置區構架柱采用A型鋼管混凝土柱，鋼管內混凝土待所有構架吊裝完成后，采用泵送頂升法澆筑自密實混凝土，混凝土最大頂升高度42m。變電站構架采用鋼管混凝土結構及泵送頂升法澆筑鋼管混凝土在我國輸變電領域尚屬首次。

該750KV構架需采取泵送頂升法灌注混凝土的構架柱，主要有（直徑m×壁厚mm×高度m）：0.6×8×42、0.63×10×42、0.3×6×27三種規格。構架柱采用Q345B鋼板卷制而成，縱向焊縫采用全熔透坡口對接焊縫，焊縫質量等級要求為一級。

2 混凝土頂升作業的特點及難點

2.1 混凝土性能要求高

泵送頂升澆筑混凝土需要采用自密實混凝土，性能要求如下：

（1）自密實性：澆筑時不振搗，混凝土凝結硬化后密實良好。

（2）微膨脹性：補償混凝土硬化過程中的收縮，確保鋼管和混凝土形成整體受力構件。

（3）初凝時間：保證混凝土在整個施工過程中始終保持良好的流動狀態。

（4）抗離析性：確保混凝土在泵管中不嵌鎖堆積而產生堵管現象，不導致鋼管中混凝土分層形成局部薄弱層。

混凝土拌合物需要滿足的指標多，如果各項性能達不到要求，混凝土頂升作業就不可能完成或頂升完畢后的鋼管混凝土質量達不到設計要求。

2.2 構架鋼管焊縫現場驗收難度大

需頂升混凝土的750kV構架鋼管柱焊縫達3500m，焊縫檢查量大；進場驗收時只能驗收焊縫的表面缺陷不具備現場探傷手段，對于焊縫的內部缺陷和鋼管原材料只能通過出廠保證資料進行核對。

焊縫局部存在缺陷的部位，其抗拉強度將小于其母材抗拉強度，在混凝土頂升過程中該部位有引起焊縫爆裂的風險。

2.3 泵送混凝土所用設備選擇計算復雜

混凝土泵的選擇要考慮多種因素，其荷載的取值既有經驗數據也有理論數據，既有材料力學計算也有流體力學計算。泵的壓力過小混凝土就不可能頂升至鋼管頂部，泵的壓力過大頂升過程中有可能混凝土對鋼管壁的壓強大于鋼管的抗拉強度則引起鋼管爆裂。

2.4 溢出的混凝土污染構架

構架泵送頂升澆筑混凝土時，第一次頂滿后需要復頂第二次，觀察到混凝土從溢流管中溢出，停泵時已有大量的混凝土噴出溢流管，噴出的混凝土從42m的高空噴灑將污染大面積的構架，清理工作量將非常大且困難。

2.5 質量檢查及缺陷處理復雜

混凝土不密實或者混凝土與鋼管壁結合不緊密是鋼管混凝土容易產生的缺陷，鋼管混凝土現場質量檢測主要靠敲擊聽聲音辨別是否存在缺陷及缺陷程度。

質檢人員檢查經驗少，往往對頂升完畢的混凝土不能全部檢查或者檢查判斷不準確；檢查的時機掌握不準確，在混凝土干縮未停止前進行檢查時沒有脫黏的區域隨著干縮的不斷發展，可能發生混凝土與鋼管結合不緊密的情況。

鋼管混凝土局部不密實需要在管壁上鉆孔焊鋼管嘴，注漿后切除鋼管嘴，并將鉆孔補焊封固。該作業需要高空多工種配合，工作難度大。

2.6 頂升過程中的應急處置不及時

鋼管混凝土采用泵送頂升混凝土澆筑是一項新的工藝，施工及應急處置經驗相對較少，一旦需要應急處置時需要在混凝土初凝前處置完畢。這就要求操作及指揮人員熟悉處置流程，同時，施工前準備好應急物資及設備。

3 監理控制措施

3.1 施工方案審查

除了一般施工方案審查內容，根據鋼管混凝土泵送頂升作業的特點及難點，監理主要應對以下內容進行審查。

3.1.1 溢流管安裝、質量檢查、缺陷處理等作業均需高空進行，核查需要高空作業的各崗位人員是否具有高空作業資格。

3.1.2 混凝土運輸車輛組織是否充分考慮了運輸距離、移泵時間、單根鋼管混凝土量等因素，應確保滿足連續施工的需求。

3.1.3 泵車選型過程中，荷載取值及滿足條件驗算是否準確、全面。以頂升高度42m，直徑600mm，壁厚8mm構架柱為例，泵車型號選擇時應滿足以下三個條件。

（1）混凝土頂升至42m高度時鋼管底部混凝土對鋼管壁的拉應力？滓t，max應小于鋼材的設計抗拉強度。

混凝土頂升至42m高度所需要的壓力P1：

垂直靜壓力+構架鋼管內的粘結阻力+混凝土的沿程壓力損失。

混凝土垂直靜壓力，將混凝土輸送至鋼管頂部時的最小壓力C為：

C=P+？籽gh+■？籽v2

式中：v為該點流體的流速，？籽為液體密度，g為重力加速度，h為該點所在高度。

混凝土頂升過程中在鋼管內呈“泉涌狀”上升，假設混凝土上升至管頂時的流速：v=0.008m/s，高度：h=42m，密度：？籽=2.4×103kg/m3，重力加速度為：g=9.8N/kg，外力對其產生的壓強：P=0MPa。

則：C=0+2.4×103×9.8×42+■×2.4×103×0.0082=0.99MPa

混凝土頂升至最大高度42m時鋼管底部側壁拉應力：

通過驗算混凝土頂升至42m高度時，其對鋼管壁的側向拉應力小于鋼材的設計抗拉強度。

（2）所選用的混凝土泵的最小壓力P應能把混凝土頂升至42m高度。

混凝土輸送泵分配閥損失0.05MPa，混凝土泵內損3.0MPa，安全輸送系數取1.2，則總壓力為：

P=（1.47+0.1+0.6+0.05+3）×1.2=6.264MPa

即所選擇混凝土泵最小壓力應不小于6.264MPa。

（3）所選用的混凝土泵達到最大壓力P時，應保證構架鋼管內混凝土對鋼管側壁的拉應力？滓t，max小于構架鋼管鋼材的設計抗拉強度，不至于破壞構架鋼管。

？滓t，max按焊縫設計值310MPa取值，

算得：P=8.37MPa。

為安全起見，假設混凝土泵內壓力無損失，則混凝土泵最大壓力為8.37MPa。

故選擇泵的理論輸送壓力不小于6.252MPa，不得大于8.37MPa。

3.1.4 溢流管的設置是否滿足以下功能及要求：鋼管內混凝土向上頂升時空氣外排，混凝土頂升至鋼管頂部溢出的混凝土被導流而不污染構架，混凝土從溢流管溢出時構架柱內已灌滿混凝土，溢流管的截面積不得小于進料口截面積（避免混凝土頂滿瞬間混凝土不能排出管外管內壓力激增爆管）。

3.1.5 進料口的設置是否便于操作和混凝土上涌。進料口設在構架底部，控制混凝土單向進入構架鋼管內，在鋼管內部應與鋼管平行以有利于混凝土上涌；在頂滿混凝土后承壓情況下可以方便的關閉進止閥防止倒流。

3.1.6 泵車的布置是否合理。泵車的布置應盡量縮短水平導管的長度、減少彎頭數量、方便接管、便于移動且停放在平整的場地上。

3.1.7 是否做好了泵送頂升過程中突發事件的應急處置措施及所需物資的準備。

3.2 構架進場驗收控制

構架進場時應對以下內容進行驗收：進料口、溢流管的型式、尺寸是否符合方案要求；焊縫質量是否滿足設計要求及規范規定；構架加工原材料是否符合設計要求。監理驗收采取了以下控制措施：提前熟悉施工方案、設計文件及相應的規范文件；檢查實體的同時核查原材料質量證明文件、焊縫探傷報告等，核查所采用的原材料、探傷結果是否符合要求；對于雖然探傷報告合格，但表面有裂紋、焊瘤、氣孔、夾渣、弧坑、未焊滿、根部收縮等缺陷，明顯不符合一級焊縫要求的焊縫，廠家現場處理后重新探傷，探傷合格后方準進場。

3.3 自密實混凝土質量控制

自密實混凝土是指具有高流動性、均勻性和穩定性，澆筑時無需外力振搗，能夠在自重作用下流動并充滿模板空間的混凝土。

3.3.1 施工準備階段混凝土質量控制措施

（1）原材料質量監理控制

自密實混凝土對砂、石子等骨料質量要求嚴格，應進行見證取樣試驗，確保砂、石質量滿足《自密實混凝土應用技術規程》（J/GJT 283-2012）的規定。

（2）混凝土施工周期較長

為避免聚羧酸減水劑的羧基與鐵離子發生絡合作用影響減水劑性能，應經常檢查減水劑是否放在鐵質容器內。

（3）混凝土攪拌站監理控制

自密實混凝土對原材料的計量要求精確，監理項目部應對攪拌站的生產資質、計量認證、試驗儀器的檢定報告、試驗人員上崗證、試驗室資質等進行審核，并實地考察其生產、管理水平。

（4）配合比設計監理控制

自密實混凝土配合比設計應經過：計算得出的初始配合比，初始配合比基礎上調整得出基準配合比，強度、耐久性復核后的設計配合比三個階段最后得出設計配合比。

（5）組織澆筑工藝試驗

所有準備工作完成后，監理應組織施工、構架廠家、設計等有關單位進行澆筑工藝試驗。驗證：所選泵車的型號是否準確，混凝土的各項性能是否滿足要求，按此工藝施工的工程質量是否滿足設計及規范要求等。

3.3.2 泵送頂升過程中混凝土質量控制

（1）混凝土出廠溫度控制

該工程位于茫茫的戈壁灘上太陽直射溫度可以達到60多度。混凝土拌合物溫度在25度時，其坍落擴展度損失達到50mm/10min，隨著溫度的升高坍落擴展度損失速度更快。為控制運至施工現場的混凝土合格，監理要求施工項目部采取措施降低混凝土拌合物溫度出口，監理人員測量每一車混凝土出廠溫度不得超過20度。

（2）混凝土進場后的監理檢查

對運至現場的每一車混凝土進行坍落擴展度、坍落擴展時間（T500）等性能檢驗，檢測合格后現場簽署《澆灌通知單》同意施工。

3.4 溢出的混凝土污染構架防治措施

澆筑工藝試驗過程中，暴露出原設計溢流管不能有效避免構架被污染的問題，監理部在多次實驗的基礎上，要求施工項目部采取以下措施：在原溢流管的基礎上加塑料軟管將溢出的混凝土導流至接收容器；要求專人觀察溢流孔，混凝土溢出后及時停泵；對于少量的被污染構架，初凝前要求及時派高空作業人員進行清理。

通過采取以上措施，有效避免了溢出的混凝土污染構架的問題。

3.5 鋼管混凝土驗收及缺陷處理控制

鋼管混凝土的驗收工作量大且為高空作業，混凝土的干縮在一定的時間內會持續，檢查人員經驗欠缺。這些客觀因素不利于質量檢查，對此監理項目部采取了如下措施：

（1）監理人員做模擬檢查試驗，對試驗用的鋼管混凝土敲擊聽聲音，在不同的聲音部位做不同的標記，剖開驗證缺陷情況，以積累、總結檢查經驗。

（2）監理項目部準確記錄混凝土施工日期，在14天后混凝土收縮基本停止時再進行檢查。

對于鋼管柱內混凝土局部脫空、不密實面積大于40cm2的缺陷需進行壓力灌漿處理，在處理過程中主要控制以下幾點：

（1）全面性檢查：對施工項目部報驗的自檢合格構架，監理項目部進行全面檢查，尤其是法蘭、柱頂、橫撐等節點部位。

（2）規范性檢查：對于需要開孔灌漿的局部脫空區域，嚴格檢查其開孔距離、所灌漿的比例、溢漿情況、封堵及防腐處理，必須按批準的方案進行。

（3）有效性檢查：處理完畢施工項目部自檢合格后需再次報驗，監理人員檢查無空鼓、脫空后方視為處理完畢。

3.6 混凝土頂升的應急處置控制

（1）要求施工項目部開展應急處置演練。針對泵送頂升混凝土作業可能出現的堵管、頂升困難等事件的處理措施，監理項目部要求進行應急處置演練。通過演練驗證：應急物資是否齊全，應急處置措施是否得當，應急人員操作是否熟練。

（2）監理人員在泵送頂升混凝土前先檢查應急物資、設備、人員的準備情況，所有應急準備齊備后，方允許泵送頂升混凝土開始施工。

4 結束語

通過采取方案審查、構架進場驗收、混凝土質量控制、混凝土泵選型、應急處置演練、質量檢查及缺陷處理等控制措施，有效保證了構架混凝土的頂升質量。

參考文獻

[1]JGJ/T178-2009.補償收縮混凝土應用技術規程[S].

[2]GB50204-2015.混凝土結構工程施工質量驗收規范[S].

[3]GB50666-2011.混凝土結構工程施工規范[S].

[4]GB50628-2010.鋼管混凝土結構施工質量驗收規范[S].

作者簡介：李宗文（1974-），男，山東濟南，工程師，本科，研究方向：土木工程。

薛鋒（1986-），男，山東濟南，助理工程師，本科，研究方向：土木工程。