框筒體系鋼管柱側灌工藝的實踐與創新

宋理志 熊 齊 楊 旭 林永祥 花俊哲

中建三局集團有限公司（滬） 上海 200135

隨著高層、超高層建筑逐漸增多，內筒外鋼的框筒結構體系越來越被社會認可。而鋼管混凝土柱更是兼顧鋼結構與混凝土結構的優勢，具有承載力高、抗震性能好、經濟效益優良和施工便捷等優點，在框筒體系中得到廣泛的應用。

目前，高層鋼管混凝土柱柱內混凝土澆筑多采用泵送頂升法、高位拋落免振攪法、導管澆筑法、手工逐段澆筑法等。每種澆筑方式的技術要求、作業環境、混凝土成形質量、工期進度及施工成本等各不相同。鋼管混凝土柱內部混凝土澆筑仍是制約現場工期進度與施工質量的關鍵因素[1-4]。

本項目通過改進現有的混凝土澆筑工藝，在工廠預制柱側壁灌漿孔，在現場采用泵送混凝土澆筑，大大提高了現場混凝土澆筑速度，減少了鋼管混凝土澆筑對核心筒和鋼結構施工的工序制約，同時，在施工質量、施工安全及成本方面均有顯著改善。

1 工程概況

本項目位于上海市普陀區大渡河路與同普路交會處，總建筑面積147 992 m2，建筑功能為商業辦公。地下為2層地下室，地上為2棟18層塔樓。塔樓均為鋼筋混凝土核心筒＋鋼結構框架體系。本工程鋼管混凝土柱概況如表1所示。

表1 鋼管混凝土柱主要參數

2 常規混凝土澆筑方式比較

2.1 泵送頂升法

泵送頂升法是通過在鋼管柱柱根部400～1 000 mm范圍內開設灌漿孔，利用高壓泵車將混凝土自下而上連續輸送，使鋼管內部混凝土達到密實狀態。此種澆筑方法，有利于保證混凝土的施工質量，混凝土出現孔洞的概率也會大大降低。

同時混凝土頂升不制約上層鋼結構施工，節約了項目工期。缺點是頂升所需泵車壓力較大，泵車需采用大型號，增加施工成本；頂升法工序較為繁雜，需在鋼管上開孔、焊接臨時導管、安裝截止閥，在混凝土澆筑完成后需進行清孔和孔洞封補等工序，大大增加工作量。混凝土頂升過程中，易出現頂升不順、堵塞等現象，影響現場施工。

2.2 高位拋落免振攪法

高位拋落免振攪法，一般分為塔吊吊運高位拋落法和泵送高位拋落法。

塔吊吊運法需利用塔吊將混凝土吊運至鋼柱頂部，自上而下進行澆灌。此法占用塔吊資源，影響核心筒材料吊運和鋼結構的吊裝；另外，施工作業人員需站在柱頂搭設的施工平臺上進行操作，施工風險較大，混凝土澆筑速度和澆筑質量有待提高。

泵送高位拋落法多采用布料機進行配合澆筑。布料機置于鋼梁之上，作業人員立于柱頂操作平臺上，施工時具有較大的安全隱患，且布料機布置需占用塔吊資源。

2.3 導管澆筑法

導管澆筑法通過插入鋼管柱的鋼導管，將料斗的混凝土自下而上邊退邊澆筑至管內。導管法不受柱子截面形狀、柱子高度、柱內隔板影響，混凝土澆筑質量容易保證。缺點是導管法需在澆筑面搭設操作平臺，增加了額外的人工和材料費用；需利用塔吊完成混凝土的吊運；高空作業存在一定的安全風險。

3 新型鋼管柱側灌工藝原理及特點

通過對現有鋼管柱柱內混凝土澆筑方式進行比較，并結合項目現場實際情況，本項目采用鋼管柱側灌混凝土施工技術。

鋼管柱側灌混凝土施工是一種通過在鋼管柱側壁開設灌漿孔，以已施工完成后的樓承板作為泵管架設面，通過泵送混凝土完成管內混凝土澆筑的施工技術。

為方便泵管架設與混凝土澆筑、振攪，灌漿孔宜設置在朝向核心筒的一側，孔高出梁頂標高500 mm，灌漿孔宜在柱壁上居中布置。為減小開孔對柱體結構的影響，本項目選擇隔層開設灌漿孔，以減少開孔數量（圖1）。

圖1 鋼管柱灌漿孔開設要求

為減小現場開孔對鋼管柱結構的損傷，減少現場切割及焊接工作量，鋼管柱灌漿孔開設與洞口加固均在工廠預制完成。

為提高現場施工的便捷性，本項目對鋼管柱側灌節點進行了創新深化。管內設置旋轉銷軸，管外設置封閉插銷。澆筑狀態，封堵板上翻，完成混凝土澆筑；非澆筑狀態，澆筑孔封閉，避免施工垃圾進入。內部封堵板稍大于灌漿孔，方便封堵板的外部焊接（圖2）。

圖2 鋼管柱側灌節點大樣

側灌混凝土施工工藝特點：

1）施工工藝簡單，現場工作量小，現場只需完成澆筑工作和澆筑孔的封堵工作。

2）在已澆筑的樓承板上進行泵送混凝土施工，大大加快管內混凝土澆筑速度。

3）鋼管柱混凝土澆筑無需占用塔吊資源，緩解現場垂直運輸緊張狀態，從而保證內部核心筒的施工進度。

4）調整了鋼結構施工工序，上部鋼結構吊裝與下部鋼管混凝土澆筑可以同步進行，提高了外框鋼結構的安裝速度。

5）作業人員在樓承板上完成混凝土的澆筑，作業風險大大降低。

6）相對于高拋法和頂升法，投入成本更低，無需專門的操作平臺和頂升裝置。

4 工藝流程及技術措施

4.1 工藝流程

鋼管柱側灌工藝流程為：側灌節點工廠預制→樓承板施工完成→自密實混凝土澆筑→封堵板焊接→焊后處理→焊縫質量檢測→混凝土質量檢測。

4.2 技術措施

1）側灌節點工廠預制。深化設計階段，會同結構設計對鋼管柱側灌節點進行復核確認。按照設計要求在工廠完成相關零件的下料、切割、開孔、焊接拼裝等工作。保證開啟時，內部封堵板能夠實現自旋轉；封堵時，封堵板能夠緊貼柱內壁（圖3）。

圖3 鋼管柱側灌節點原理

2）自密實混凝土澆筑。自密實混凝土澆筑時，泵管應伸入鋼管柱內，豎直向下，防止混凝土直接沖擊鋼管柱內壁，造成構件損傷；柱內內隔板位置易出現質量隱患，可在管外配合人工錘擊敲打，保證內隔板位置的自密實混凝土在澆筑過程中嚴格密實。鋼管柱柱內自密實混凝土澆筑宜連續進行，中間若有停歇，停歇時間不應超過混凝土的初凝時間。若超過混凝土的初凝時間，須留設施工縫。自密實混凝土澆筑前，先澆筑厚10～20 cm、與混凝土強度等級相同的水泥砂漿，增加施工縫的黏結性和防止自由下落的混凝土骨料產生彈跳。鋼管內自密實混凝土澆筑至頂面時，應及時清除表面浮漿，混凝土初凝后灌水養護，灌水高度200 mm；封堵板封閉，防止施工垃圾進入。待混凝土終凝后，對混凝土表面進行鑿毛處理，保證新舊混凝土的接縫質量。

3）灌漿孔封堵板焊接。封堵板焊接前，清除待焊處表面銹跡、混凝土、油污等不利于焊接的物體。調整內部封堵板，使內部封堵板緊貼柱內側壁。焊接時，應采取相應的預熱措施及層間溫度控制措施，控制焊縫區母材溫度，保證層間溫度符合要求。中途需中斷焊接時，應采取適當的保溫措施，再次焊接時采取高于初始的預熱溫度重新進行預熱。

4）焊后處理及焊縫質量檢測。對焊縫進行打磨處理，并保證焊縫外觀質量滿足要求，同時對封堵焊縫進行100%超聲波探傷檢測，確保焊縫質量合格（圖4）。待封堵焊縫質量檢測合格后，按照設計要求對開孔位置及周邊進行補漆。

圖4 封堵板焊后處理及超聲波檢測

5）混凝土澆筑質量檢測。鋼管混凝土澆筑完成后，可以采用人工敲擊法進行檢測，通過聲音來辨別管內混凝土是否密實。人工敲擊法是對鋼管混凝土密實度的初步檢測，如發現有異常情況，則應用超聲檢測法檢測。對鋼管柱混凝土存在的空腔、收縮縫缺陷、混凝土與管壁黏結不良、混凝土空洞、離析、松散等缺陷采用鉆孔壓漿法進行補強。

5 效益對比分析

本項目塔樓區域的鋼管柱采用側灌隔層澆筑，單層自密實混凝土澆筑量140 m3。以下分別從工期、成本、安全性、質量可控性等4個方面對鋼管柱混凝土采用側灌、塔吊吊運、頂升法3種澆筑方式的效益進行對比分析：

1）工期：鋼管柱側灌澆筑的單層澆筑用時為8 h；塔吊吊運的單層澆筑用時為50 h（0.8 m3料斗，單次吊運耗時20 min）；頂升法的單層澆筑用時為8 h。

2）成本：鋼管柱側灌澆筑的人工費為2 000元/層（堵洞）；塔吊吊運的操作平臺費用為6 000元/層，塔吊均攤費為8 000元/層，人工費為2 000元/層（塔吊司機及指揮）；頂升法主要包括增加高壓泵車、開孔、封孔、安裝截止閥等費用。

3）安全性：鋼管柱側灌澆筑時在樓承板上進行施工，作業風險小；塔吊吊運澆筑時在柱頂操作平臺上施工，存在一定的風險；頂升法在樓承板上進行澆筑施工，作業風險小。

4）質量可控性：鋼管柱側灌澆筑的操作簡單，施工質量可控性強；塔吊吊運澆筑的施工難度大，質量可控性差；頂升法的混凝土澆筑質量高。

6 結語

在某項目鋼管混凝土的澆筑中，項目部針對現場實際情況，采用鋼管柱側灌工藝進行混凝土澆筑，工程應用效果良好，得到了業主和監理的一致認可。鋼管柱側灌工藝操作簡單，技術要求低，不但加快了混凝土的澆筑速度，節約了施工成本，降低了作業風險，提高了施工效率，而且解決了鋼管柱管內混凝土澆筑難、澆筑慢的施工難題，取得了較好的效果。

通過此次項目實踐，項目施工人員對鋼管柱側灌工藝有了新的認識與理解，相關的工藝要點為以后的超高層建筑施工提供了技術借鑒。