鋼管柱混凝土澆筑高拋法施工技術分析

倪劍波

（浙江天工建設集團有限公司，浙江 紹興 312000）

0 引言

我國建筑行業發展速度較快，工程體量大，促進了施工技術的進步和創新。鋼管柱混凝土集混凝土的抗壓強度高和型鋼的抗彎能力強于一身，實現了良好的彈塑性，可使混凝土處于側向受壓狀態，其抗壓強度可成倍提高。同時由于混凝土的存在，提高了鋼管的剛度，兩者共同發揮作用，從而大大地提高了承載能力。鋼管柱混凝土作為一種新興的組合結構，被廣泛使用于框架結構中（如廠房和高層）。鋼管柱混凝土結構具有良好的受力性能和施工性能，這是其發展迅速的根本原因。其性能優勢主要表現在承載力、延性和抗震性能方面。鋼管柱混凝土柱中，鋼管對其內部混凝土的約束作用使混凝土處于三向受壓狀態，提高了混凝土的抗壓強度；鋼管內部的混凝土又可以有效地防止鋼管發生局部屈曲。研究表明，鋼管柱混凝土柱的承載力高于相應的鋼管柱承載力和混凝土柱承載力之和。鋼管和混凝土之間的相互作用使鋼管內部混凝土的破壞由脆性破壞轉變為塑性破壞，構件的延性性能明顯改善，耗能能力大大提高，具有優越的抗震性能。

鋼管柱混凝土的澆筑方法有泵送頂升澆筑法、高位拋落免振搗法、自密實混凝土澆筑法三種，目前也有一些創新方法用于實踐。本文在介紹鋼管柱混凝土結構的性能優勢的基礎上，根據建筑工程實例，僅對鋼管柱混凝土澆筑高拋法施工技術進行分析。

1 工程概況

以某住宅工程項目10#居住樓以及5#配套裙房為例，該工程采用筏形基礎，包括地下3層和地上19層，總建筑面積256599m2。其中，地下部分為混凝土框架剪力墻結構，地上12～16層部分采用鋼結構框架體系，主要由小截面鋼管柱、工字鋼梁組成。在進行鋼梁連接時，主要采用高強螺栓，配合焊接，鋼柱則采用焊接方式進行連接，兩者焊接作業時焊縫等級為Ⅰ級。結合該工程施工規范，鋼管柱（9.45m高，即3層1節）內混凝土澆筑采用高強自密實混凝土，即C40-C60。該工程鋼構件規格見表1。

表1 鋼構件規格及分段情況

2 施工方案選擇

在進行建筑工程項目鋼管柱混凝土澆筑時，目前施工領域主要總結出高拋工藝和頂升工藝。結合表1中內容可以看出，該工程鋼管柱截面比較有限，加之管壁相對較薄，頂升工藝施工過程中，容易發生鋼管柱變形，不僅影響后續施工，還有可能造成建筑物主體結構破壞。與此同時，對于自密實混凝土來說，其澆筑高度通常低于9.0m，但是該工程每節鋼管柱長度達到9.45m，高于施工規范所要求的澆筑高度允許值。在此基礎上，鋼管截面小，也會相應增加混凝土澆筑難度[1]。經過綜合分析認為，在進行混凝土澆筑時，需要在兼顧上述因素的同時，進一步考慮混凝土澆筑后密實度是否符合施工設計要求。經過研究分析決定，該工程鋼管柱混凝土澆筑采用高拋法工藝。高拋法的施工工藝原理是通過采用一定的配合比，使混凝土拌合物在自由落下時不泌水、不離析，利用混凝土拌合物從高處自由拋落時產生的強大動能，不經振搗或輕微振搗就能夠達到自行密實的效果。

3 施工準備

3.1 機具準備

建筑主體鋼管柱部位的混凝土主要由塔式起重機吊進行運送，為避免運送過程中對混凝土造成影響而出現施工質量問題，該工程采用專用漏斗，并在漏斗上配置可伸縮導管，此種導管可自由伸縮，并且深入到鋼筋柱內部0.6m，從而將C40-C60混凝土自由下落高度下降到8.86m，小于澆筑高度允許值9.0m，符合混凝土高拋施工工藝的實施要求。

3.2 材料準備

鋼結構裝配式建筑鋼管柱混凝土結構在施工時，主要施工材料包括鋼筋、水泥砂漿、摻合料、預埋件等，嚴格根據結構施工相關要求，對上述材料進行質量管控，確保進場材料質量。結合該工程施工設計中的相關要求，混凝土材料要求[2]見表2。

表2 混凝土材料施工質量要求

3.3 現場準備

為保證混凝土澆筑施工質量，需要關注施工現場可能產生的影響因素，通過勘察分析施工現場是否存在鋼管柱混凝土澆筑施工風險，并且準確分析是否存在不利于混凝土澆筑作業的其他因素。除了關注施工現場條件外，為促進澆筑施工有序開展，在澆筑混凝土前應對建筑項目所處地區氣候、降雨、地質等情況加以勘察，保證澆筑作業與環境因素相符合，提前將潛在的施工風險排除。

3.4 技術準備

在鋼管柱混凝土結構施工時，要關注鋼筋加工質量，為后續開展混凝土澆筑提供更多保障。加工鋼筋的方式比較多，該工程結合實際需要，主要采用三種加工方法，分別為冷拉、除銹和焊接方式。對于不同級別的鋼筋，冷拉率存在一定差異。例如，HPB235級別鋼筋，冷拉率要控制在4%，HRB335、HRB400以及HRB400級別鋼筋，冷拉率均為1%[3]。與此同時，在進行鋼筋焊接作業時，關注環境溫度，盡量避免在低于-5℃的條件下進行焊接施工，如無法改變溫度環境，則及時調整焊接工藝及相關參數，避免造成焊接質量下降。此外，結合混凝土澆筑高拋施工操作規范，明確混凝土澆筑技術相關指標，包括混凝土拓展度、強度等，澆筑前及時確定施工流程，避免對澆筑作業產生不良影響。

4 混凝土澆筑高拋法施工

4.1 施工前試驗

因該工程特殊情況，混凝土澆筑施工高度相對較高，在進行高拋混凝土澆筑時，要關注混凝土自由下落度，并將其控制在合理范圍內，以免發生離析現象而對總體澆筑質量帶來不良影響。該工程C40-C60混凝土采用預拌混凝土，施工前嚴格按照混凝土擴展度、出入模溫度、運輸距離，詳細與攪拌站進行技術交流，制定最佳施工方案。同時，施工前于現場開展澆筑，為確保澆筑質量，確定澆筑速率，明確拓展度，從而保證澆筑方法符合實際需要。在此基礎上，對料斗進行濕潤處理，漏斗插入到鋼管柱內后，塔式起重機、料斗共同協作開展混凝土澆筑[4]。根據施工現場實際情況，在進行高拋澆筑前，劃分3個區域，同時對3個區域混凝土澆筑的速率進行合理控制，具體見表3。

表3 不同區域混凝土澆筑速率

4.2 質量控制

在進行混凝土澆筑時，詳細觀察透氣孔狀況，對出氣、冒漿情況進行分析，當出氣孔冒漿后，及時對混凝土澆筑量進行查看，如果發現與設計數據存在較大誤差，則及時對澆筑施工進行改進。結合該工程澆筑施工規劃，對每個鋼管柱混凝土充盈系數進行準確計算，澆筑結束后由專門技術人員負責全面檢查，常規檢查發現異常情況后，及時采用超聲波檢測技術，對鋼管柱內混凝土密實度進行確定。完成混凝土澆筑后，在適宜時間開展養護工作，防水混凝土澆筑結束并凝固后，馬上進行養護，按要求養護時間超過2周。該工程混凝土養護按照不同位置，采用不同養護方法，其中地下框架和墻體噴灑養護液，底板位置采取澆水方法進行養護，頂板澆水后采用塑料薄膜對其進行覆蓋。

為進一步加強混凝土澆筑施工質量，應做好如下施工質量控制：

（1）粗骨料、細骨料等材料進場時，對材料進行質量檢查，確?；炷敛牧腺|量。針對混凝土強度、擴展度、配合比等要求，澆筑前開展試驗。

（2）由于施工環境復雜，對施工過程中可能存在的阻礙因素進行分析，做好各方面施工準備工作，合理設計施工方案，評估施工技術的適用性，從而完善混凝土施工工藝。

（3）混凝土澆筑過程中，施工人員密切關注出氣孔狀況，為進一步加強高強自密實混凝土的密實度，可采用鋼管輕敲鋼管柱。

（4）為保證混凝土密實度，除了常規判斷方法外，對混凝土實際用量與施工設計用量進行對比計算，提供一定參考依據[5]。

（5）混凝土澆筑施工結束后，對排氣孔進行封堵，采用防火涂料噴覆方法進行處理。

5 施工效果分析

該工程10#主樓共使用380根鋼管柱，1370根方柱，混凝土澆筑過程中專人負責對出氣孔進行檢查，結合施工要求對每根鋼柱混凝土澆筑充盈系數進行準確計算，澆筑結束后根據計算值開展全面檢查，結果顯示，柱體根部混凝土密實度滿足施工要求，且未出現離析，腹板下側無漏澆和空洞狀況，檢查結果符合施工設計規范。同時，在進行鋼管柱混凝土澆筑時，結合施工規范，對結構收縮沉降情況進行分析，根據混凝土自身性的收縮沉降作用，于初凝前對柱體上部位置開展二次振搗，從而進一步加強柱體結構的穩定性與安全性，確保柱體結構完整。

6 結束語

綜上所述，建筑工程項目中混凝土施工難度比較大，對澆筑施工技術水平的要求比較高，特別是小截面鋼管柱，為保證施工質量，需要結合混凝土具體施工情況，做好施工方案選擇，同時不斷對施工技術進行改進。與此同時，從機具、材料和技術三個方面做好施工準備，并且對澆筑施工進行嚴格的質量控制，結合該工程施工情況，總結鋼管柱混凝土澆筑施工技術要點、施工注意事項，并且采取有效措施減少潛在安全風險，最大程度規避施工問題，切實提升建筑工程項目總體施工效益。通過完善澆筑施工工藝，改進施工技術，可保證混凝土澆筑施工滿足設計規范以及施工要求，具有良好的施工效益。

值得一提的是，對于鋼管柱混凝土結構的維護，由于裸露的鋼管在火災高溫下會弱化鋼材的性能，需要在鋼管外表面噴涂防火涂料來解決鋼管柱混凝土的防火問題。