钢柱顶升混凝土施工技术

钢柱顶升混凝土施工技术
中国二十冶集团有限公司   辛丽芳   邢红霞
 【摘要】钢管混凝土结构在国外已有几十年历史，我国自60、70年代也开始研究应用，在大型工业厂房中已有应用。钢管混凝土结构即在钢管内填充混凝土，将两种不同性质的材料组合成为一整体的复合结构。钢材的特性是强度高、具有弹塑性，但易失稳；混凝土具有较好的抗压特性，但抗折性能差。二者结合，可使混凝土处于侧限受压状态，其抗压强度可成倍提高，同时由于核心混凝土的存在，提高了钢管的刚度，从而大大提高了结构的承载能力。
 【关键词】 钢柱   顶升混凝土   施工技术
工程概况及特点
1.1 工程概况
 本工程为宝钢特殊钢分公司钛、镍特种金属板带技术改造工程1区主厂房钢管柱下柱混凝土泵送顶升工程；本工程标高±0.000相当于绝对标高（吴凇高程系统）+5.000；钢柱下柱采用钢管混凝土斜腹杆双肢柱。除腹杆外，所有下柱均浇灌C30素混凝土。本区域共计96根钢柱，每根泵送混凝土量大约为
5m³，合计约480 m³，每根钢柱顶升混凝土的顶标高为10.140m。
1.2 工程特点
（1） 混凝土浇筑速度快，不浪费混凝土；
（2） 混凝土施工无需振捣，依靠顶升挤压自然密实；
（3）不搭设高空脚手架，减少高空作业及劳动强度，操作更为简便安全；
（4）钢管是很好的受压杆件，其管壁还是合理的耐侧压模板，施工混凝土时节省支模、拆模的人工和材料；
（5）钢管是很好的钢筋骨架和劲性承重骨架，施工中可简化施工工艺、节省脚手架、缩短工期、减少施工用地。
2、施工部署
2.1 准备工作
 提前做好各方面准备工作，收到钢结构安装单位的顶升混凝土工序交接后，立即进行钢柱的顶升混凝土作业。
2.2 项目组织机构设置
 项目经理部本着“精干高效、结构合理、支撑有力”的原则，机构设置为“矩阵制”模式，项目经理部下设五部一室，即工程管理部、技术质量部、安全保卫部、经营财务部、物资设备部和综合办公室。
2.3主要劳动力及机具投入
（1）劳动力配置
 a) 各专业施工队根据合同工期、施工进度计划、施工工作量、劳动生产率及其它因素制订施工各阶段的劳动力计划，并依此组织施工人员进入施工场地。
 b) 专业施工队按计划组织劳动力进入施工场地，满足工程进展和施工配合所需的数量，必须保证具备完成本项目所必备的技术条件。
 c) 从事技术工种作业人员必须经过相应专业培训，并具有上岗证件，确保持证上岗。尤其对电焊工、电工等特殊工种人员需加强培训，保证其技术素质。
（2）劳动力投入计划
 近年来本公司承建了宝钢系统的多项工程，培训了一批技术熟练，管理正规、严谨的外协施工队伍。开工前，成建制的组织队伍进场施工。劳动力配备详见下表：
表2-1   劳动力配备
工种 混凝土工 测量工 电工 焊工 力工 管理员 人员
人数 5 2 2 2 4 5 20

（3）主要施工机械配备
 工程开工前，对拟选用的施工机具进行检查、维修，以保证其完好率达100％。本工程拟选用的主要施工机具如下：
表2-2   主要施工机具配备表
序号 机械名称 规格型号 数量 备注
1 电焊机 BX3-500 4台 焊接
2 地泵  1台 顶升混凝土
3 钢筋吊篮 自制 6个 安装溢流管
4 溢流管 φ75mm 12根 
5 止回阀  4个 

3、钢管混凝土顶升施工方法和技术措施
3.1 工艺原理
 钢管混凝土顶升浇筑就是在钢管柱的下部（高度便于施工为宜）管壁上开一个比输送管略大的孔洞，用输送管将混凝土输送泵的出口与之连接，混凝土靠泵压通过输送管被连续注入钢柱内，直至管内注满混凝土。
3.2 施工流程
 如图3-1：施工工艺流程图。
 
图3-1 施工工艺流程图
3.3 施工方法
（1） 卸压孔的留设
采用泵送顶升浇注工艺，钢管柱顶端必须设溢流卸压孔或排气卸压孔，溢流卸压孔应不小于混凝土输送管的截面面积，并将洞口适当接高，以填充混凝土停止泵送顶升浇注后的回落空隙。
 由于本工程的泵升高度高，单根混凝土用量大。钢柱中的混凝土由下端（基础顶面之上）开孔浇入时，在柱上端肩梁翼缘板下开两个溢浆孔（孔径75mm）并外接溢浆支管(带外螺纹)。顶升混凝土前用12m 长的带内螺纹的法兰的溢流管连接钢柱上的溢流支管，并引到钢柱外侧，以免混凝土顶升完毕后喷出的混凝土污染钢柱。接溢流管需采用钢筋吊篮配合施工，吊篮详图见图3-2。
 图                                                            图3-2 吊篮详图
（2） 柱肢与输送管的连接
 
 钢管混凝土柱下部的浇灌孔（孔径约150mm）一律开在柱脚位置，且保证在+0.100m以下，并便于与混凝土输送管连接，其朝向应正对泵车停留位置，以减少弯头阻力。本论文由论文同学网()整理，更多论文，请点论文格式范文查看
 柱肢与输送管的连接是通过短管和一个135º弯头实现的。连接短管与钢管柱呈45º自下而上插入管洞。管外径与弯头及混凝土输送管相同，便于使用管卡连接，从而使混凝土泵送顶升浇筑更加顺利。连接短管与钢管柱焊接连接。详细情况见图3-3：输送管及止水阀连接示意图。                        

图3-3 输送管及止水阀连接示意图
（3）钢管混凝土柱顶升混凝土施工
 对混凝土输送管工作压力的要求，在工程实践中一般为10～16MPa。与泵的状况、泵送高度和混凝土坍落度及和易性有关，尤其是混凝土的坍落度对泵送工作压力的影响十分明显，为达到工作压力的要求，本工程采用地泵进行混凝土顶升。在混凝土泵送顶升浇筑作业过程中，不可进行外部振捣，以免泵压急剧上升，甚至使浇筑被迫中断。当混凝土供应量不能确保连续浇筑一根钢管时就不浇筑，以免出现堵塞现象。同一根钢管混凝土柱泵升混凝土应连续进行，直到顶端溢流，中途不准停顿，当管内混凝土快到顶部时，泵压明显增高，此时适当控制泵压（2～3min），以促使顶部混凝土密实。等待2～3min后再插入止回流阀的闸板，混凝土顶升浇筑施工完毕。泵送混凝土整个过程中派专人监控已保证施工质量及安全，尤其在溢流管处设专人观察，有大量混凝土溢出时停止。此外，由于钢管柱高度高，顶升后如果混凝土在钢管内留下收缩缝隙，需要采用灌浆料通过溢流孔处进行二次灌浆。
 现场必须逐车测定混凝土坍落度，若连续两车偏低，应立即通知搅拌站；当坍落度因意外原因而严重损失时，不得用于泵升浇灌；
 防止混凝土回流装置开启后，应处于密封状态，不得漏浆，关闭后的缝隙不应大于混凝土最大骨料粒径的2/3。
 钢管混凝土柱的混凝土浇灌严格按照《钢管混凝土柱泵送浇灌混凝土施工规程》CECS28:90中的各款执行。
（4）泵送混凝土截流装置
 为防止在拆除输送管时混凝土回流，需在连接短管上设置一个止流装置，其形式可以是闸板式的，或者是插楔式的。为防止在混凝土泵送顶升浇筑过程中闸板缝漏气，需要用黄油涂缝，或者加设一个密封圈垫在闸板缝内。混凝土泵送顶升浇筑结束后，控制泵压2～3min，然后略松闸板的螺栓，打入止流闸板，即可拆除混凝土输送管，转移到另一根钢管柱浇筑。待核心混凝土强度达70%后切除连接短管，补焊洞口管壁，磨平、补漆，补洞用的钢板宜为原开洞时切下的原钢柱上的钢板。闸板止流装置及止回流闸门装置如图3-4。

图3-4 闸板止流装置及止回流闸门装置
3.4 技术、质量保证措施
 （1）泵送顶升混凝土的原材料质量，特别是骨料粒径、含泥量、含水率应经常检测，根据检测结果及时调整配合；
 （2）水泥掺合料、外加剂均应有合格证；
 （3）加强混凝土试块质量管理，专人负责制作、养护、保管及送检，以实验报告作为工程质量和交工的依据；
 （4）混凝土在满足泵送要求的同时要满足以下要求：粗骨料粒径5～30mm，水灰比不大于0.45，坍落度为140~160mm；
 （5）由于混凝土顶升后不振捣，为保证混凝土密实，在混凝土掺合微膨胀剂，是混凝土浇注后微膨胀，补偿收缩，达到密实；
 （6）钢管混凝土柱的强度等级应不低于设计强度等级，判定方法按《混凝土强度检验评定标准》执行。
 （7）管内混凝土的浇灌质量，可用敲击钢管的方法进行初步检查，对不密实的部位，需要采用灌浆料通过排气孔进行二次灌浆。
 （8）溢流出粘附在钢管上的混凝土残渣及水泥浆应及时清除干净；浇灌孔补洞应用与钢管柱相同的材料，焊缝高度应同母材厚度，表面作磨平处理，经检查合格后，按钢管柱原涂装设计进行补漆。
 4、结语
 综上所述，通过对宝钢特殊钢分公司钛、镍特种金属板带技术改造工程1区主厂房钢管柱下柱混凝土泵送顶升工程施工技术总结，叙述了钢管混凝土结构即在钢管内填充混凝土，将两种不同性质的材料组合成为一整体的复合结构。钢材的特性是强度高、具有弹塑性，但易失稳；混凝土具有较好的抗压特性，但抗折性能差。二者结合，可使混凝土处于侧限受压状态，其抗压强度可成倍提高，同时由于核心混凝土的存在，提高了钢管的刚度，从而大大提高了结构的承载能力。