浅谈钢管柱混凝土施工

(中煤建设集团工程有限公司  李宏伟)

    摘 要:结合国家能源煤矿采掘机械装备研发(实验)中心采掘机械装备综合实验室工程实例,简述矩型钢管柱混凝土浇筑施工工艺、注意问题。
    关键词:钢管混凝土  施工  浇筑
    引言
    钢管混凝土柱在我国的发展应用只有四十多年的历史,但钢管混凝土柱以其造型流畅、结构受力性能好、经济等优势被广泛的应用于很多的多、高层建筑中。
    所谓钢管混凝土,就是指在钢管内填充混凝土而形成的组合材料。钢管混凝土结构能够更有效地发挥钢材和混凝土两种材料各自的优点,同时克服了钢管结构容易发生局部屈曲的缺点。钢管可分为圆形、矩形、方形,相应地,钢管混凝土结构按照截面形式的不同可以分为矩形钢管混凝土结构、圆钢管混凝土结构和多边形钢管混凝土结构等,其中矩形钢管混凝土结构和圆钢管混凝土结构应用较广。钢管可采用直缝焊接管、螺旋形缝焊接管、无缝钢管,焊接必须采用对接焊缝,并应达到与母材等强的要求;混凝土应采用高标号混凝土。
    钢管混凝土柱被广泛采用的原因是:与钢筋混凝土柱相比,钢管混凝土结构可使混凝土处于侧向受压状态,其抗压强度可成倍提高,同时由于混凝土的存在,提高了钢管的刚度,两者共同发挥作用,从而大大地提高了承载能力。钢管混凝土主要以轴心受压和作用力偏心较小的受压构件为主,具有良好的受力性能和施工性能,具体表现为:承载力高、延性好,抗震性能优越;施工方便,工期大大缩短;有利于钢管的抗火和防火;耐腐蚀性能优于钢结构,并且可以大大节约刚材用量。
另外,采用钢管混凝土柱与H型钢梁组成的钢-混凝土组合结构体系是一种新型、高效、节能、环保型的结构体系。其中混凝土施工是该施工过程中的重要一环。
    一、钢管混凝土常见施工工艺
    1、泵送顶升浇筑法:
    在钢管接近地面的适当位置安装一个带闸门的进料支管,直接与泵车的输送管相连,由泵车将混凝土连续不断自下而上灌入钢管,无需振捣。
    2、立式手工浇筑法:
    混凝土自钢管上口灌入,当管径大于350mm时,用插入式内部振捣器振捣密实,每次振捣时间不少于30s,混凝土一次浇筑高度不超过2m。当管径小于350mm时,可采用附着在钢管外壁的外部振捣器进行振捣,外部振捣器的位置应随混凝土浇灌的进展而加以调整,外部振捣器的工作范围,以钢管横向振幅不小于0.3mm为有效,振幅可用百分表实测,振捣时间不小于1min,混凝土一次浇灌的高度应不大于振捣器的有效工作范围和2~3m柱长。
    3、高位抛落无振捣法:
    该种方法是以混凝土下落是产生的动能达到振实混凝土的目的。它适用于管径大于350mm、高度不小于4m的情况。对于抛落高度不足4m的区段,应用内部振捣器振密,一次抛落量宜在0.7m2。
    二、下面结合国家能源煤矿采掘机械装备研发(实验)中心采掘机械装备综合实验室工程实际,浅谈对钢管混凝土施工工艺的理解和认识:
    1、工程概况:国家能源煤矿采掘机械装备研发(实验)中心采掘机械装备综合实验室工程位于张家口市张石高速与沈孔公路交口西北角煤机装备产业园区内,建筑面积为16745.10m2,其中展示中心部分采用了钢管混凝土柱的施工工艺,属于钢管混凝土柱与H型钢梁组成的钢-混凝土组合结构体系,该部分为半圆造型,1-2层为通透的大厅,其中采用钢管混凝土柱工艺的柱子共有四根,采用的方钢管尺寸分别为1400×1200×42mm、950×950×24mm,钢管柱预制完成后,整体进行吊装,方钢管高度为21.38m、20.255m,钢柱中混凝土强度等级C40,其中1400×1200×42mm规格的两根钢管混凝土柱位于大厅中部,950×950×24mm两根钢柱位于大厅出入口两侧,见下图:
 


    2、钢管混凝土柱的特点:
    钢管本身就是耐侧压的模板;钢管本身就是钢筋,它兼有纵向钢筋(受拉和受压)和横向箍筋的作用;钢管本身又是劲性承重骨架;节省建筑材料;缩短工期;避免不必要地提高楼板的混凝土强度等级;耐火性能比钢结构好;耐冲击的能力比钢结构和钢筋混凝土结构都强。
    3、浇筑方法:为确保钢管内混凝土的密实度,该工程矩形钢管及圆钢管内的混凝土浇筑采用立式手工浇捣法施工,在水平隔板已按设计要求开设排气孔的前提下,首先从钢管内高性能混凝土本身的质量控制入手,特别要求混凝土搅拌时,细骨料--砂的含泥量﹤1.5﹪,宜采用细石5~15mm连续粒径以减少水平隔板下因粗粒石的存在可能导致的不密实的概率,并确定适当的膨胀剂掺量。
    4、浇筑工艺及注意问题
    (1)所采用的混凝土配合比、坍落度应符合要求,为满足坍落度要求,应掺加适量减水剂;为减少混凝土收缩,可掺入适量的混凝土微膨胀剂。
    (2)钢管内混凝土的浇筑宜连续进行,必须间歇时,间歇时间不应超过混凝土的终凝时间,需要留水平施工缝时,应将柱端管口封盖,以防止杂物、雨水等落入钢管内。
    (3)每次浇灌混凝土前,管内不得有杂物和积水,应先浇灌一层10-20mm厚的与混凝土强度等级相同的水泥砂浆,作为接触砂浆,以防止自由下落的混凝土粗骨料产生弹跳。
    (4)钢管内混凝土的浇灌质量,可采用敲击法进行初步检查,如有异常,则应用超声波进行检测。对于混凝土浇筑不密实的部位,可采用局部钻孔压浆法进行补强,然后将钻孔补焊封固。
    (5)浇筑的连续性
    当混凝土在泵管中停滞时间过长(一般超过15分钟)容易堵泵管,拆泵管再接泵管,耽误时间,并再次造成堵管,恶性循环。并且一旦超过混凝土的初凝时间,施工缝无法处理(施工缝位于管内),造成混凝土产生质量问题。
    (6)泵管密闭性
    泵管接头处密闭性要好,严格控制漏浆,泵管漏浆经常导致堵泵管。可先用打水检查泵管密闭性,通过调换漏水处的泵卡等措施,确保泵管密闭。
    (7)钢管混凝土浇筑时,要求必须分段灌注、分段振密,混凝土一次浇筑高度不超过2m,采用加长型(22m)振捣棒分段多次振捣,并要求必须先插入振捣棒,以确保从源头上切实提高钢管内混凝土的密实度。
    (8)浇筑过程中,必须由专人对混凝土的质量进行监控,及时作好塌落度检测,对有和易性、坍落度不达标等现象的混凝土坚决不准使用。每台班混凝土取样不少于2组。
    (9)除最后一节钢管柱外,每节钢管柱浇筑完,应清除掉上面的浮浆,待混凝土初凝后灌水养护,用塑料布将管口封住,并防止异物掉入。
    (10)混凝土最后浇筑到离钢管顶端500mm处,以防焊接高温影响混凝土的质量。
    (11)针对钢管内混凝土会出现的空洞、不密实等问题,采用无损超声波探伤检测法进行管内混凝土密实度的检测,(超声波法是目前检测钢管混凝土密实程度和均匀性的首先检测方法,超声波检测可以根据合理布设的检测点对钢管混凝土的密实程度和均匀性进行全面而细致的检测,它可以检测出钢管混凝土是否存在缺陷,找出缺陷位置,圈出缺陷。)对于柱内混凝土不密实的部位,应采用局部钻孔压浆法进行补强,然后将钻孔补焊封固。
    (12)对于高标号混凝土水化热影响,因钢管本身即是耐侧压的模板,由于钢管壁强度保证不会出现涨模的情况,钢管柱内混凝土水分不易外溢,因而不会因水化热影响使混凝土凝固过程中产生裂纹,从保证钢管混凝土的浇筑质量的控制方面,应按《钢管混凝土结构设计与施工规程》CECS28:90中所提的“其浇灌质量必须依靠严密的施工组织,明确的岗位责任制和操作人员的责任心”严格进行控制,鉴于此,特别要求施工单位派专人负责钢管混凝土的浇筑,浇灌前必须进行钢结构的隐蔽验收,按施工工序先后,在完成钢柱、钢梁焊缝焊接产经超声波探伤合格后,方可进行钢管混凝土的浇筑,浇筑钢管混凝土前,施工负责人应向施工人员做好施工交底。
    (13)钢管柱中混凝土质量问题的控制
    在钢管混凝土施工过程中,混凝土的收缩问题是一个质量控制重点和难题,目前还没有明确可行的理论和方法,不过对于混凝土收缩的问题可以采用自密实性混凝土、膨胀混凝土等方式来解决。
另外,若钢管柱高度过高,混凝土如果进行分段浇筑,混凝土施工缝位于管内,施工缝的处理不能解决,是钢管柱混凝土施工的一个缺憾。本工程混凝土采用连续浇筑的方法,避免此问题的出现。
    三、结语
    近些年,钢管混凝土柱的发展迅速,越来越被广泛运用,但钢管混凝土在施工中需要研究的问题还不少,这就需要我们广大工程技术人员积极探索,不断完善,使这一先进技术在建设领域发挥更大作用。

    参考文献:
(1)蔡绍怀,现代钢管混凝土结构[M].北京:人民交通出版社,2003.
(2)刘冬冬,浅谈钢管混凝土结构的应用与优缺点[J].建筑工程,2009(2)
(3)林伟军;胡德军;王月娥,钢管混凝土柱施工技术,浙江建筑,2007-09
(4)《钢管混凝土结构设计与施工规程》(CECS28:90)

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