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摘要: 钢管柱混凝土施工是建筑施工的一个重点和难点，对其施工技术展开探讨具有十分重要的意义。本文结合某工程实例，对钢管柱自密实混凝土施工技术进行了详细的介绍，并进行了质量检验，提出了相应的改进措施，为类似工程施工提供参考。
关键词:钢管柱；自密实混凝土；施工技术
随着我国社会经济的快速发展，建筑行业取得了极大的进步，钢结构施工日益增加，建筑小截面钢管柱施工也越来越受重视。在建筑工程施工中，如何确保钢管混凝土柱的施工质量和施工密实度是当前施工领域内的一个难题。基于此，笔者结合工程实例，对钢管柱自密实混凝土施工技术进行了介绍。
1 工程概况
1.1 项目概况
某钢结构住宅建筑包含地下2层，地上33层，总高度96. 7 m。标准层面积465 m2。?
1.2 钢结构体系及钢柱简介
工程采用钢框架中心支撑结构，钢框架柱内浇 灌混凝土。主要钢柱构件尺寸规格见表1、图1。 结构设计中，对钢柱及内浇筑混凝土要求见表2。
表 1 主要钢柱截面尺寸?
注: 钢柱内隔板: 设置于钢柱与梁、支撑等连接部位，孔径分 别为 100、120、150 mm 三种。建筑高层，柱壁厚及截面有局 部变化，对混凝土浇筑影响不大。?
1.3 钢管柱混凝土施工技术介绍
钢管混凝土结构的柱芯混凝土浇筑工艺，以往主要采用两类方法: 第一类是传统的振捣浇筑法; 第二类是免振捣浇筑法。在免振捣浇筑法中，又分为高位抛落法和泵送顶升法两种。前者利用混凝 土高位抛落的动能来实现混凝土的密实，后者利用混凝土在承压状态下成型来实现混凝土的密实。
本工程由于中间隔板的存在无法实现振捣，只能采取免振捣方法。通常的免振捣浇筑法中，可将 其分为高位抛落法和泵送顶升法两种。顶升法和高 抛免振捣法在本工程中的应用对比见表 3。由于封 头板和水平隔板的存在，高位抛落实现困难; 若采用顶升的方法，则要在箱形柱壁板开直径 200 mm 的圆洞，设计单位持否定态度。
表 3 顶升法和高抛免振捣法在本工程中的应用对比
综合工程的实际情况，决定采用高抛免振捣法浇筑。
1. 4 钢管内浇筑高抛免振捣混凝土施工技术难点
采用塔吊吊运高抛免振捣施工存在如下技术难点:?
(1) 钢柱为四层一节安装，每节柱长约 12 ~ 12. 5 m，中间 5 × 2 个横隔板，采用漏斗接入。如采 用短漏斗，混凝土抛落高度接近规范允许的极限值 12 m; 如用长漏斗，混凝土从漏斗中流出慢。
(2) 内部每层钢梁位置处均设有两块加劲板，加 劲板开口直径为 100、120、150 mm，柱底铁板开口直 径为80 mm。钢柱内隔板的孔径小，内径最小为 100 mm，对混凝土的间隙通过率、流动度及抗离析 度等性能要求高。
(3) 本工程建筑总高 96. 7 m，顶层钢柱浇筑混凝土， 楼层高、应用塔吊浇筑速度慢( 增加漏斗数量、容积) ;
(4) 高层混凝土浇筑时为高空作业，根据施工流 程，高层钢管柱浇筑时，周围并未形成有效的安全围 护，混凝土浇筑时的安全施工难度大。
2 高抛自密实混凝土的研制
2.1 高抛免振捣混凝土要求
根据《高抛免振捣混凝土应用技术规范（JGJ/T296-2013)》《自密实混凝土应用技术规程（JGJ/T283-2012)》对混凝土的扩展时间、扩展度、离析度等性能规定和要求，结合本工程特点，对混凝土性能有更高的要求:
(1)高抗离析度
工程混凝土从近 12 m 高处抛 落，钢柱内横隔板类似于挡板，容易造成混凝土的离 析。因此，工程应用混凝土抗离析度要求高。
(2)扩展时间短
小口径钢管内有较多横隔板， 横隔板孔径小( 最小 100 mm) ，如浇筑速度过快，横 隔板下方极易形成空腔，导致混凝土浇筑不密实。 如混凝土浇筑时能在较短时间完成扩展，同时控制 横隔板下部混凝土的浇筑速度，则可以达到比较好 的密实度。
(3)为避免浇筑时混凝土收缩产生局部空隙，要 求混凝土保持无收缩或微膨胀。?
2.2 实验调整及配比
实验室反复进行混凝土配比并进行性能测试， 除符合前述两项规范要求外，还参考相关文献进行 了 V 形箱、L 形槽等类似性能测试，制定的高抛免 振捣混凝土配合比见表4。扩展( 流动) 度试验见图2，V 型槽试验见图3，L 型箱试验见图4，高抛抗离 析度试验见图5。
表 4 C55高抛免振捣混凝土配合比
注: 标准1为《高抛免振捣混凝土应用技术规范( JGJ/T 296—2013) 》; 标准2为《自密实混凝土应用技术规程( JGJ/T 283— 2012) 》; 性能测试以标准1为主，主要通过流动性、间隙通过性、填充性、抗离析性来表征。
图 4 L形箱试验(间隙通过率) 图 5 高抛抗离析度试验
3 工程施工技术
3. 1 现场小直径钢柱浇筑试验
在全面浇筑钢柱混凝土前，选取结构边缘一根钢柱进行试验性浇筑。
3.1.1 技术准备
?(1) 对每一规格钢柱进行数据计算，计算单柱浇 筑混凝土用量及每层浇筑量(分层考虑钢柱内隔板位置) 。
(2) 施工操作平台搭设: 为确保浇筑时操作工人的安全可靠，施工现场采用铝合金管及对拉螺栓搭设了简易的操作笼，对称设置，浇筑时，2 名混凝土 工人立于笼内，控制料斗的开关。
(3) 漏斗准备: 混凝土浇筑漏斗采用钢板焊接，下接 500 mm 长钢管，钢柱上口孔径为150 mm，漏斗 管径 85 mm。?
3.1.2 浇筑过程控制
(1) 浇筑前，对钢柱内进行清理，清除垃圾杂物、排出积水。
(2) 正常浇筑时，先浇筑一层 200 mm 厚与高抛 免振捣混凝土强度等级相同的水泥砂浆，以防止自 由下落的混凝土粗骨料产生弹跳。考虑钢柱内有多 道内隔板，在正常结浆厚度为 200 mm 的基础上，增加50%浆料。
(3) 混凝土料斗放料至浇筑料斗内，利用混凝土下落产生的动能来达到混凝土的自密实; 确保漏斗 的导向管位于钢管加劲板孔的中心，以便可以直接 进行高抛灌注。
(4) 应加强钢管柱底部及钢管柱管壁排气孔的观察。确认浆体流出和浇捣密实后封堵排气孔。
(5) 钢管内自密实混凝土浇灌工作宜连续进行，若有间歇，时间不应超过自密实混凝土的终凝时间。
(6) 浇筑过程连续进行，每浇筑到隔板下沿时 (根据外侧木锤敲击判断) ，停留约15 s( 根据混凝 土扩展时间) ，让混凝土充分填充隔板下沿，然后继 续浇筑，若必须间歇时，时间不应超过自密实混凝土 的终凝时间。
(7) 浇筑至钢柱顶下 600 mm，完成该钢柱的混凝 土浇筑; 预留 600 mm 为避免钢柱焊接连接时产生 高温，导致混凝土受损。
(8) 混凝土浇筑完成后，用钢盖板盖住，以防下 雨时雨水进入，导致下次混凝土浇筑时混凝土含水 量过大。也能防止油和其他异物等落入。?
3.1.3 浇筑时的安全措施
钢柱高抛混凝土浇筑为高空作业，普通混凝土 工人难以适应，如何解决钢柱浇筑时的高空安全作业问题，是浇筑施工的重要施工技术。
因采用的是高抛免振捣混凝土，对混凝土浇筑 的技术要求不高，只需要控制混凝土下落速度，通过沟通，适应高空作业的钢结构安装工人成为钢柱混 凝土浇筑的施工人员。
为确保施工安全，高空作业人员除系挂安全绳之外，采用了钢管搭设浇筑简易平台及焊接施工小 笼的方式，进行钢柱混凝土浇筑。见图 6。?
图 6 钢管搭设操作平台
3.2 过程质量控制
依据《钢管混凝土工程施工质量验收规范( GB 50628—2010) 》，钢管混凝土的密实度为主控项目， 检验方法主要为浇筑的试验工艺、试验报告及浇筑 施工记录。
施工过程中，主要采用如下几种方法进行过程 控制。
(1) 钢柱外敲击: 浇筑时，安排 1 名工人在钢柱 外沿竖向用小木锤敲击，敲击时，根据声音判断混凝 土浇筑到达柱内的高度，同时判断浇筑是否密实。
(2) 透气孔观察: 钢柱制作时，在梁上端 100 mm 左右钢柱四侧均开有直径约 10 mm 的小孔，浇筑 时 ，小 孔 用 于 及 时 排 出 钢 柱 气 体 ，同 时 ，根 据 气 孔 内 出浆量，观测浇筑密实情况。
(3) 计算加入混凝土量，与钢柱内容积进行对比，判断密实度。
4 质量检验及施工总结
基于对钢柱内混凝土密实度施工质量的担心， 对小直径钢柱混凝土密实度情况进行了如下几种方 式的检查和验收:
(1) 密实度是钢管混凝土质量检验的主控项目， 但由于检验的技术水平，现今尚无有效的非破损检 验技术，超声波检测对于小直径钢管混凝土的成功率不高。
(2) 施工过程控制是钢柱混凝土密实度的主要 控制手段，采用的过程控制主要有以下几种方法:①通过计算钢柱内空间容积，核对浇灌混凝土量，粗略 判断钢柱混凝土是否密实; ②钢柱制作前，在横隔板 下沿柱翼缘对称设置两个直径约 10 mm 的圆孔，可 排放气体，也可作为混凝土密实度的观测孔; ③浇筑 时采用木锤在钢柱侧边敲击，通过声音判断浇筑高 度及密实度。
(3) 终凝后的检测手段: ①混凝土终凝后，可以 采用超声波进行非破损检测，由于超声波检测的原理、仪器精度及后处理手段限制，超声波检测的可靠 性和准确性并不高，难以提供肯定的检测结论; ②采用取芯方式对钢柱进行破损检测，判断钢柱内混凝土强度及密实度。
(4) 本工程施工时，除过程控制手段外，混凝土终凝后，采用了取芯的检测手段进行密实度检测，取芯钢柱取3根及总数 1% 的大值，取芯位置为柱底 横隔板下 100 mm 位置。结果表明，混凝土强度及 密实度均满足规范要求。
在钢柱内浇灌混凝土试验中，柱脚锚栓位置留 有约 100 mm 空隙，原设计采用灌浆浇筑，试验时， 在柱脚用砂浆进行封堵，柱顶高抛混凝土后，将柱脚 封堵砂浆钻孔，检查，柱脚处混凝土密实。
据此可以判断，施工时，钢柱内的混凝土密实。
5 改进措施
为增加钢柱内浇混凝土的施工质量、便于施工 操作、加快浇筑速度，在第一次浇筑钢柱内混凝土 时，施工单位提出了以下几点改进措施:
(1) 与设计单位沟通，变更设计，通过加大内隔板厚度，增加内隔板浇筑孔孔径，特别是截面小的钢柱，将内隔板浇筑孔扩大，使混凝土浇筑速度加快。 变更前后的钢管内隔板孔径见表6。
表6 变更前后的钢管内隔板孔径
(2) 增加漏斗下导管截面，加快下料速度。
(3) 在钢柱截面增加透气观察孔数量，特别在内隔板下沿 100 mm 处对侧增加透气孔，用于直接观 察内隔板下沿混凝土密实度。
(4) 探索顶升法浇筑小直径钢柱混凝土，争取在下一层钢柱浇筑中，选取一根钢柱进行顶升法浇筑试验。
6 结语
综上所述，钢管柱混凝土施工是超高层建筑施工的一个难题，其施工技术水平的高低直接关系到建筑整体质量的好坏及寿命。因此，在钢管柱混凝土施工时，要采取合理的施工技术方案进行施工，并做好施工质量控制和检验工作，确保其质量和密实度，从而提高工程的整体经济效益和社会效益。
参考文献:
[1]钢管混凝土柱施工技术探讨[J].林章凯.福建建筑.2016(02)
[2]超高层外包钢管柱薄壳混凝土施工技术[J].张加宾.施工技术.2017(03)
论文作者:黄士文
论文发表刊物:《防护工程》2017年第23期
论文发表时间:2018/1/8
标签：混凝土论文; 密实论文; 钢管论文; 隔板论文; 漏斗论文; 横隔论文; 施工技术论文; 《防护工程》2017年第23期论文;