中国对外建设有限公司广西分公司
摘要：钢管混凝土结构融合了钢结构和钢筋混凝土结构的优点，越来越多地用于高层、超高层建筑之中。本文以现场实际情况为例，介绍超高层建筑钢管砼柱的关键施工技术和质量控制方法。
关键词：超高层建筑；钢管砼柱；密实；常规人工振捣法；脱粘
1、前言
钢管混凝土结构是一种组合结构，具有充分利用材料特性，且承载性能好、节省材料、施工方便。超高、高层建筑中应用钢管砼柱，上述优点能得到更充分的发挥。广西金融广场项目结构型式为钢框架—核心筒，钢管柱直径为0.8m~1.8m，钢材为Q345B，壁厚25 mm ~45mm。
本文通过工程实例，介绍钢管砼柱的若干关键施工技术、质量控制的一些有效措施与经验。
2、钢管混凝土柱介绍
2.1 超高层结构中钢管混凝土柱应用
近年来，超高层建筑如雨后春笋搬层出不穷，超高层建筑结构均已筒中筒结构、框架核心筒结构构成。如深圳平安主体结构为巨型框架柱—核心筒、广州珠江新城西塔主体结构为斜交钢管柱—核心筒结构；三棋广场、广西金融广场项目结构形式为钢框架柱—核心筒结构。
超高层核心筒结构以混凝土结构、型钢混凝土组合结构为主，外框结构以钢结构为主。外框钢结构中柱采用钢管混凝土柱。钢柱截面常用为圆形截面、矩形截面、多边形截面等。钢柱安装完成后，钢柱内灌注混凝土，形成钢管混凝土。
超高层结构由外筒框架和内筒核心筒2部分组成，外筒结构与内筒结构受力不同。以广西金融广场项目为例，竖向荷载由外筒钢结构与内筒混凝土结构共同受力，水平荷载主要由内筒混凝土结构承受。钢管与混凝土间通过“摩擦力”产生的粘接强度共同受力。
2.2 钢管混凝土柱结构特点
1、充分发挥钢材和混凝土这两种材料的力学性能，承载力提高。由于钢管与混凝土具有“紧箍效应”，其承载力不仅是简单的两种材料承载力的和。“紧箍效应”与柱截面有关，相同条件下，圆形柱紧箍效应最大，矩形柱紧箍效应最小。
2、构件截面减小，节约了建筑材料。经研究，钢管混凝土可节省钢材30%左右。
3、抗震性能好。钢管起到约束混凝土的作用（套箍效应），钢管本身也承受一定的力，使混凝土处于三向受压状态；有约束的混凝土将具有更高的承载力，其延性也将大大提高。
4、耐火性能优于钢结构。
5、施工便捷，钢管作为模板，免去支模工序；同时钢管兼有纵筋、箍筋作用，便于浇筑混凝土。
6、对钢管内填充混凝土要求较高，钢管内混凝土采用无收缩混凝土，对现场施工、混凝土配合比要求过高。
2.3 钢管混凝土质量要求
钢管混凝土施工质量好坏主要体现在钢管混凝土内部是否密实、钢管壁与混凝土是否有剥离。钢管混凝土质量控制要点：一 混凝土内部密实（1、选取适合施工工艺方法，如顶升法、高抛法等；2、施工期间，加强过程控制）二 混凝土与钢管不剥离（1、因地制宜选用适合混凝土配合比；2、与设计钢管构造有关，如截面类型、截面长细比，圆形截面比矩形截面、多边形截面不易脱粘；长细比大，“粘接强度”大，混凝土与钢管不易脱粘；钢管壁内有栓钉也使钢管与混凝土不易脱粘）。
3、钢管混凝土柱施工
3.1 钢管混凝土柱常用施工方法及对比
钢管混凝土施工常用施工方法有3种，分别为顶升法、高抛法、常规人工振捣法。
顶升法：大流态混凝土，对混凝土工作性能要求过高，无需振捣，难以保证密实，尤其在钢管加强板处更难以保证密实；施工准备工序较多，所用装置较多，如进料孔、泄压孔、止回阀等过程控制复杂，空钢管内产生动压力，钢管局部产生应力集中现象，严重时可导致钢管胀裂空钢管内产生动压力，钢管局部产生应力集中现象，严重时可导致钢管胀裂。
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高抛自密实法：自流平混凝土，对混凝土工作性能要求过高，混凝土收缩量大倾倒高度＞4m可不用振捣；倾倒高度＜4m必须辅助振捣；难以保证密实尤其在钢管加强板处更难以保证密实；施工程序比顶升法要简单，需搭设浇筑平台，劳动强度比顶升法高过程控制较简单人工无法振捣造价高。
常规人工振捣法：普通泵送混凝土常规振捣，其直观，密实度可信；混凝土收缩量小；施工程序比顶升法要简单，需搭设浇筑平台劳动强度；比顶升法高过程控制简单可以人工振捣；与普通混凝土造价相当。
由上述对比可知，本工程钢管直径800mm～1800mm，其与人工挖孔桩十分相似，人工振捣可以进行操作。可采用常规人工振捣方法施工。
3.2 广西金融广场项目施工方法及分析
综合考虑现场施工效率与施工质量控制因素，本工程钢管混凝土采用常规人工振捣的方法组织施工。
1）人工振捣的可行性
本工程所有钢管柱外径均在800mm～1800mm 之间，钢管柱单根最长6m，具备人工振捣的前提条件。现以1800mm 直径为例将钢管内部具体情况表述如下：
当钢管柱直径为1800mm时工人可在浇筑混凝土过程中实施振捣作业，因此本工程钢管内部可以进行人工振捣。
2）人工振捣的必要性
钢管柱节点处设有两道水平加劲环，在两块环板间设置4块竖向加劲板；在柱身上，沿2.5m设置2道环板。这些构造使节点处形成局部死角，这些死角部位若不采取针对性的专门振捣措施，很难保证混凝土的浇筑质量。采用高抛自密实或顶升法施工，无法根本解决上述问题，进而形成较大的质量隐患。
4、钢管混凝土质量控制要点
广西金融广场主塔楼钢管柱混凝土标号为C60，属于高强混凝土。施工过程中，既要满足混凝土强度、工作性能要求，又要控制混凝土收缩。
4.1 原材
本工程混凝土最大泵送高度300m，钢管混凝土试配需考虑混凝土强度、工作性能、自收缩率。选用低碱优质普通硅酸盐高标号52.5水泥可保证混凝土强度，同时可减少水泥用量，减少混凝土收缩。采用细度模数2.3~3之间河砂，采用S95矿粉1：1代替水泥矿粉水化热很少减少混凝土收缩。宜采用特效减水剂，保证混凝土工作性能，最大水灰比不大于0.4，最大水胶比不大于0.55，钢管混凝土塌落度在200±20，1小时塌损不大于30mm。
4.2 钢管混凝土施工
1、施工前，应将钢管内积水排出，保证原混凝土面干燥。
2、混凝土浇筑前，采用同标号砂浆浇筑50mm~100mm。
3、混凝土自由倾倒高度不大于2m，大于2m采用导管浇筑；分层浇筑钢管混凝土，浇筑过程中加强振捣。
4、混凝土施工缝留置在钢管对接接头下至少50cm。
5、初凝前将施工缝位置浮浆清理干净，蓄水10cm进行养护。
4.3 钢管混凝土检测
钢管混凝土浇筑完成并待混凝土达到一定强度后，需要对混凝土的浇筑质量进行检测，一般的检测方法有手敲法和超声波检测法，本工程塔楼钢管混凝土检测采用超声波检测法。
超声波检测：每根柱布置一个测区，采用“米”字型对测，全程高度的范围进行超声检测，将1米的高度等分成为5圈，每圈间距20cm，每圈布置三对测点，每米高度采集15个数据，在每个抽检区采用声时值计算其超声波传播速度；并且参考超声接收信号波形判断检验钢管混凝土的内在施工质量情况，对有疑问部位钻取芯样进行强度试验。
5、广西金融广场项目钢管混凝土实践
广西金融广场项目主塔楼12根圆形钢管柱，钢柱直径0.8~1.8m。圆形钢管内壁焊有栓钉，栓钉环形间距30cm，竖向间距20cm。混凝土浇筑采用常规施工方法，混凝土为普通泵送混凝土。钢管混凝土施工前，项目联合华润混凝土公司技术部对C60钢管混凝土进行多次试配，从混凝土强度、工作性能、收缩量三个方面出发，对钢管混凝土重要部位进行重点控制。施工过程中，业主邀请中国工程院院士方晓丹院士到项目指导钢管混凝土质量控制，并对项目钢管混凝土质量进行钻孔检查。
结束语：
超高层建筑钢管砼柱的质量对于超高层建筑非常重要，本文以广西金融广场现场实际情况为例，介绍超高层建筑钢管砼柱的关键施工技术和质量控制方法，并取得不错成果，值得探讨与借鉴。
论文作者:张文琦
论文发表刊物:《基层建设》2017年第35期
论文发表时间:2018/3/21
标签：混凝土论文; 钢管论文; 截面论文; 密实论文; 结构论文; 广西论文; 质量控制论文; 《基层建设》2017年第35期论文;