摘要：本文就一个具体的工程实例来讨论了一下箱型柱内浇灌混凝土的施工方法和措施，并通过一定的分析和计算来确定了混凝土一次顶升至顶部的施工方案，而且通过实例也证明，其钢柱也未发生任何的变形。
关键词：箱型柱；浇灌混凝土；施工
一、工程概况
某不锈钢炼钢的主厂房的塔楼的框架是由43根箱型的钢柱所组成的，其断面是从1000毫米×1000毫米—1400毫米×1800毫米不等的，并插入到杯口的基础内，插入的深度在2500～4500毫米之间，而柱内是从±0.000到25.000米之间的，设三组共计12块的水平加劲板，其中心是设计成开六边形的孔，孔口的尺寸最小为470毫米×470毫米，而板的四角开N50的透气孔（如图1所示）。标高为25米以下的柱芯内则浇筑C30的混凝土，其总的体积约为1700m3。
根据在工程现场的实际情况，我们选择用溜槽来溜送并加泵挤压的顶升相结合的混凝土浇筑工艺来进行混凝土的浇筑，再加上机械的振捣和一定压力以上的挤压顶升，并不需要过多的振捣。顶升管和柱的连接如图2所示。
图1 箱型柱的水平加劲板.png)
图2 顶升管与柱的连接.png)
在顶升浇筑的过程中，泵车如何选择以及是否可以用一次的顶升来达到设计的高度，并防止柱子的鼓胀，从而使混凝土可以充满到各个角落是我们所必须要重点考虑的一些内容。此项工程的箱型柱和我们通常所使用的圆钢管柱是不同的，主要表现在：1、柱内要设置一些水平的加劲板，这样可以增加顶升的阻力；2、一次的顶升高度非常大，所产生的相应的顶升阻力也会变大；3、箱型柱的断面比较大，因此壁板的抗挤压变形能力就会变弱，在顶升的首根断面是1000毫米×1800毫米的钢柱的时侯，由于我们未采取一定的防鼓措施，因此在顶升到15.000米处左右的时候，柱子的大面大概±0.000～2.000米左右的位置就出现了外鼓的现象，而在顶升到25.000米左右的时侯，最大的外鼓就达到了30毫米了，外鼓范围是泵送口往上大概6米左右的高度范围之内。
二、如何核算顶升阻力并选择合适的施工机械
（一）以60泵（HBT60C）来进行的核算
我们根据以往的一些经验可以知道，HBT60C混凝土泵在处于低压状态的额定顶升压力为9MPa的时候，可以提供的阻力消耗值是按额定压力的90%来计算的，因此就是9×90%=8.1MPa左右。
柱内的混凝土压力计算：γcH=24×25=600kN/m2=0.6MPa；
水平管按20m来算，其损失的压力大概为0.1MPa。
垂直的高度为25m，因为水平的加劲板所产生的一定的阻隔作用，混凝土在柱内也并不是进行整体的上移的，而是从柱子的中心开始不断的上翻，预计所产生的阻力要比在泵管里面的时候略大一些，因此考虑其损失压力就是0.75MPa左右。
每一个90°弯头大概要降压0.1MPa左右，一共设置有3个弯头，因此总共的降压幅度为0.3MPa；
还有一个管路截止阀，降压为0.8MPa；
3m的橡皮软管，降压为0.2MPa左右。
另外，附属于泵车的压力损失合计为2.93MPa左右（其中Y形管为0.05 MPa，而分配阀为0.08MPa，混凝土泵起动内耗为2.8MPa）。
每个水平的加劲板考虑的降压0.1MPa，12个水平加劲板，降压1.2MPa；以上合计压力损失为P′=0.6+0.1+0.75+0.3+0.8+0.2+2.93+1.2=6.88MPa<8.1MPa，满足要求。因此选择HBT60C拖式泵，可一次顶升至25m。
（二）关于取值的一些说明
1、混凝土的湿重是指由混凝土所产生的压力，在顶升的过程中，新鲜的混凝土是不断的从下端顶入，并往上走的，所以混凝土所产生的压力应该按照柱内的全高来计算，而不能按照求解混凝土的浇筑过程中产生的侧压力的方法来进行计算，不然所计算的结果就会明显的偏小。
2、水平的加劲板的阻力与加劲板宽度和间距有关，加劲板越宽，阻力越大，间距越小阻力越大，也与混凝土坍落度、扩展度、碎石粒径有关。水平加劲板阻力取0.1 MPa是根据施工经验并参考有关资料而偏于保守的取值。
三、如何防止柱子的膨胀及柱内充填混凝土
（一）如何防止柱子的膨胀
首根1000mm×1800mm断面钢柱鼓胀之后，经审查图纸发现，柱子宽面壁板板厚32mm，窄面板厚张40mm，柱内下部两个水平加劲板在1.060m和7.600m处。分析原因认为，一是箱型柱焊接过程中产生的应力仍未完全消除，二是一次顶升高度过大及柱子壁板较薄，水平加劲板间距过大，后者是主要原因，焊接残余应力也起了一定作用，还有泵送时产生的机械拉压应力。为了防止其他柱子顶升时发生鼓胀，对剩余柱子采取了相应的措施。
1、验算壁板防鼓胀能力
（1）按两端固接单跨梁计算，荷载主要考虑湿混凝土的重力。湿混凝土的重力均布荷载q=γcH×1=24×25=600kN/m，梁材为Q345，跨度1.72 m，计算最大侧胀值为24.3mm。
实际外鼓30mm，考虑焊接应力及泵送机械应力产生的附加变形，计算值与实际结果比较吻合。需要说明的是，湿混凝土的重力所产生的侧压力主要发生在安设泵管的位置附近，随着高度增加，侧压力呈快速递减状态，尤其经过水平加劲板后，衰减更为明显，否则柱壁钢板鼓胀应为从下往上均匀递减，而不是如实际情况主要发生在±0.000～2.000m范围，这是由于柱壁摩擦和加劲板的内应力甚至变形削减了部分顶升力。在不同标高处重复以上计算过程，可得到证实。
（2）为验证柱子壁板厚度对抗挤压能力的影响，分别按壁板厚度32 mm和40 mm计算得最大侧胀值为24.3mm和12.4mm，可见适当加厚壁板可显著降低侧胀值。当然，考虑工程造价，可采取其他补救措施，比如增设拉筋板。
2、防鼓胀措施
最大侧挤压集中在泵送口附近，因此只需对泵送口附近加固即可。外加固卡具制作烦琐，安装难度大，周转间隔时间较长（ 因为混凝土初凝时间长），拉筋板可利用边角废料制作，在制作钢柱时一次加工完成，施工简单，程序少。因此决定对剩余柱子采取加设拉筋板和分两次顶升两种处理方法。对于已经安装完的柱子，因无法进入柱内加设拉筋板而采用两次顶升浇筑（ 第一次从±0.000顶升到12.000m，第二次从12.000 m顶升到25.000m），尚未安装的柱子则加设拉筋板。拉筋板的长、宽、厚及焊缝均经过计算确定，长度按柱内净空减预留空隙确定，宽度140mm，厚度≥20mm。拉筋板与柱板角缝焊接，hf=12mm。拉筋板材质与柱子外板材质相同，所采用焊条应与母材匹配。拉筋板沿柱子高度方向设3层：分别在0.300m、2.200m和4.000m处。焊接时拉筋板两端对称施焊。
（二）柱内混凝土充满
顶升过程中应尽力使箱型柱内混凝土充满，凝结硬化过程中不使混凝土与柱壁板分离。混凝土配合比设计除满足强度、坍落度要求外，还要求浆体丰富、缓凝、微膨胀。通过掺UEA微膨胀剂，可消除凝结硬化过程中产生的收缩，从而使混凝土- 钢紧密结合。泵送混凝土的最佳坍落度在15 cm左右，本工程将其增大至16～20 cm，且扩展度不小于30 cm，有利于混凝土充满柱内各个角落，为此选用5～25cm碎石和中砂，掺粉煤灰，添加泵送缓凝剂。水平加劲板下的柱角是最不容易充满混凝土的部位，除设置=50透气孔，加劲板角部25mm×25mm的避缝切角也可透气。由于箱板焊缝施焊前需在内部打底8mm，因此切角尺寸要足够，确保通透，以使混凝土充满角部。
结束语
矩形钢管混凝土构件尚应按空矩形钢管进行施工阶段的强度、稳定性和变形验算。施工实践表明，大断面箱型柱顶升浇筑前应进行顶升阻力验算和防鼓胀验算，设计时应考虑加设拉筋板，或者适当加密水平加劲板，制作过程中要尽量消除焊接残余应力。
顶升浇筑混凝土是一项技术性较强的工作，各个环节要严格控制，确保一次顶升成功，否则补救措施较为烦琐。
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论文作者:香焕志
论文发表刊物:《基层建设》2016年13期
论文发表时间:2016/10/13
标签：混凝土论文; 柱子论文; 壁板论文; 水平论文; 阻力论文; 鼓胀论文; 压力论文; 《基层建设》2016年13期论文;