浅谈钢管混凝土顶升浇注法在一般公共建筑中的应用
摘 要：本文阐述了钢管混凝土材料、配合比、设备及顶升施工工序流程，供同行参考。
关键词：钢管;混凝土;顶升施工
钢管混凝土技术在我国虽然经历了几十年的引进、发展和提高几个阶段，但并未得到普及，它主要应用于部分工业厂房、桥梁和高层建筑中，在一般多层公共建筑中较少使用。此外，由于地区经济发展的不平衡，在西北地区尤其是宁夏地区更少使用。而钢管混凝土兼具钢结构和混凝土结构的优点，又有节省工期、综合造价低等特点，有着良好的发展前景。笔者于2006年在宁夏银川河东机场新航站楼工程中成功地使用了这一技术，特别加以总结，并编写成篇，希望能提供该地区该技术的一些施工经验，供有关同行参考。 1 银川河东机场新航站楼工程有关钢管混凝土工程概况 河东机场新航站楼工程○a、○g、 ○l轴设计有3×24根矩形钢管柱，柱的尺寸分别为:○a轴600×700×30×14002㎜（宽×高×壁厚×柱长）；○g轴600×700×25×11500㎜（宽×高×壁厚×柱长）；○l轴600×700×25×12200㎜（宽×高×壁厚×柱长）。○a轴钢管柱柱身向西倾斜90，并在标高＋10.00m以上部分柱截面高度由700㎜渐变为1150㎜；○g轴柱上端（标高＋10.00m以上部分）柱截面高度由700㎜渐变为785㎜, ○l轴柱上端（标高＋10.00m以上部分）柱截面高度由700㎜渐变为930㎜。柱内分别设有水平加强钢板5~9道不等，加强钢板中部留有￠250圆孔，标高
＋10.00m以下（不含＋10.00m处）加强钢板四角分别留有一个￠25小孔（出气孔），标高＋10.00m以上（不含＋10.00m处）加强钢板四角未留孔。每根柱侧面距地面1m处留￠150混凝土浇注孔一个。设计要求柱内浇注c40自密实混凝土，浇注高度13m左右。 2 钢管混凝土浇注方法的选择
根据《矩形钢管混凝土结构技术规程》cecs159-2004的规定，本工程钢管柱内混凝土可采用导管浇注法、手工逐段浇注法和泵送顶升浇注法施工。
若采用导管浇注法，柱高均超过10m，且柱中加强钢板留孔较小，振捣较困难，而○a轴的柱身倾斜，振捣棒也无法插到柱底；若采用手工逐段浇注法，多层加强钢板势必会阻挡混凝土的下落，易造成离析，影响混凝土的密实性、均匀性。
根据本工程的特点，借鉴与本工程类似的鸟巢工程钢管混凝土的施工经验，决定采用泵送顶升浇注法。
钢管混凝土顶升浇注法，即在建筑物底层的钢管柱上，距地面1m左右，开一浇注口（本工程已预留，如前所述），插入一短管，短管直径和混凝土泵车输送管直径相同，并在输送管与短管之间通过一软管相连，缓冲压力，利用混凝土输送泵车的压力将混凝土自钢管柱底部一次压送到柱的设计标高的施工方法，无需振捣，施工速度快，质量可靠。
3 钢管混凝土顶升浇注法的施工的要点 3.1 混凝土配合比的设计与配制
本工程钢管柱混凝土的设计强度等级为c40，而泵送顶升浇注法施工的特点和自密实混凝土的诸多优点，使我们决定采用自密实混凝土。
自密实混凝土配合比的设计，在宁夏地区没有先例，也就没有成功的经验加以借鉴，如何根据《自密实混凝土设计与施工指南》cces02-2004的要求，结合以往工程的经验以及当地材料、商品混凝土供应厂家等情况，配出适用的混凝土配合比，就显得尤为关键。经过考察、研究，我们选定了当地一家有资质、业绩好、能力强的商品混凝土搅拌站---宁夏格拉普尔水泥制品有限公司，承担设计和配制配合比的任务。在配比设计上，我们对水胶比、坍落度、外加剂的掺加量等提出具体的指导意见，并特别对自密实混凝土的材料、工作性能评价指标等作出具体要求。 ⑴自密实混凝土组成的材料要求
a.水泥：采用42.5普通硅酸盐水泥，其质量应符合现行国家标准《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》gb175的要求。因宁夏银川赛马水泥，是普通硅酸盐水泥，为当地名牌，具有质量稳定、低碱性等特点，定为本工程首选使用。
b.骨料：细骨料应符合《建筑用砂》gb/t 14684-2001的规定，含泥量小于2%，泥块含量小于1%；粗骨料应符合jgj 53-92或gb/t 14685-2001的规定，应采用最大粒径不超过25mm碎石或卵碎石，针片状颗粒含量宜小于10%，空隙率小于40%。
c.水：拌合用水应符合《混凝土拌合用水标准》jgj 63-89规定。
d.外加剂：外加剂应符合gb 8076-97以及其他有关规范规定，进厂必须具有质量证明书，应按批量复验，合格后方可使用；对于所采用的具有改进拌合物粘度、消泡等作用的化学品，应符合该化学品相应的国家标准要求，具有产品合格证，进厂后应按批量进行必要的复验后方可使用。外加剂在高性能混凝土中所起的作用非常大，在以往的工程中，经常会出现因外加剂质量不合格或不稳定而使混凝土的流动性、凝结时间发生问题,乃至强度出现偏差。在本工程中，我们对此更是不敢丝毫马虎。经考察，银川市乐达外加剂有限公司生产的“乐达”牌外加剂，是宁夏建设新产品的推广产品，业绩好，质量稳定，满足混凝土拌合质量的要求同意使用。 e.掺合料：可采用粉煤灰、磨细矿渣或其他矿物掺和料；经考察，粉煤灰在当地规模较大的生产厂家产量较大，供应稳定，质量上乘、平稳，决定采用ⅰ级粉煤灰，其质量应符合gb1596--1991的要求。
⑵自密实混凝土拌合物工作性能指标及评价
a.自密实混凝土工作性能指标包括填充性、间隙通过性和抗离析性，其具体要求如下表：
拌合物工作性能检测方法与指标要求 序号 检测方法 指标要求 检测性能
1 坍落扩展度（sf） ⅰ级 650mm≤sf≤750mm 填充性 ⅱ级 550mm≤sf≤650mm
2 t500流动时间 2s≤t500≤5s 填充性
3 l型仪（h2/h1） ⅰ级 钢筋净距40mm h2/h1≥0.8 间隙通过性 抗离析性
ⅱ级 钢筋净距60mm
4 u型仪（△h） ⅰ级 钢筋净距40mm △h≤30mm 间隙通过性 抗离析性
ⅱ级 钢筋净距60mm
5 拌合物稳定性跳桌试验（fm） fm≤10% 抗离析性 注：①对于密集配筋构件或厚度小于100mm的混凝土加固工程，采用自密实混凝土施工时，拌合物工作性能指标按表中的ⅰ级指标要求；②对于钢筋最小净距超过粗骨料最大粒径5倍的混凝土构件或钢管混凝土构件，采用自密实混凝土施工时，拌合物工作性能指标应按表中的ⅱ级指标要求。
b.自密实混凝土拌合物填充性（坍落扩展度和t500流动时间），试验方法应符合中国土木工程学会标准《自密实混凝土设计与施工指南》cces02-2004附录a的规定；间隙通过性和抗离析性试验方法应符合该标准附录b和附录c的规定。
c.混凝土拌合物的工作性选用坍落扩展度和l型仪的检测方法进行综合测试评价。
⑶自密实混凝土配合比的设计、试拌、调整和确定
依据中国土木工程学会标准《自密实混凝土设计与施工指南》
cces02-2004第3.5节的规定，参照我们以往工程成功的自密实混凝土设计配合比，我们除在水胶比、砂率、坍落度、外加剂、掺合料等指标上，对商品混凝土厂家提出指导意见外，还对试配出的配合比，见证坍落度、扩展度、填充性、间隙通过性、抗离析性等试验，并责成商混厂家做好混凝土试块，以检测其强度。经过反复试验，配制出如下配合比：（每m3混凝土的各种材料用量，单位：kg）
自密实混凝土c40的配合比
材料名称 水泥 水 砂 石子 粉煤灰 外加剂 材料用量 380.00 180.00 670.00 1000.00 180.00 16.5
配合比 1.00 0.47 1.76 2.63 0.47 0.04 其中，坍落度为230±20mm，砂率为40%，水胶比0.32. 3.2混凝土输送泵车的选择
⑴选择泵车的类型。混凝土输送泵有拖式泵和泵车之分，根据现场的实际情况，选用拖式泵（因航站楼的主体已完成，且混凝土需在底层浇注）。
⑵泵压的计算及泵车型号的选择。本工程混凝土泵输送的最大高度为12.8m，加上输送管的水平长度6~7m，垂直和水平距离合计约20m，根据经验，估算输送压力位3.5mpa；输送12.8m需要的压力为：(12.8×0.6×0.7×2400×9.8)÷(3.14×0.152×1/4)＝
7.16mpa，其中，2400kg/m3为混凝土容重，0.15m为输送管直径；总计需要泵送压力为：3.5＋7.16＝10.66（mpa），再考虑一些其他因素，决定泵的输送压力不小于15mpa。由此选用泵的型号为hbts80-16-174r，具体参数如下：
型 号 最大理论输送量（m3/h） 最大泵送压力（mpa） 最大输送高度（m） 原动力功率（kw） 外形尺寸（mm×mm×mm） hbts80-16-174r 51/86 9.2/16 13.8 174 6750×2250×2800
3.3混凝土顶升浇注法的施工 3.3.1钢管柱与混凝土输送管的连接
本工程钢管柱的侧面已预留了￠150的浇注孔，在钢管混凝土浇注前，应按下图所示将钢管柱与拖式泵的输送管连接：
连接的短管插入钢管柱内，端部设向上的450弯头，可以有效防止混凝土直接冲击钢管柱；设置钢插板是在顶升浇注完毕后将此关闭而防止混凝土回流；连接软管可以吸收一部分能量，缓冲混凝土拖泵的冲击压力，避免对钢管柱造成不利的影响。 3.3.2钢管柱混凝土顶升施工
⑴检查混凝土拖式泵输送管本身以及与短管、软管之间的连接是否牢固、严密，保证顶升施工时的安全，并防止局部漏气而造成泵压损失。
⑵在浇注第一根钢管柱之前，将软管与短管重新接好，并检查
接头的严密性，将混凝土泵、活塞以及输送管的内壁泵送砂浆湿润，以防堵管。
⑶测试到达现场的自密实混凝土拌合物的坍落度、扩展度，应在230±20mm之间，并观察拌合物是否有离析现象，凡坍落度、扩展度不合格或存在离析现象的，坚决把混凝土拌合物退回商混厂家。
⑷刚开始泵送混凝土时，应处于慢速、匀速状态，观察混凝土泵的压力和各系统的工作是否正常，待确认无误后，再以正常速度泵送。
⑸在泵送过程中，如出现混凝土泵的压力不稳定、油温升高、输送管有明显震动等现象而泵送困难时不得强行泵送，应立即查明原因，采取措施排除障碍；如发生堵管问题，应查明堵管部位，拆开堵塞的局部管道疏通后再重新泵送。
⑹按照现行《混凝土结构工程升施工质量验收规范》gb50204的规定，及时留取混凝土试块。试块在制作过程中，不应采取任何振捣措施，要分两次将拌合物均匀地装入试模内，中间相隔30秒，然后刮去多余的拌合物，用刮刀抹平。
⑺混凝土泵送顶升应连续进行，中断时间不得超过30分钟；设人工梯架到钢管柱顶，派专人看护混凝土的浇注位置，到达设计位置后，示意停止泵送，让混凝土拌合物自由下沉1~2分钟，接着操作混凝土泵继续输送混凝土，使之顶升到设计标高。将混凝土泵再稳压0.5分钟后，用大锤及时把插板打入，同时将柱顶混凝土面抹
平，用塑料薄膜封严；拆除混凝土软管等，进入下一个钢管柱顶升浇注。
⑻待柱内混凝土的强度到达设计强度的70%后，切除柱测多余的短管，将管口部的混凝土仔细剔凿至柱壁内侧相平，将原洞口的钢板复位补焊，用砂轮打磨平整，补刷油漆。 3.4 钢管混凝土质量的检测 ⑴采用敲击法初步检查。
⑵为了对钢管混凝土柱的钢管混凝土柱的完整性有一个更科学的结论，还必须采用超声波法对钢管混凝土柱的完整性进行检测。 ⑶按《混凝土强度检验标准》（gbj107-87）的要求，在施工现场留置试块，以相应龄期的试块强度，来评价钢管柱内核心混凝土的强度。
通过上述三项检查，本工程的钢管混凝土柱均完整和密实，没有发现混凝土离析、混凝土和钢管柱内壁分离、混凝土呈蜂窝状结构和缩颈等缺陷；留置试块的强度指标均达到了设计强度；因此可以得出结论：钢管混凝土柱的混凝土强度达到了设计要求。 注：文章内的图表及公式请以pdf格式查看
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