結(jié)合工程實例談鋼管混凝土柱施工

周業(yè)煜

（貴州建工集團第五建筑工程有限責(zé)任公司，貴州 貴陽550002）

鋼管混凝土柱因其結(jié)構(gòu)特征，同時具備了鋼管和混凝土兩種材料的性質(zhì)。因鋼管混凝土在軸向壓力作用下，鋼管的軸向和徑向受壓而環(huán)向受拉，混凝土則三向皆受壓，鋼管和混凝土皆處于三向應(yīng)力狀態(tài)。三向受壓的混凝土抗壓強度大大提高，同時塑性增大，其物理性能上發(fā)生了質(zhì)的變化，由原來的脆性材料轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄圆牧?。正是這種結(jié)構(gòu)力學(xué)性質(zhì)的根本變化，決定了鋼管混凝土的基本性能和特點，并作為新型的第五種建筑組合結(jié)構(gòu)顯示出巨大的生命力和發(fā)展前景。

工程概況

某工程由3層地下室組成，地下室采用半逆作法施工；裙樓為三層，四層以上是住宅，共三棟31層，總建筑面積約8.4萬平方米。

本工程的鋼管混凝土柱用于地下3層到地上四層。若采用普通的鋼筋混凝土柱，則柱斷面過大，這樣會浪費許多的商業(yè)面積，使整個商場宛如一座混凝土森林；同時為配合三層地下室的逆作法施工，設(shè)計上采用了覬750鋼管柱及C60高強混凝土組成的鋼管混凝土柱。鋼管柱頭采用了某設(shè)計院設(shè)計的環(huán)形箍，柱梁連接更加方便。剪力墻部位因采用這么大的鋼管不太合適，故改為格構(gòu)柱，并對荷載少的柱也改用格構(gòu)柱。

鋼管柱、格構(gòu)柱的制作、吊裝施工

1 鋼管柱和格構(gòu)柱制作

鋼管柱采用16Mn鋼材，鋼管厚度為16mm，內(nèi)襯管及柱底環(huán)板采用A3（鎮(zhèn)靜鋼）鋼材。規(guī)格為準(zhǔn)750，共70根。格構(gòu)柱共17根，規(guī)格為L125*14（L=8736）和L140*16（L=8173）。

鋼管柱的制作：鋼管根據(jù)中國工程標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會《鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工規(guī)程》（CECS28：90）第7.1.1~7.1.3,7.2.1~7.2.5,7.2.8及7.2.9條的規(guī)定制作，鋼管的全部豎向焊縫質(zhì)量要求達(dá)到一級焊縫質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)場水平施工焊縫允許按二級焊縫質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行驗收，鋼管進(jìn)場時應(yīng)對每根鋼管按CECS28：90中第7.2.5條驗收并作好記錄，不符合驗收標(biāo)準(zhǔn)的鋼管退回工廠校正后才能使用；本工程鋼管由（某某）公司制作，都從廠內(nèi)加工涂好防銹漆驗收合格后運到工地，再經(jīng)現(xiàn)場超聲波檢測后，對管內(nèi)再油上水泥油后再行吊裝。

2 鋼構(gòu)件進(jìn)場堆放

鋼構(gòu)件加工完畢后要在構(gòu)件上標(biāo)明編號、方向，便于工地現(xiàn)場對號安裝。

鋼構(gòu)件進(jìn)場視現(xiàn)場實際要求按區(qū)域、按順序、編號進(jìn)場。采取晚上運輸至現(xiàn)場堆放，次日吊裝就位的措施，以解決施工現(xiàn)場堆場面積緊張，無法大量構(gòu)件堆放待用的問題。

3 鋼管柱安裝

鋼管柱吊裝根據(jù)CECS28：90中第7.3.1~7.3.4條及其他相關(guān)規(guī)范的要求嚴(yán)格檢驗和驗收；鋼管柱/格構(gòu)柱與樁頭連接：樁身混凝土澆灌達(dá)-12.23米時，要停止?jié)补嗖睹娓{進(jìn)行清除，確保其高程下混凝土良好質(zhì)量。兩天后吊下M1板找中并鉆埋3ф20x250爆炸螺絲，跟著用風(fēng)鎬把樁面打花，清凈后用高強砂漿抹平在12.21后把M1板吊裝在-12.20高程（板面），用吊錘及水平尺進(jìn)行驗收。M1板是予埋樁頭用于固定鋼管的環(huán)形鋼板，板上焊有限位板。此板是經(jīng)多次改良而成的，予埋一周后，鋼管才可以吊裝，準(zhǔn)確無誤地放在樁頭中央，而孔口則以三根調(diào)節(jié)螺絲與孔壁相連，便可固定在孔之中間。格構(gòu)柱底部是支頂錐，只需在樁頂中央予埋一節(jié)短鋼管，吊裝時把頂錐放正。

吊裝完后要在樁頭上澆灌1米高的混凝土，令鋼管緊固在樁頭上。澆灌時要對稱采用兩根ф150PPC管把混凝土導(dǎo)入，并由專人到井下操作及震蕩。此作業(yè)每天只能做三幾根，混凝土需求量少，商品混凝土廠難于提供時只能自拌，只要操作遵守商品混凝土廠配料的準(zhǔn)確性，一樣能確保高標(biāo)號的混凝土強度。

鋼管柱安裝采取的一些措施及要求：

鋼管柱安裝之前先安裝M1環(huán)形鋼板定位調(diào)節(jié)螺栓，定位調(diào)節(jié)螺栓安裝用12厚木夾板，按M1環(huán)梁鋼板調(diào)兇螺栓平面尺寸鉆孔，固定調(diào)節(jié)螺栓，按柱軸線水平標(biāo)高效正后按圖紙要求上下各用3Φ25與螺栓和樁縱筋焊接后安裝M1環(huán)形鋼板，立柱中心線偏差不得超過+3mm，環(huán)形鋼板面標(biāo)高，偏差值+0.mm，-10mm,平整度+3mm。

對進(jìn)場鋼管柱經(jīng)進(jìn)行技術(shù)資料檢查，外觀幾何尺寸的檢查符合要求后才能使用。

安裝鋼管柱在-5.3m標(biāo)高安裝，場內(nèi)運輸?shù)桨惭b部位要做防護(hù)措施，防止泥漿異物污染鋼管壁內(nèi)外。

吊裝鋼管柱前先將M1環(huán)形鋼板面鋼管口封閉，防止起吊過程中異物落入管內(nèi)，在將近就位時才移走管口封閉，進(jìn)行就位安裝。

鋼管柱吊裝就位后，要立即進(jìn)行校正，在井口混凝土護(hù)壁四周用調(diào)節(jié)螺栓進(jìn)行固定，垂直度允許偏差不能大于3mm。

焊接前鋼管外壁作臨時固定聯(lián)焊，固定點的間距可以300mm左右，鋼管對接焊接過程中敗絮其中現(xiàn)點焊定位的焊微裂縫，則該微裂縫部位須全部鏟除重焊。

鋼管柱焊接應(yīng)兩人對稱同時進(jìn)行分層施焊，防止焊接過程由于溫差影響產(chǎn)生變形。

鋼管柱內(nèi)混凝土應(yīng)澆筑到距接口焊接處800mm左右即停止，避免在接口焊接時會因溫度過高而破壞鋼管柱內(nèi)混凝土的強度，在燒焊時應(yīng)對下節(jié)鋼管內(nèi)用流動水降溫以保證其溫度不會過高。

鋼管柱安裝焊接完成后，要進(jìn)行辦理驗收簽認(rèn)手續(xù)，符合要求后，雜物應(yīng)先清理干凈，鑿去表面的浮漿后才澆筑混凝土。

在施工前做好鋼管柱各項技術(shù)交底工作。

安排專業(yè)人員負(fù)責(zé)檢查鋼管柱的垂直度，如發(fā)現(xiàn)有偏差應(yīng)馬上上報并作出相應(yīng)處理。

對接焊縫采用超聲波無損檢測儀100%探傷，按超聲波檢驗等級B級執(zhí)行。產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到設(shè)計有國家標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)工程施工及驗收規(guī)范》（GBJ205-95）、《鋼結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)》（GB50221-95）的有關(guān)規(guī)定要求，并對每一構(gòu)件出廠出具合格證書、母材材質(zhì)合格證、探傷資料等。

C60高強度管內(nèi)混凝土澆筑

此工程采用了鋼管柱、格構(gòu)柱的新工藝，柱芯內(nèi)澆筑C60高強度商品混凝土。雖然C60混凝土的高強度混凝土在其他部位澆筑已有先例，但是在鋼管柱內(nèi)澆筑還有許多問題尚待進(jìn)一步研究；同時，在鋼管柱內(nèi)澆筑時，稍一不慎，將是無法補救，因而對其質(zhì)量控制要求特別嚴(yán)格；同時，高強度混凝土坍落度損失快，容易造成導(dǎo)管堵塞和混凝土振搗不密實。所以，為了確保工程質(zhì)量，從難、從嚴(yán)落實C60高強鋼管柱混凝土的各個施工環(huán)節(jié)，必須對此引起高度重視，從各方面確保工程質(zhì)量。

鋼管柱內(nèi)混凝土澆筑前應(yīng)先檢查管內(nèi)是否有積水、什物、如發(fā)現(xiàn)有積水、什物應(yīng)先清理干凈后才澆筑混凝土。

每次澆筑混凝土前應(yīng)先澆灌一層厚度為10-20mm的同混凝土標(biāo)號的水泥砂漿，以免自由下落的混凝土粗骨料產(chǎn)生彈跳。

采用商品混凝土，每車進(jìn)場的混凝土都要進(jìn)行出場單的檢查，坍落度的檢測，符合要求后才能使用，按規(guī)定要求進(jìn)行現(xiàn)場抽試件作為驗收依據(jù)。

采用立式手工澆搗法，混凝土自鋼管上口潛入，每次澆灌高度1m以下，要用插入式振動器振實，每次振動時間約30秒，每條樁要連續(xù)澆筑完成，澆筑高度至管頂內(nèi)襯管底下100mm。

在澆筑過程中要有專人用木槌敲擊鋼管，檢查是否已振搗密實，如發(fā)現(xiàn)有不免密實聲響，要即時進(jìn)行補振，確保內(nèi)混凝土密實。

加強對高強度混凝土的質(zhì)量控制的幾點注意事項

對高強度混凝土使用的主要原材料，須作嚴(yán)格控制，包括減水劑、緩凝劑等。

混凝土最重要的質(zhì)量指標(biāo)是強度，但必須要有一定的流動性才能澆筑，因此，C60混凝土的坍落度也是一個十分重要的指標(biāo)，混凝土供應(yīng)單位每班都應(yīng)進(jìn)行混凝土坍落度試驗和留樣作為站內(nèi)混凝土強度檢驗，并需在出站時測定坍落度，保證到達(dá)現(xiàn)場時坍落度不低于18±2cm?；炷恋竭_(dá)現(xiàn)場后施工單位必須進(jìn)行坍落度檢查，符合要求后才能向管內(nèi)澆筑。

為保證C60混凝土的澆筑順利進(jìn)行，避免運輸時塞車和降低混凝土水化熱的影響，鋼管柱芯的C60高強混凝土宜在夜間氣溫較低時進(jìn)行施工。

鋼管柱防火層的施工

對鋼管表面除了徹底除銹涂惻防銹漆外還需要進(jìn)行耐火層施工，確保鋼管柱達(dá)到設(shè)計耐火極限要求。原計劃采用外噴C20細(xì)石混凝土措施，但由于沒有專業(yè)隊伍施工，而且施工難度較大，后建議采用人工批砂漿方案，但效果不盡人意?，F(xiàn)經(jīng)多方商討采用人工澆筑100厚C25細(xì)石混凝土的方案。

施工程序

柱包鋼筋網(wǎng)→支木?！謱訚仓鹉Ｓ盟酀{按圓平弧→養(yǎng)護(hù)

施工方法：鋼管柱周邊墻體拉接筋和圈梁縱筋延伸至鋼管柱接牢固，原和墻體連接的拉接筋繼續(xù)保留。用Ф12@1.5m弧形（D大于柱徑80mm）開口內(nèi)箍同原鋼管柱焊點進(jìn)行點焊，相對固定即可。用Ф12@200縱筋和內(nèi)箍焊接，要求點焊，或用18#扎絲綁扎。外圍用Ф6@200螺箍和Ф縱筋扎或電焊。吊綁好50×50的30厚保護(hù)層控制塊。報驗后進(jìn)行封模，D=鋼管柱徑+200mm，柱模要求①牢固，②易拆，③每一米高開2~3個下料口。為確保成型后圓弧面，建議使用定型鋼模。分層澆筑細(xì)石混凝土，振搗①用微型震動器，②如沒有則用細(xì)竹竿反復(fù)抽插，③用小錘在周邊敲打，確?；炷撩軐崯o蜂窩麻面。④采用小型附著式震動器；確?；炷撩軐?。拆模要求不粘模，不掉塊，時間要求一般30℃以上大于兩即可。拆模后要淋水養(yǎng)護(hù)，同時要求部筋定點。盡可能早地批完砂漿，便于砂漿和細(xì)石混凝土同時固化，防止外層空鼓。保證濕潤養(yǎng)護(hù)大于等于7天。

質(zhì)量保證措施：所有需焊接處，必須采用點焊。盡可能采用人工綁扎，防止鋼管柱受熱變形，引起應(yīng)力變化。每層下料口大于等于2個，既是下料口又是觀看混凝土密實情況的觀察口。在澆筑前注意把樓面混凝土表面鑿毛。清洗干凈，保證混凝土粘結(jié)牢靠。細(xì)石混凝土必須經(jīng)過交底、試配，符合要求的專人進(jìn)行攪拌和振搗。澆筑前木模內(nèi)要進(jìn)行清洗、濕潤，然后下H=50~100的1：2砂漿作底。不管采用什么方法振搗細(xì)石混凝土，指定必須具有一定經(jīng)驗認(rèn)真負(fù)責(zé)的人用錘敲擊柱四周，以聲音確定密實程度。尤其應(yīng)注意防火細(xì)石混凝土繳筑到（梁）板底時的質(zhì)量。掌握拆模時間，適時養(yǎng)護(hù)。

鋼管混凝土柱優(yōu)點小結(jié)

此工程采用了較先進(jìn)的鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)設(shè)計，通過各施工心施工，互相配合，共同努力攻克了不少難關(guān)，達(dá)到了預(yù)期的效果！通過該工程中鋼管柱的使用，總結(jié)在高層建筑中，鋼管混凝土的特征與優(yōu)勢如下：

鋼管混凝土柱的抗壓和抗剪承載力高，而且鋼柱比混凝土柱大大減少截面，擴大了建筑物的使用空間和面積；這對于商業(yè)黃金地段的建設(shè)投資是一個巨大的經(jīng)濟回報。

本工程設(shè)計是以建筑物的鋼柱及基礎(chǔ)兼作為三層地下室逆作法施工時各層樓蓋（兼作水平支撐）的豎向支承構(gòu)件，以滿足負(fù)荷及整個支撐系統(tǒng)的要求，可節(jié)省大量臨時豎撐和基礎(chǔ)的工程量。

鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)的運用，解決了不少普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)難以處理的問題，如：大懸臂鋼梁；梁上種柱，不需做大混凝土承臺。

柱子截面減小，自重減小，有利于結(jié)構(gòu)抗震；減輕了地基承受的荷載，相應(yīng)降低了地基基礎(chǔ)造價；鋼管混凝土柱內(nèi)的混凝土可大量吸收熱能，其耐火性優(yōu)于鋼柱；鋼管混凝土具有的核心混凝土三向受壓特性，利于高強度混凝土安全可靠地推廣應(yīng)用。

提高標(biāo)準(zhǔn)化，工廠化生產(chǎn)的程度，以達(dá)到高質(zhì)量、高速度的目的。

由于鋼管混凝土柱具有承載力高、抗震性能好、節(jié)約鋼材和施工簡捷等突出優(yōu)點，相信在高層和超高層建筑中將得到日益廣泛的應(yīng)用。

[1]麥細(xì)萍.鋼管混凝土柱施工方案的探討[J].經(jīng)營管理者,2009-07-05.