鋼管混凝土頂升作業(yè)監(jiān)理控制措施

李宗文+薛鋒

摘 要：闡述了鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的變電站構(gòu)架泵送頂升混凝土作業(yè)的特點(diǎn)及難點(diǎn)、監(jiān)理控制措施，主要把施工前的方案審查、構(gòu)架的進(jìn)場(chǎng)驗(yàn)收、自密實(shí)混凝土的質(zhì)量控制、構(gòu)架污染控制、應(yīng)急處置、質(zhì)量檢查及缺陷處理等作為監(jiān)理的控制重點(diǎn)，以期為鋼管混凝土頂升作業(yè)和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理提供參考。

關(guān)鍵詞：鋼管混凝土；頂升作業(yè)；監(jiān)理；控制措施

1 鋼管混凝土構(gòu)架概況

某變電站750KV屋外配電裝置區(qū)構(gòu)架柱采用A型鋼管混凝土柱，鋼管內(nèi)混凝土待所有構(gòu)架吊裝完成后，采用泵送頂升法澆筑自密實(shí)混凝土，混凝土最大頂升高度42m。變電站構(gòu)架采用鋼管混凝土結(jié)構(gòu)及泵送頂升法澆筑鋼管混凝土在我國(guó)輸變電領(lǐng)域尚屬首次。

該750KV構(gòu)架需采取泵送頂升法灌注混凝土的構(gòu)架柱，主要有（直徑m×壁厚mm×高度m）：0.6×8×42、0.63×10×42、0.3×6×27三種規(guī)格。構(gòu)架柱采用Q345B鋼板卷制而成，縱向焊縫采用全熔透坡口對(duì)接焊縫，焊縫質(zhì)量等級(jí)要求為一級(jí)。

2 混凝土頂升作業(yè)的特點(diǎn)及難點(diǎn)

2.1 混凝土性能要求高

泵送頂升澆筑混凝土需要采用自密實(shí)混凝土，性能要求如下：

（1）自密實(shí)性：澆筑時(shí)不振搗，混凝土凝結(jié)硬化后密實(shí)良好。

（2）微膨脹性：補(bǔ)償混凝土硬化過程中的收縮，確保鋼管和混凝土形成整體受力構(gòu)件。

（3）初凝時(shí)間：保證混凝土在整個(gè)施工過程中始終保持良好的流動(dòng)狀態(tài)。

（4）抗離析性：確?；炷猎诒霉苤胁磺舵i堆積而產(chǎn)生堵管現(xiàn)象，不導(dǎo)致鋼管中混凝土分層形成局部薄弱層。

混凝土拌合物需要滿足的指標(biāo)多，如果各項(xiàng)性能達(dá)不到要求，混凝土頂升作業(yè)就不可能完成或頂升完畢后的鋼管混凝土質(zhì)量達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。

2.2 構(gòu)架鋼管焊縫現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收難度大

需頂升混凝土的750kV構(gòu)架鋼管柱焊縫達(dá)3500m，焊縫檢查量大；進(jìn)場(chǎng)驗(yàn)收時(shí)只能驗(yàn)收焊縫的表面缺陷不具備現(xiàn)場(chǎng)探傷手段，對(duì)于焊縫的內(nèi)部缺陷和鋼管原材料只能通過出廠保證資料進(jìn)行核對(duì)。

焊縫局部存在缺陷的部位，其抗拉強(qiáng)度將小于其母材抗拉強(qiáng)度，在混凝土頂升過程中該部位有引起焊縫爆裂的風(fēng)險(xiǎn)。

2.3 泵送混凝土所用設(shè)備選擇計(jì)算復(fù)雜

混凝土泵的選擇要考慮多種因素，其荷載的取值既有經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)也有理論數(shù)據(jù)，既有材料力學(xué)計(jì)算也有流體力學(xué)計(jì)算。泵的壓力過小混凝土就不可能頂升至鋼管頂部，泵的壓力過大頂升過程中有可能混凝土對(duì)鋼管壁的壓強(qiáng)大于鋼管的抗拉強(qiáng)度則引起鋼管爆裂。

2.4 溢出的混凝土污染構(gòu)架

構(gòu)架泵送頂升澆筑混凝土?xí)r，第一次頂滿后需要復(fù)頂?shù)诙?，觀察到混凝土從溢流管中溢出，停泵時(shí)已有大量的混凝土噴出溢流管，噴出的混凝土從42m的高空噴灑將污染大面積的構(gòu)架，清理工作量將非常大且困難。

2.5 質(zhì)量檢查及缺陷處理復(fù)雜

混凝土不密實(shí)或者混凝土與鋼管壁結(jié)合不緊密是鋼管混凝土容易產(chǎn)生的缺陷，鋼管混凝土現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量檢測(cè)主要靠敲擊聽聲音辨別是否存在缺陷及缺陷程度。

質(zhì)檢人員檢查經(jīng)驗(yàn)少，往往對(duì)頂升完畢的混凝土不能全部檢查或者檢查判斷不準(zhǔn)確；檢查的時(shí)機(jī)掌握不準(zhǔn)確，在混凝土干縮未停止前進(jìn)行檢查時(shí)沒有脫黏的區(qū)域隨著干縮的不斷發(fā)展，可能發(fā)生混凝土與鋼管結(jié)合不緊密的情況。

鋼管混凝土局部不密實(shí)需要在管壁上鉆孔焊鋼管嘴，注漿后切除鋼管嘴，并將鉆孔補(bǔ)焊封固。該作業(yè)需要高空多工種配合，工作難度大。

2.6 頂升過程中的應(yīng)急處置不及時(shí)

鋼管混凝土采用泵送頂升混凝土澆筑是一項(xiàng)新的工藝，施工及應(yīng)急處置經(jīng)驗(yàn)相對(duì)較少，一旦需要應(yīng)急處置時(shí)需要在混凝土初凝前處置完畢。這就要求操作及指揮人員熟悉處置流程，同時(shí)，施工前準(zhǔn)備好應(yīng)急物資及設(shè)備。

3 監(jiān)理控制措施

3.1 施工方案審查

除了一般施工方案審查內(nèi)容，根據(jù)鋼管混凝土泵送頂升作業(yè)的特點(diǎn)及難點(diǎn)，監(jiān)理主要應(yīng)對(duì)以下內(nèi)容進(jìn)行審查。

3.1.1 溢流管安裝、質(zhì)量檢查、缺陷處理等作業(yè)均需高空進(jìn)行，核查需要高空作業(yè)的各崗位人員是否具有高空作業(yè)資格。

3.1.2 混凝土運(yùn)輸車輛組織是否充分考慮了運(yùn)輸距離、移泵時(shí)間、單根鋼管混凝土量等因素，應(yīng)確保滿足連續(xù)施工的需求。

3.1.3 泵車選型過程中，荷載取值及滿足條件驗(yàn)算是否準(zhǔn)確、全面。以頂升高度42m，直徑600mm，壁厚8mm構(gòu)架柱為例，泵車型號(hào)選擇時(shí)應(yīng)滿足以下三個(gè)條件。

（1）混凝土頂升至42m高度時(shí)鋼管底部混凝土對(duì)鋼管壁的拉應(yīng)力？滓t，max應(yīng)小于鋼材的設(shè)計(jì)抗拉強(qiáng)度。

混凝土頂升至42m高度所需要的壓力P1：

垂直靜壓力+構(gòu)架鋼管內(nèi)的粘結(jié)阻力+混凝土的沿程壓力損失。

混凝土垂直靜壓力，將混凝土輸送至鋼管頂部時(shí)的最小壓力C為：

C=P+？籽gh+■？籽v2

式中：v為該點(diǎn)流體的流速，？籽為液體密度，g為重力加速度，h為該點(diǎn)所在高度。

混凝土頂升過程中在鋼管內(nèi)呈“泉涌狀”上升，假設(shè)混凝土上升至管頂時(shí)的流速：v=0.008m/s，高度：h=42m，密度：？籽=2.4×103kg/m3，重力加速度為：g=9.8N/kg，外力對(duì)其產(chǎn)生的壓強(qiáng)：P=0MPa。

則：C=0+2.4×103×9.8×42+■×2.4×103×0.0082=0.99MPa

混凝土頂升至最大高度42m時(shí)鋼管底部側(cè)壁拉應(yīng)力：

通過驗(yàn)算混凝土頂升至42m高度時(shí)，其對(duì)鋼管壁的側(cè)向拉應(yīng)力小于鋼材的設(shè)計(jì)抗拉強(qiáng)度。

（2）所選用的混凝土泵的最小壓力P應(yīng)能把混凝土頂升至42m高度。

混凝土輸送泵分配閥損失0.05MPa，混凝土泵內(nèi)損3.0MPa，安全輸送系數(shù)取1.2，則總壓力為：

P=（1.47+0.1+0.6+0.05+3）×1.2=6.264MPa

即所選擇混凝土泵最小壓力應(yīng)不小于6.264MPa。

（3）所選用的混凝土泵達(dá)到最大壓力P時(shí)，應(yīng)保證構(gòu)架鋼管內(nèi)混凝土對(duì)鋼管側(cè)壁的拉應(yīng)力？滓t，max小于構(gòu)架鋼管鋼材的設(shè)計(jì)抗拉強(qiáng)度，不至于破壞構(gòu)架鋼管。

？滓t，max按焊縫設(shè)計(jì)值310MPa取值，

算得：P=8.37MPa。

為安全起見，假設(shè)混凝土泵內(nèi)壓力無損失，則混凝土泵最大壓力為8.37MPa。

故選擇泵的理論輸送壓力不小于6.252MPa，不得大于8.37MPa。

3.1.4 溢流管的設(shè)置是否滿足以下功能及要求：鋼管內(nèi)混凝土向上頂升時(shí)空氣外排，混凝土頂升至鋼管頂部溢出的混凝土被導(dǎo)流而不污染構(gòu)架，混凝土從溢流管溢出時(shí)構(gòu)架柱內(nèi)已灌滿混凝土，溢流管的截面積不得小于進(jìn)料口截面積（避免混凝土頂滿瞬間混凝土不能排出管外管內(nèi)壓力激增爆管）。

3.1.5 進(jìn)料口的設(shè)置是否便于操作和混凝土上涌。進(jìn)料口設(shè)在構(gòu)架底部，控制混凝土單向進(jìn)入構(gòu)架鋼管內(nèi)，在鋼管內(nèi)部應(yīng)與鋼管平行以有利于混凝土上涌；在頂滿混凝土后承壓情況下可以方便的關(guān)閉進(jìn)止閥防止倒流。

3.1.6 泵車的布置是否合理。泵車的布置應(yīng)盡量縮短水平導(dǎo)管的長(zhǎng)度、減少?gòu)濐^數(shù)量、方便接管、便于移動(dòng)且停放在平整的場(chǎng)地上。

3.1.7 是否做好了泵送頂升過程中突發(fā)事件的應(yīng)急處置措施及所需物資的準(zhǔn)備。

3.2 構(gòu)架進(jìn)場(chǎng)驗(yàn)收控制

構(gòu)架進(jìn)場(chǎng)時(shí)應(yīng)對(duì)以下內(nèi)容進(jìn)行驗(yàn)收：進(jìn)料口、溢流管的型式、尺寸是否符合方案要求；焊縫質(zhì)量是否滿足設(shè)計(jì)要求及規(guī)范規(guī)定；構(gòu)架加工原材料是否符合設(shè)計(jì)要求。監(jiān)理驗(yàn)收采取了以下控制措施：提前熟悉施工方案、設(shè)計(jì)文件及相應(yīng)的規(guī)范文件；檢查實(shí)體的同時(shí)核查原材料質(zhì)量證明文件、焊縫探傷報(bào)告等，核查所采用的原材料、探傷結(jié)果是否符合要求；對(duì)于雖然探傷報(bào)告合格，但表面有裂紋、焊瘤、氣孔、夾渣、弧坑、未焊滿、根部收縮等缺陷，明顯不符合一級(jí)焊縫要求的焊縫，廠家現(xiàn)場(chǎng)處理后重新探傷，探傷合格后方準(zhǔn)進(jìn)場(chǎng)。

3.3 自密實(shí)混凝土質(zhì)量控制

自密實(shí)混凝土是指具有高流動(dòng)性、均勻性和穩(wěn)定性，澆筑時(shí)無需外力振搗，能夠在自重作用下流動(dòng)并充滿模板空間的混凝土。

3.3.1 施工準(zhǔn)備階段混凝土質(zhì)量控制措施

（1）原材料質(zhì)量監(jiān)理控制

自密實(shí)混凝土對(duì)砂、石子等骨料質(zhì)量要求嚴(yán)格，應(yīng)進(jìn)行見證取樣試驗(yàn)，確保砂、石質(zhì)量滿足《自密實(shí)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》（J/GJT 283-2012）的規(guī)定。

（2）混凝土施工周期較長(zhǎng)

為避免聚羧酸減水劑的羧基與鐵離子發(fā)生絡(luò)合作用影響減水劑性能，應(yīng)經(jīng)常檢查減水劑是否放在鐵質(zhì)容器內(nèi)。

（3）混凝土攪拌站監(jiān)理控制

自密實(shí)混凝土對(duì)原材料的計(jì)量要求精確，監(jiān)理項(xiàng)目部應(yīng)對(duì)攪拌站的生產(chǎn)資質(zhì)、計(jì)量認(rèn)證、試驗(yàn)儀器的檢定報(bào)告、試驗(yàn)人員上崗證、試驗(yàn)室資質(zhì)等進(jìn)行審核，并實(shí)地考察其生產(chǎn)、管理水平。

（4）配合比設(shè)計(jì)監(jiān)理控制

自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)應(yīng)經(jīng)過：計(jì)算得出的初始配合比，初始配合比基礎(chǔ)上調(diào)整得出基準(zhǔn)配合比，強(qiáng)度、耐久性復(fù)核后的設(shè)計(jì)配合比三個(gè)階段最后得出設(shè)計(jì)配合比。

（5）組織澆筑工藝試驗(yàn)

所有準(zhǔn)備工作完成后，監(jiān)理應(yīng)組織施工、構(gòu)架廠家、設(shè)計(jì)等有關(guān)單位進(jìn)行澆筑工藝試驗(yàn)。驗(yàn)證：所選泵車的型號(hào)是否準(zhǔn)確，混凝土的各項(xiàng)性能是否滿足要求，按此工藝施工的工程質(zhì)量是否滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求等。

3.3.2 泵送頂升過程中混凝土質(zhì)量控制

（1）混凝土出廠溫度控制

該工程位于茫茫的戈壁灘上太陽(yáng)直射溫度可以達(dá)到60多度?；炷涟韬衔餃囟仍?5度時(shí)，其坍落擴(kuò)展度損失達(dá)到50mm/10min，隨著溫度的升高坍落擴(kuò)展度損失速度更快。為控制運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)的混凝土合格，監(jiān)理要求施工項(xiàng)目部采取措施降低混凝土拌合物溫度出口，監(jiān)理人員測(cè)量每一車混凝土出廠溫度不得超過20度。

（2）混凝土進(jìn)場(chǎng)后的監(jiān)理檢查

對(duì)運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)的每一車混凝土進(jìn)行坍落擴(kuò)展度、坍落擴(kuò)展時(shí)間（T500）等性能檢驗(yàn)，檢測(cè)合格后現(xiàn)場(chǎng)簽署《澆灌通知單》同意施工。

3.4 溢出的混凝土污染構(gòu)架防治措施

澆筑工藝試驗(yàn)過程中，暴露出原設(shè)計(jì)溢流管不能有效避免構(gòu)架被污染的問題，監(jiān)理部在多次實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，要求施工項(xiàng)目部采取以下措施：在原溢流管的基礎(chǔ)上加塑料軟管將溢出的混凝土導(dǎo)流至接收容器；要求專人觀察溢流孔，混凝土溢出后及時(shí)停泵；對(duì)于少量的被污染構(gòu)架，初凝前要求及時(shí)派高空作業(yè)人員進(jìn)行清理。

通過采取以上措施，有效避免了溢出的混凝土污染構(gòu)架的問題。

3.5 鋼管混凝土驗(yàn)收及缺陷處理控制

鋼管混凝土的驗(yàn)收工作量大且為高空作業(yè)，混凝土的干縮在一定的時(shí)間內(nèi)會(huì)持續(xù)，檢查人員經(jīng)驗(yàn)欠缺。這些客觀因素不利于質(zhì)量檢查，對(duì)此監(jiān)理項(xiàng)目部采取了如下措施：

（1）監(jiān)理人員做模擬檢查試驗(yàn)，對(duì)試驗(yàn)用的鋼管混凝土敲擊聽聲音，在不同的聲音部位做不同的標(biāo)記，剖開驗(yàn)證缺陷情況，以積累、總結(jié)檢查經(jīng)驗(yàn)。

（2）監(jiān)理項(xiàng)目部準(zhǔn)確記錄混凝土施工日期，在14天后混凝土收縮基本停止時(shí)再進(jìn)行檢查。

對(duì)于鋼管柱內(nèi)混凝土局部脫空、不密實(shí)面積大于40cm2的缺陷需進(jìn)行壓力灌漿處理，在處理過程中主要控制以下幾點(diǎn)：

（1）全面性檢查：對(duì)施工項(xiàng)目部報(bào)驗(yàn)的自檢合格構(gòu)架，監(jiān)理項(xiàng)目部進(jìn)行全面檢查，尤其是法蘭、柱頂、橫撐等節(jié)點(diǎn)部位。

（2）規(guī)范性檢查：對(duì)于需要開孔灌漿的局部脫空區(qū)域，嚴(yán)格檢查其開孔距離、所灌漿的比例、溢漿情況、封堵及防腐處理，必須按批準(zhǔn)的方案進(jìn)行。

（3）有效性檢查：處理完畢施工項(xiàng)目部自檢合格后需再次報(bào)驗(yàn)，監(jiān)理人員檢查無空鼓、脫空后方視為處理完畢。

3.6 混凝土頂升的應(yīng)急處置控制

（1）要求施工項(xiàng)目部開展應(yīng)急處置演練。針對(duì)泵送頂升混凝土作業(yè)可能出現(xiàn)的堵管、頂升困難等事件的處理措施，監(jiān)理項(xiàng)目部要求進(jìn)行應(yīng)急處置演練。通過演練驗(yàn)證：應(yīng)急物資是否齊全，應(yīng)急處置措施是否得當(dāng)，應(yīng)急人員操作是否熟練。

（2）監(jiān)理人員在泵送頂升混凝土前先檢查應(yīng)急物資、設(shè)備、人員的準(zhǔn)備情況，所有應(yīng)急準(zhǔn)備齊備后，方允許泵送頂升混凝土開始施工。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過采取方案審查、構(gòu)架進(jìn)場(chǎng)驗(yàn)收、混凝土質(zhì)量控制、混凝土泵選型、應(yīng)急處置演練、質(zhì)量檢查及缺陷處理等控制措施，有效保證了構(gòu)架混凝土的頂升質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

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[3]GB50666-2011.混凝土結(jié)構(gòu)工程施工規(guī)范[S].

[4]GB50628-2010.鋼管混凝土結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S].

作者簡(jiǎn)介：李宗文（1974-），男，山東濟(jì)南，工程師，本科，研究方向：土木工程。

薛鋒（1986-），男，山東濟(jì)南，助理工程師，本科，研究方向：土木工程。