闡述超高層鋼管柱高拋?zhàn)悦軐?shí)砼施工技術(shù)

沈育龍 丁恩亮 楊統(tǒng)元

上海寶冶集團(tuán)有限公司 上海 201900

前言

自密實(shí)混凝土是于20世紀(jì)80年代首先在日本發(fā)明和應(yīng)用的，而后推廣至歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家，進(jìn)而傳入我國(guó)。這一概念最早由日本學(xué)者Okamum于1986年提出，該混凝土能夠在自重作用下，均勻、密實(shí)地填充至試?？臻g，而且不發(fā)生離析，因此在成型過程中不需要振搗，減小噪音，減少環(huán)境污染，給施工帶來方便，給周圍居民帶來安寧和諧的環(huán)境。

近20年來，鑒于自密實(shí)混凝土的優(yōu)越性，自密實(shí)混凝土的研究與應(yīng)用實(shí)踐在世界范圍內(nèi)廣泛展開，但是在我國(guó)，由于高效減水劑的開發(fā)較晚，自密實(shí)混凝土的研究時(shí)間也較短，在實(shí)際工程中未得到廣泛運(yùn)用。

1 工程概況

武漢某超高層項(xiàng)目由一棟塔樓及裙樓組成，地下3層，塔樓地上46層，裙房地上7層，總建筑面積為119243.5m2，建筑高度為229.1m，標(biāo)準(zhǔn)層層高為4.15m。

主樓結(jié)構(gòu)采用“圓鋼管混凝土柱、鋼梁-鋼筋混凝土核心筒”混合結(jié)構(gòu)體系，鋼管柱共20根，自下而上外徑依次為Ф1500mm、Ф1400mm、Ф1300mm、Ф1200mm、Ф1100mm、Ф1000mm?；炷恋燃?jí)從C60到C40。

根據(jù)施工安排，每根鋼管柱按2～3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)層高分節(jié)加工，即每節(jié)鋼管柱高度為8.3～12.5m，如采用一般的混凝土施工，混凝土易產(chǎn)生離析且振搗不易，無法保證混凝土施工質(zhì)量，設(shè)計(jì)采用自密實(shí)混凝土[1]。

圖1 塔樓標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)軸側(cè)示意圖

2 試驗(yàn)原因

為完善市場(chǎng)上鋼管柱自密實(shí)砼使用率不高、施工工藝不成熟、商砼站供應(yīng)質(zhì)量不可控、超高層建筑在鋼管柱自密實(shí)砼質(zhì)量驗(yàn)收方法的針對(duì)性不足等情況，也為下一步現(xiàn)場(chǎng)和商砼站鋼管柱自密實(shí)砼施工提供可操作的針對(duì)性指導(dǎo)意見，確保自密實(shí)砼施工質(zhì)量[2]，選取標(biāo)準(zhǔn)節(jié)Ф1300×28mm的第一節(jié)鋼管柱（高度6m，標(biāo)準(zhǔn)層高為4.15m，加上標(biāo)準(zhǔn)層的2個(gè)節(jié)點(diǎn)各1m）進(jìn)行1:1鋼管柱自密實(shí)砼高拋施工模擬試驗(yàn)，混凝土等級(jí)C60。

圖2 -1 試驗(yàn)鋼管柱

圖2 -2 鋼管柱橫斷面

3 施工準(zhǔn)備

3.1 人員準(zhǔn)備

現(xiàn)場(chǎng)成立以項(xiàng)目經(jīng)理為組長(zhǎng)的混凝土澆筑檢查領(lǐng)導(dǎo)小組，下轄工長(zhǎng)、質(zhì)檢員、技術(shù)員、試驗(yàn)員、測(cè)量員，全程跟蹤檢查混凝土澆筑，收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

勞動(dòng)力組織砼工4人、吊車司機(jī)1人、信號(hào)工1人、司索工1人、鋼構(gòu)加工10人。

3.2 材料準(zhǔn)備

試驗(yàn)工具：相應(yīng)數(shù)量的混凝土抗壓、小型振動(dòng)臺(tái)和坍落度試驗(yàn)設(shè)備（坍落度桶、試模、卷尺等）、標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱、1m3吊斗（下口帶開關(guān)）等。實(shí)驗(yàn)鋼管柱選取一段標(biāo)準(zhǔn)節(jié)作為實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

表3 .2 材料計(jì)劃表

3.3 基礎(chǔ)準(zhǔn)備

鋼柱安裝前，應(yīng)先制作試驗(yàn)柱基礎(chǔ)?；A(chǔ)大小為2m×2m×1.5m，并根據(jù)圖紙預(yù)埋地腳螺栓。基礎(chǔ)底面和表面均設(shè)置一層C16@200的鋼筋。混凝土基礎(chǔ)采用C30加早強(qiáng)劑。

鋼管柱長(zhǎng)度6m，混凝土密度2400kg/m3。

實(shí)驗(yàn)鋼管柱自重7.4 9 9噸，管內(nèi)混凝土自重3.14×0.652×6×2.4=19.1t。

C30混凝土設(shè)計(jì)值14.3MPa＞（7.499+19.1）×10/（3.14×0.652）=0.20MPa，滿足要求。

圖3 基礎(chǔ)配筋圖

圖3 .3 試驗(yàn)柱安裝前調(diào)平

3.4 操作平臺(tái)準(zhǔn)備

圖3 .4-1 操作平臺(tái)立面圖

圖3 .4-2 操作平臺(tái)平面圖

試驗(yàn)柱周邊應(yīng)按要求用鋼管搭設(shè)操作平臺(tái)。如上圖所示。操作平臺(tái)高度不宜低于12.65m，上面鋪設(shè)腳手板。并設(shè)置剛網(wǎng)片及踢腳板，踢腳板高度不小于200mm。操作平臺(tái)四邊搭設(shè)斜撐固定。斜撐角度45°～60°之間[3]。

圖7 完成的操作平臺(tái)

4 自密實(shí)混凝土拌制和運(yùn)輸

原材料品種與規(guī)格對(duì)自密實(shí)混凝土的施工性能影響非常大，嚴(yán)格控制原材料的品種與規(guī)格是確保自密實(shí)混凝土施工質(zhì)量的前提。為了保證自密實(shí)混凝土生產(chǎn)質(zhì)量，滿足現(xiàn)場(chǎng)施工要求，對(duì)原材料品種及質(zhì)量做一定要求。

4.1 粗骨料

骨料粒徑要求嚴(yán)格，骨料的粒徑對(duì)屈服剪應(yīng)力影響最大，粒徑越大，配制出來的混凝土的屈服剪應(yīng)力越大，粗骨料的最大粒徑應(yīng)為20mm，實(shí)驗(yàn)選用的是陽(yáng)新5～16mm青石。含泥量與泥塊含量滿足混凝土設(shè)計(jì)施工規(guī)范要求，具體指標(biāo)如下：

表4 .1 粗骨料檢測(cè)指標(biāo)

4.2 細(xì)骨料

根據(jù)試配結(jié)果，細(xì)骨料采用岳陽(yáng)中砂，檢測(cè)指標(biāo)接近試配用細(xì)骨料，河砂中需篩除大于5mm的卵石，含泥量與泥塊含量滿足自密實(shí)混凝土設(shè)計(jì)施工規(guī)范要求，具體指標(biāo)如下：

表4 .2 細(xì)骨料檢測(cè)指標(biāo)

4.3 水泥

采用亞東P.O42.5水泥，水泥進(jìn)場(chǎng)后要進(jìn)行取樣檢測(cè)，檢測(cè)指標(biāo)必須滿足混凝土設(shè)計(jì)施工規(guī)范要求；水泥入罐溫度不得超過60℃，具體指標(biāo)如下：

表4 .3 水泥檢測(cè)指標(biāo)

4.4 硅灰

硅灰采用朗天硅灰改善混凝土的和易性，提高自密實(shí)混凝土的勻致性和自密實(shí)性能，自密實(shí)混凝土生產(chǎn)時(shí)硅灰的檢驗(yàn)指標(biāo)不低于混凝土試配時(shí)用硅灰檢驗(yàn)指標(biāo)，具體情況如下：

表4 .4 硅灰檢驗(yàn)指標(biāo)

4.5 粉煤灰

粉料采用麻城電廠生產(chǎn)的Ⅰ級(jí)粉煤灰，檢測(cè)指標(biāo)有細(xì)度、燒失量、需水量，檢測(cè)指標(biāo)宜接近試配材料指標(biāo)，詳細(xì)指標(biāo)如下：

表4 .5 粉煤灰檢驗(yàn)指標(biāo)

4.6 外加劑

外加劑采用中建聚羧酸高效減水劑，減水率要求大，具有良好的工作性保持能力，外加劑需和水泥具有良好的適應(yīng)性，根據(jù)所用的水泥選擇適合的外加劑。

自密實(shí)混凝土生產(chǎn)用每批次原材料進(jìn)場(chǎng)后，由試驗(yàn)室對(duì)原材料性能進(jìn)行檢測(cè)，依據(jù)檢測(cè)結(jié)果評(píng)定原材料是否可以用于自密實(shí)混凝土生產(chǎn)。

本工程混凝土采用商品混凝土，性能等級(jí)為SF1級(jí)，澆筑前應(yīng)提前通知攪拌站根據(jù)原材料和混凝土等級(jí)進(jìn)行自密實(shí)混凝土的試配，確定配合比，以下是C60配合比，坍落度為240±20mm。

表7 自密實(shí)砼C60配合比（單位:kg/m3）

鋼管自密實(shí)混凝土結(jié)構(gòu)要求澆筑硬化后的混凝土與鋼管壁結(jié)合緊密。要求采取降低自密實(shí)混凝土收縮變形的措施。

4.7 運(yùn)輸

混凝土運(yùn)輸采用小容量混凝土攪拌運(yùn)輸車運(yùn)輸，并做好防曬防凍措施。自密實(shí)混凝土運(yùn)輸過程中保持勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，速度控制在3r/min～5r/min,并嚴(yán)禁向車內(nèi)加水。運(yùn)輸車從開始接料到卸料，時(shí)間不得大于120min。卸料前保持運(yùn)輸車罐體高速旋轉(zhuǎn)20s以上。自密實(shí)混凝土的供應(yīng)速度應(yīng)保證澆筑作業(yè)的連續(xù)性[4]。

5 混凝土澆筑

本實(shí)驗(yàn)混凝土澆筑采用高拋法施工。采用汽車吊吊裝料斗（后續(xù)的正式施工采用塔吊吊裝），混凝土采用自密實(shí)C60。

澆筑前鋼管柱安裝完做好交接，柱底內(nèi)焊渣、鐵銹等垃圾應(yīng)清理干凈。試驗(yàn)柱軸線、垂直度偏差應(yīng)符合要求，且試驗(yàn)柱須固定牢固，并用鋼管搭設(shè)斜撐支撐牢靠。

澆筑前對(duì)砼坍落度、擴(kuò)展度等性能進(jìn)行檢測(cè)，并做好詳細(xì)記錄。目測(cè)自密實(shí)砼無骨料堆積、泌水、離析現(xiàn)象。澆筑自密實(shí)混凝土?xí)r，現(xiàn)場(chǎng)有專人進(jìn)行監(jiān)控。

當(dāng)運(yùn)抵現(xiàn)場(chǎng)的混凝土坍落度擴(kuò)展度低于550mm時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)不得使用。自密實(shí)性能不滿足要求時(shí)，可加入適量與原配合比相同成分的外加劑。外加劑加入后，運(yùn)輸車罐筒應(yīng)快速旋轉(zhuǎn)。外加劑參量和運(yùn)輸車罐筒旋轉(zhuǎn)時(shí)間應(yīng)通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

吊重計(jì)算：料斗1m3，自重0.5t。料斗自重+混凝土重=0.5+1×2.4（混凝土密度）=2.9t。查25噸QY25A汽車吊性能表，工作幅度10m、臂長(zhǎng)17.6m時(shí)，起重量6.38t，滿足要求。料斗下口設(shè)置開關(guān)，方便混凝土下料。

高溫施工時(shí)，自密實(shí)混凝土入模溫度不宜超過35℃；冬季施工時(shí)自密實(shí)混凝土入模溫度不低于5℃，在降雨降雪期間不宜露天澆筑混凝土。

混凝土分層澆筑，每層澆筑厚度控制在500mm左右。上下層混凝土澆筑的間隔時(shí)間不能超過混凝土的初凝時(shí)間。

本工程實(shí)際混凝土拋落高度達(dá)到12m，超過規(guī)范允許最大傾落高度9m，設(shè)置4m長(zhǎng)串筒輔助混凝土澆筑，使串筒出口距澆筑面小于9m。

圖5 -3 自密實(shí)混凝土澆筑

自密實(shí)混凝土澆筑時(shí)宜避開高溫時(shí)段澆筑。澆筑時(shí)水分蒸發(fā)速率過快時(shí)，在施工作業(yè)面采取擋風(fēng)、遮陽(yáng)等措施[5]。

6 質(zhì)量要求

（1）混凝土工程施工須符合現(xiàn)行國(guó)標(biāo)GB50204-2015的要求。

（2）混凝土自密實(shí)性能指標(biāo)檢驗(yàn)應(yīng)包括坍落擴(kuò)展度和T500擴(kuò)展時(shí)間，塌落擴(kuò)展度控制在550～655mm之間，T500擴(kuò)展時(shí)間大于等于2s。其他自密實(shí)性能指標(biāo)檢驗(yàn)及頻率按合同規(guī)定進(jìn)行。

（3）出廠坍落擴(kuò)展度和T500擴(kuò)展時(shí)間檢驗(yàn)時(shí)，同配合比的混凝土檢驗(yàn)不應(yīng)少于1次。

（4）進(jìn)場(chǎng)時(shí)的自密實(shí)混凝土坍落擴(kuò)展度和T500擴(kuò)展時(shí)間檢驗(yàn)頻率應(yīng)與強(qiáng)度檢驗(yàn)頻率一致。

（5）實(shí)測(cè)坍落擴(kuò)展度應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，混凝土拌和物不得發(fā)生外沿泌漿和中心骨料堆積現(xiàn)象。

（6）砼強(qiáng)度試件制作：將混凝土攪拌均勻后直接倒入試模內(nèi)，不得使用振動(dòng)臺(tái)和插搗方法成型。試塊的留置參照《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》GB50204-2015。

（7）嚴(yán)禁混凝土攪拌車在施工現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)加水。

（8）澆筑過程中，要隨時(shí)注意觀察鋼管柱是否變形、傾倒，確保試驗(yàn)柱垂直度偏差符合要求[6]。

7 混凝土檢測(cè)

混凝土齡期達(dá)到60天后或累計(jì)溫度達(dá)到600℃天后進(jìn)行檢測(cè)，驗(yàn)證混凝土質(zhì)量是否符合設(shè)計(jì)要求。

（1）可以用敲擊鋼管的方法進(jìn)行初步檢查。

（2）超聲波進(jìn)行檢測(cè)。

（3）標(biāo)養(yǎng)試塊檢測(cè)。標(biāo)養(yǎng)試塊留置6組。

（4）鉆芯取樣檢測(cè)。混凝土齡期達(dá)到60天或累計(jì)溫度達(dá)到600℃天后，鉆芯檢測(cè)混凝土強(qiáng)度。鉆芯部位應(yīng)抽取不易填充密實(shí)的部位和有代表性的部位。本實(shí)驗(yàn)抽取部位見下圖。

圖7 -1 同條件試塊留置

圖7 -2 標(biāo)養(yǎng)試塊留置

圖7 -3 鋼管柱取樣立面圖

圖7 -4 鋼管柱取樣剖面圖

8 檢測(cè)結(jié)果

主要進(jìn)行超聲波檢測(cè)與鉆芯取樣，具體檢測(cè)項(xiàng)目如下：

表8 自密室混凝土檢測(cè)項(xiàng)目

8.1 超聲波檢測(cè)

超聲波檢測(cè)經(jīng)過分析，本次所檢測(cè)各檢測(cè)剖面的每一測(cè)點(diǎn)聲速、波幅均未超過臨界值（Cv＜5）；混凝土均勻性等級(jí)為A級(jí)，完整性結(jié)果為I類。

8.2 豎向鉆芯檢測(cè)

豎向鉆芯共檢測(cè)3個(gè)截面，本次檢測(cè)3個(gè)截面編號(hào)為（L1、L2、L3），芯樣完整連續(xù)，粗細(xì)骨料均勻，膠結(jié)較好，表面僅見輕微氣泡，柱長(zhǎng)與提供長(zhǎng)度相同，砼強(qiáng)度代表值滿足C60的設(shè)計(jì)要求，混凝土與鋼板交接處光滑平整。

圖8 .2-1 豎向鉆芯取樣

圖8 .2-3 豎向鉆芯樣本

8.3 橫向鉆芯檢測(cè)

橫向鉆芯共檢測(cè)5個(gè)截面，本次檢測(cè)5個(gè)截面編號(hào)為（H1、H2、H3、H4、H5），砼強(qiáng)度代表值滿足C60的設(shè)計(jì)要求，混凝土與鋼板交接處光滑平整。

圖8 .3-1 橫向鉆芯取樣

圖8 .3-2 橫向鉆芯樣本

8.4 混凝土芯樣強(qiáng)度

表8 .4 混凝土芯樣抗壓強(qiáng)度匯總表

從表中可知，C60自密實(shí)混凝土的抗壓強(qiáng)度代表值達(dá)到了預(yù)期要求。

9 結(jié)束語

圖9 -1 正式施工時(shí)用塔吊吊砼

圖9 -2 正式施工時(shí)砼澆筑

本工程通過鋼管柱自密實(shí)砼進(jìn)行高拋實(shí)驗(yàn)，總結(jié)了自密實(shí)混凝土施工的技術(shù)要點(diǎn)，在一定程度上確保了自密實(shí)砼的施工質(zhì)量。在后期的聲波檢測(cè)與鉆芯取樣中，靠近加勁板的位置混凝土外觀質(zhì)量良好，無大量氣孔出現(xiàn)。本次針對(duì)鋼管柱自密實(shí)高拋施工工藝的研究，豐富了自密實(shí)高拋施工在行業(yè)領(lǐng)域的內(nèi)容，為自密實(shí)砼施工提供了確切依據(jù)與經(jīng)驗(yàn)積累。

[1]GB50300-2013.建設(shè)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2013.

[2]GB50204-2015.混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2015.

[3]GB50936-2014.鋼管混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2014.

[4]JGJ/T283-2012.自密實(shí)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2012.

[5]GB/T50107-2010.混凝土強(qiáng)度檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2010.

[6]建筑施工手冊(cè)編委會(huì).建筑施工手冊(cè)(第五版)[S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2013:8.