結合工程實例談鋼管混凝土柱施工

周業煜

（貴州建工集團第五建筑工程有限責任公司，貴州 貴陽550002）

鋼管混凝土柱因其結構特征，同時具備了鋼管和混凝土兩種材料的性質。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向受拉，混凝土則三向皆受壓，鋼管和混凝土皆處于三向應力狀態。三向受壓的混凝土抗壓強度大大提高，同時塑性增大，其物理性能上發生了質的變化，由原來的脆性材料轉變為塑性材料。正是這種結構力學性質的根本變化，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構顯示出巨大的生命力和發展前景。

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計院設計的環形箍，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，故改為格構柱，并對荷載少的柱也改用格構柱。

鋼管柱、格構柱的制作、吊裝施工

1 鋼管柱和格構柱制作

鋼管柱采用16Mn鋼材，鋼管厚度為16mm，內襯管及柱底環板采用A3（鎮靜鋼）鋼材。規格為準750，共70根。格構柱共17根，規格為L125*14（L=8736）和L140*16（L=8173）。

鋼管柱的制作：鋼管根據中國工程標準化協會《鋼管混凝土結構設計與施工規程》（CECS28：90）第7.1.1~7.1.3,7.2.1~7.2.5,7.2.8及7.2.9條的規定制作，鋼管的全部豎向焊縫質量要求達到一級焊縫質量標準，現場水平施工焊縫允許按二級焊縫質量標準進行驗收，鋼管進場時應對每根鋼管按CECS28：90中第7.2.5條驗收并作好記錄，不符合驗收標準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，都從廠內加工涂好防銹漆驗收合格后運到工地，再經現場超聲波檢測后，對管內再油上水泥油后再行吊裝。

2 鋼構件進場堆放

鋼構件加工完畢后要在構件上標明編號、方向，便于工地現場對號安裝。

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

3 鋼管柱安裝

鋼管柱吊裝根據CECS28：90中第7.3.1~7.3.4條及其他相關規范的要求嚴格檢驗和驗收；鋼管柱/格構柱與樁頭連接：樁身混凝土澆灌達-12.23米時，要停止澆灌并對樁面浮漿進行清除，確保其高程下混凝土良好質量。兩天后吊下M1板找中并鉆埋3ф20x250爆炸螺絲，跟著用風鎬把樁面打花，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），用吊錘及水平尺進行驗收。M1板是予埋樁頭用于固定鋼管的環形鋼板，板上焊有限位板。此板是經多次改良而成的，予埋一周后，鋼管才可以吊裝，準確無誤地放在樁頭中央，而孔口則以三根調節螺絲與孔壁相連，便可固定在孔之中間。格構柱底部是支頂錐，只需在樁頂中央予埋一節短鋼管，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管把混凝土導入，并由專人到井下操作及震蕩。此作業每天只能做三幾根，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確性，一樣能確保高標號的混凝土強度。

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環形鋼板定位調節螺栓，定位調節螺栓安裝用12厚木夾板，按M1環梁鋼板調兇螺栓平面尺寸鉆孔，固定調節螺栓，按柱軸線水平標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環形鋼板，立柱中心線偏差不得超過+3mm，環形鋼板面標高，偏差值+0.mm，-10mm,平整度+3mm。

對進場鋼管柱經進行技術資料檢查，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標高安裝，場內運輸到安裝部位要做防護措施，防止泥漿異物污染鋼管壁內外。

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

鋼管柱吊裝就位后，要立即進行校正，在井口混凝土護壁四周用調節螺栓進行固定，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。

鋼管柱焊接應兩人對稱同時進行分層施焊，防止焊接過程由于溫差影響產生變形。

鋼管柱內混凝土應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混凝土的強度，在燒焊時應對下節鋼管內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，要進行辦理驗收簽認手續，符合要求后，雜物應先清理干凈，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交底工作。

安排專業人員負責檢查鋼管柱的垂直度，如發現有偏差應馬上上報并作出相應處理。

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級執行。產品質量達到設計有國家標準《鋼結構工程施工及驗收規范》（GBJ205-95）、《鋼結構工程質量檢驗評定標準》（GB50221-95）的有關規定要求，并對每一構件出廠出具合格證書、母材材質合格證、探傷資料等。

C60高強度管內混凝土澆筑

此工程采用了鋼管柱、格構柱的新工藝，柱芯內澆筑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，但是在鋼管柱內澆筑還有許多問題尚待進一步研究；同時，在鋼管柱內澆筑時，稍一不慎，將是無法補救，因而對其質量控制要求特別嚴格；同時，高強度混凝土坍落度損失快，容易造成導管堵塞和混凝土振搗不密實。所以，為了確保工程質量，從難、從嚴落實C60高強鋼管柱混凝土的各個施工環節，必須對此引起高度重視，從各方面確保工程質量。

鋼管柱內混凝土澆筑前應先檢查管內是否有積水、什物、如發現有積水、什物應先清理干凈后才澆筑混凝土。

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

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

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，每條樁要連續澆筑完成，澆筑高度至管頂內襯管底下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，如發現有不免密實聲響，要即時進行補振，確保內混凝土密實。

加強對高強度混凝土的質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，須作嚴格控制，包括減水劑、緩凝劑等。

混凝土最重要的質量指標是強度，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，混凝土供應單位每班都應進行混凝土坍落度試驗和留樣作為站內混凝土強度檢驗，并需在出站時測定坍落度，保證到達現場時坍落度不低于18±2cm。混凝土到達現場后施工單位必須進行坍落度檢查，符合要求后才能向管內澆筑。

為保證C60混凝土的澆筑順利進行，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行耐火層施工，確保鋼管柱達到設計耐火極限要求。原計劃采用外噴C20細石混凝土措施，但由于沒有專業隊伍施工，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。現經多方商討采用人工澆筑100厚C25細石混凝土的方案。

施工程序

柱包鋼筋網→支木模→分層澆筑→拆模用水泥漿按圓平弧→養護

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保留。用Ф12@1.5m弧形（D大于柱徑80mm）開口內箍同原鋼管柱焊點進行點焊，相對固定即可。用Ф12@200縱筋和內箍焊接，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厚保護層控制塊。報驗后進行封模，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。分層澆筑細石混凝土，振搗①用微型震動器，②如沒有則用細竹竿反復抽插，③用小錘在周邊敲打，確保混凝土密實無蜂窩麻面。④采用小型附著式震動器；確保混凝土密實。拆模要求不粘模，不掉塊，時間要求一般30℃以上大于兩即可。拆模后要淋水養護，同時要求部筋定點。盡可能早地批完砂漿，便于砂漿和細石混凝土同時固化，防止外層空鼓。保證濕潤養護大于等于7天。

質量保證措施：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，保證混凝土粘結牢靠。細石混凝土必須經過交底、試配，符合要求的專人進行攪拌和振搗。澆筑前木模內要進行清洗、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石混凝土，指定必須具有一定經驗認真負責的人用錘敲擊柱四周，以聲音確定密實程度。尤其應注意防火細石混凝土繳筑到（梁）板底時的質量。掌握拆模時間，適時養護。

鋼管混凝土柱優點小結

此工程采用了較先進的鋼結構技術設計，通過各施工心施工，互相配合，共同努力攻克了不少難關，達到了預期的效果！通過該工程中鋼管柱的使用，總結在高層建筑中，鋼管混凝土的特征與優勢如下：

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；這對于商業黃金地段的建設投資是一個巨大的經濟回報。

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

鋼結構技術的運用，解決了不少普通鋼筋混凝土結構難以處理的問題，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，有利于結構抗震；減輕了地基承受的荷載，相應降低了地基基礎造價；鋼管混凝土柱內的混凝土可大量吸收熱能，其耐火性優于鋼柱；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用。

提高標準化，工廠化生產的程度，以達到高質量、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、節約鋼材和施工簡捷等突出優點，相信在高層和超高層建筑中將得到日益廣泛的應用。

[1]麥細萍.鋼管混凝土柱施工方案的探討[J].經營管理者,2009-07-05.