矩形鋼柱自密實混凝土頂升施工中鋼柱變形成因及施工控制

肖釗哲，田炫宏

（蘭州宏建建材集團有限公司，甘肅 蘭州 730050）

矩形鋼柱自密實混凝土頂升施工中鋼柱變形成因及施工控制

肖釗哲，田炫宏

（蘭州宏建建材集團有限公司，甘肅 蘭州 730050）

本文結合工程實例主要介紹 C60 自密實混凝土在矩形鋼柱結構頂升施工中發生的鋼柱變形問題，分析成因，總結施工控制要點并提出預防及處理措施。

矩形鋼柱；自密實混凝土；頂升施工；變形；成因

0 引言

高性能自密實頂升混凝土應用在國外已經相對比較廣泛，應用技術也相對比較成熟，已成功運用于鐵路、隧道、水工大壩、地下結構等領域。其施工原理就是利用機械設備向鋼柱內由下而上填充自密實混凝土，通過泵壓及混凝土自身的流動使鋼柱內混凝土自動密實，最后將兩種不同性質的材料混合成為一體的復合結構。我國自密實頂升混凝土應用相對較晚，主要應用于形體復雜，配筋密集、薄壁、鋼管（柱）混凝土等受空間限制的結構；環境噪音要求較小和工程進度緊張的工程結構；普通混凝土受振搗限制無法密實的工程結構；以及國家重點工程項目和對工程質量耐久性有特殊要求的建筑項目。頂升施工的一般做法是：在鋼結構的下壁上開設一個孔洞，加裝一節帶有開關功能的輸送管，使用時與混凝土泵管連接，利用高壓泵將高性能自密實混凝土依靠泵壓通過管線連續注入管柱內，使混凝土由柱底部向頂部均勻填充，混凝土注滿后關閉連接管，待混凝土凝固后拆除焊接封堵。國內頂升混凝土的特點主要是：（1）鋼柱形狀大多為圓形，矩形鋼柱使用較少。（2）鋼柱結構簡單，柱內開孔直徑較大，多大于 200mm，且四周開有透氣孔，混凝土頂升阻力小。（3）頂升使用混凝土強度等級低，一般 C40 左右。（4）頂升施工高度低。

1 控制要點

頂升混凝土施工是混凝土施工中難度較大的一種施工工藝，對混凝土生產單位及施工單位技術要求相對較高。根據施工要求、結構設計、施工環境、混凝土原材料品質等施工條件的不同，其質量的關鍵技術控制要點是：第一，混凝土品質滿足自密實混凝土的相關要求；第二，生產、供應環節必須連續穩定；第三，泵送過程各項技術參數必須穩定可控；第四，柱內混凝土頂升速度、高度、位置等參數控制及監控措施必須齊全；第五，泵送點與監控點通信聯絡通道必須暢通及時；第六，鋼柱內部結構及檢驗必須滿足圖紙要求；第七，鋼柱外加固措施及監測措施必須可靠準確。

頂升施工使用的混凝土工作性能品質是決定施工成敗的關鍵。由于混凝土在鋼柱內填充上升受到橫向筋板等的制約，因此混凝土必須有很好的流變性能和粘聚性能，實際生產中按照 CECS203:2006《自密實混凝土應用技術規程》、CECS207:2006《高性能混凝土應用技術規程》控制，主要控制擴展度必須大于 650mm，T50≤10s，不得出現泌水、離析、分層、抓底等現象，混凝土凝結時間控制在 12h 以上，限制膨脹率必須通過試驗實現準確控制，防止混凝土與鋼柱之間黏結出現質量隱患。

混凝土生產供應環節必須的連續穩定，杜絕出現擴展度忽大忽小或者中斷運輸導致停泵現象。頂升一旦開始必須頂到計劃位置，中途不得出現停泵。如果中途停泵再次起泵爆管風險很大，如果出現停泵馬上停止施工，補救措施是在停泵位置略高于 50cm 位置再次開孔進入下道工序。泵送過程各項技術參數的監控具有指導意義，必須專人負責泵送設備參數記錄指揮，同時及時聯絡工作面監控人員使頂升高度可控。為了準確掌握柱內混凝土頂升速度、高度、位置等參數，必須專人負責柱內攝像頭監控錄像的控制。監控人員與泵送點監控人員的通信聯絡通道必須暢通及時，使泵送監控人員及泵工能在第一時間掌握柱內混凝土的頂升情況，防止發生意外。

鋼柱內部結構檢驗是必須的，主要檢查鋼柱內部結構是否滿足圖紙要求、筋板開孔及排氣孔尺寸及位置是否準確、柱內垃圾特別是鋼絲團等加工垃圾是否清理干凈，確保不留下堵塞等重大隱患，保證柱內混凝土頂升流動順暢。

鋼柱外加固措施及監測措施必須可靠準確。頂升施工最常發生的故障就是中斷頂升和爆管，由于受力的原因矩形鋼柱相比圓形更容易發生爆管，除了前面提到的幾個控制點以外，為了監控和克服鋼柱在頂升過程受力產生的形變，鋼柱外部采取適當的臨時加固和加裝千分表等測量裝置措施是非常有必要的。我們在某工程頂升施工中發生的矩形鋼柱變形爆管后采取加固監測措施效果非常理想。

2 工程實例

某工程建筑高度 156m，結構柱全部采用矩形鋼柱，其最大截面尺寸為 (1200×800)mm2，最小為 (800×600) mm2，鋼柱結構鋼板厚度最大 40mm，柱內間距 2m 設置橫向加強筋板，筋板中心開孔 ?200，四周設置 4×?20 排氣孔（見圖 1），每次頂升高度為兩層 11m，混凝土強度等級為C60～C40。頂升過程中發現有柱內排氣孔不符要求的（見圖2），在底部混凝土施工過程中，混凝土嚴格按照《自密實混凝土應用技術規程》中的一級自密實混凝土進行控制，混凝土主要性能參數要求如下：

（1）C60 混凝土不離析、不泌水、不分層，流動性、勻質性、穩定性保塑性能良好。

（2）現場坍落度 250～270mm 之間， 4 小時坍落度平均損失≤10mm，坍落擴展度 650～750mm 之間，4 小時擴展度損失≤100mm，頂升入口擴展度最小值≥650mm，泵送坍落度損失≤10mm，初凝時間≥12h，終凝時間≯24h，經試驗確定的膨脹率控制在 0.02%～0.05% 之間。

圖 1 柱內開孔圖

圖 2 排氣孔不符要求的開孔

3 變形特點

開始施工時鋼柱只采取簡單外加固，沒有設置測量裝置，施工也比較順利，每根柱頂升所用時間平均 15 分鐘左右，泵壓 8～13MPa，排量 10% 左右。就在一層施工快要結束的最后三根柱施工時，某根柱作業中突然發現的泵送監控中泵壓達到 18MPa，樓上監控發現混凝土上升停止，觀察人員近距離聽到鋼柱有異常聲響，各系統立即通知停止泵送，但為時已晚，鋼柱發生了嚴重變形。事后測量發現鋼板厚度達到 40mm 的矩形鋼柱四面出現不同程度的膨脹變形，長面最大變形達到 40mm（見圖 3）。

圖 3 變形后的鋼柱

4 成因分析

停泵后立即對混凝土工作性能、施工工序、鋼柱加固等環節及時進行了檢測分析論證，得出導致鋼柱變形的原因主要有以下幾個方面：

（1）入模混凝土坍落度擴展度過小，實測只有580mm，可能是慣性思維所致，認為擴展度 750mm 頂升正常，720mm 頂升正常，650mm 也正常，最小時 600mm 也正常，就輕視甚至放棄了擴展度指標控制，導致出現低于600mm 也不采取措施仍然在泵送。

（2）鋼柱外加固達不到要求。該變形柱截面為矩形，幾何尺寸達到 (1200×800)mm2，受力相比圓形有不均勻受力面，需要加固。

（3）鋼柱觀測不及時。因剛開始頂升順利就去掉了專門用于測量鋼柱變形的千分表，同時，觀察人員馬虎大意，未能及時發現鋼柱內部變化察覺發出的異常聲響。

5 控制措施

針對分析出的原因制定出以下預防及處理措施：

（1）頂升施工中混凝土嚴格按照既定要求指標控制，不符合要求的混凝土不得用于頂升，逐車檢查測量記錄數據備查。

（2）現有鋼柱外加固采用的臨時腳手架扣件緊固明顯不滿足要求，必須設計使用專門的槽鋼螺栓加固，并且安裝測量型變的千分表，安排專人負責監視。

（3）安排專人負責及時監控泵送設備技術參數并做好記錄。

（4）對已變型的鋼柱在征得設計單位同意的情況下采取切割更換處理（更換處理需專門制定具體方案并且通過專家組論證）。

6 結語

在后續的頂升施工過程中由于嚴格按照制定的措施執行，頂升工作非常順利，頂升高度由兩層逐漸提高到四層，最大頂升高度達到了一次頂升四層（強度等級為 C40）近16m，特別是標高在 134m 以上的樓頂 10 根花架立柱，其層高超過 22m，由于措施到位也實現了一次頂升完成，整個過程十分順利。我們還及時總結經驗并制定出了《高性能混凝土生產及應用技術規程》來指導以后的工作，還就變形柱的切割更換為課題進行了課題研究總結。

我們認為雖然矩形柱頂升施工難度大，國內工程實例較少，受地域原材料限制可借鑒經驗空白，但只要科學合理的堅持按既定方案施工，不隨意更改方案，再簡單的工序也不省略，嚴謹認真，就能獲得成功。

［通訊地址］蘭州市七里河區河灣堡西街 25 號蘭州宏建建材集團有限公司（730050）

Steel columns deformation cause and construction control points in the construction of rectangle steel pillars self-compacting concrete jack-up

Xiao Zhaozhe, Tian Xuanhong
( Lanzhou HongJian Building Materials CO., Ltd, Gansu Lanzhou 730050)

Combined with engineering examples which will introduces C60 self-compacting concrete occurred steel pillars deformation in the construction of rectangle steel pillars structure jack-up. Analysis of causes, and summarize the construction control points and put forward prevention and treatment measures.

rectangular steel pillar; self-compacting concrete; jack-up construction; the deformation; cause

肖釗哲（1970—），工程師，長期從事混凝土及水泥制品技術管理及研究工作。