高拋免振搗鋼管自密實混凝土施工質量控制技術

中建一局集團第五建筑有限公司 北京 100024

1 工程概況

杭政儲出（2004）69#地塊工程是杭州錢江新城的重點工程，建成之后將成為江干文體中心的配套酒店設施。工程結構采用鋼框架—鋼筋混凝土剪力墻結構，箱型柱為主要受力構件，單段柱高13.2 m（詳圖1）。

箱型鋼柱截面尺寸有500 mm、600 mm、700 mm、800 mm、1 000 mm見方的5 種。內部每隔一定間距增設有加強隔板帶，最大間距達到1.8 m，隔板帶中央預留Φ250 mm圓孔（圖2），箱型柱內使用混凝土灌芯。如何保證柱內混凝土特別是隔板下混凝土澆筑的密實性是施工的關鍵。

2 施工工藝的選擇

目前，箱型柱混凝土的傳統澆注方法主要有2種[1-5]：導管澆筑法和泵送頂升法。導管澆筑法是最為傳統的施工方法，該方法操作笨重、浪費工時，不適合較高的箱型柱混凝土澆筑。泵送頂升法施工工序較為繁雜、同時設備費用較高。

圖1 箱型柱剖面示意（每隔一定間距增設有隔板加強帶）

作為第3種方法，高拋自密實混凝土施工技術是一種全新的施工方式。該方法對采用的自密實混凝土根據其黏聚性、保水性、流動性、保塑性及低氣泡含量的需求預先設定好配合比，使其達到高處拋落不離析的效果，并且能通過拋落的動能達到自密實的效果。經過對比分析，本工程箱型柱混凝土選用高拋自密實混凝土澆筑工藝。為確保高拋自密實混凝土的澆筑質量，從工藝上列出兩個方面需嚴格控制[6-8]：

（a）箱型柱內每隔一定間距設有隔板加強帶，最大間距達到1.8 m，混凝土澆筑時不易保證加強帶部位混凝土的密實性。因此，本工程采用塔吊吊運的方式以便控制混凝土的澆筑速度，確保加強帶底部混凝土密實。

（b）由于采用高拋混凝土，靠從高處下拋產生的動能流滿箱型柱，若采用這種施工方法，混凝土澆筑至柱頂時，下落時動能不足會給混凝土澆筑的密實性帶來又一隱患，因此需要在柱頂一定高度范圍內對混凝土進行振搗。

圖2 箱型柱頂部預留孔平面示意

3 設備與材料的準備

3.1 混凝土的選擇

本工程膠凝材料選用P.O 52.5水泥，該水泥具備較低的需水性以及與高效減水劑之間的相容性，并采用高活性、低需水性的摻合料。高拋免振混凝土的骨料采用粒徑5～25 mm的石子、粒徑5～10 mm的小石子，細度模數為2.6～3.0的中砂。選用的外加劑需滿足以下3 個要求：

（a）避免箱型柱壁與混凝土間的微小空隙，因此需選用微膨脹劑；

（b）能增強混凝土的耐久性，且對混凝土的硬化無不良影響；

（c）能保證混凝土良好的流動性、合適的凝結時間。

摻合料采用Ⅰ級粉煤灰。與同強度等級的普通混凝土相比，高拋免振搗混凝土的配合比具有漿骨比大、砂率大、細摻料用量多的特點，且其水膠比一般不宜大于0.4，以保證其耐水性。

根據本工程特點以及自密實混凝土的各項性能指標，根據工程需求制定所需混凝土的各項指標，即水膠比≤0.35、砂率42%～46%、擴展度≥750 mm，且具有良好的和易性、不離析、不泌水及氣泡含量少的特點，然后據此為標準進行試配試驗。

由于影響高拋免振搗混凝土實現存在幾個最重要的因素為高強度等級的混凝土減水率不夠、坍落度和流動度經時損失大，經過試配，坍落度測試、U型儀試驗及現場原位試驗，最終配合比為表1所示。

表1 施工配合比

3.2 設備的選擇

振搗棒（須準備超長振搗棒，以解決箱型柱隔板部位發生的不密實狀況）、立式圓錐形混凝土料斗、3號鋼錘。

4 施工過程

4.1 工藝流程

施工工藝流程如圖3所示。

圖3 施工工藝流程

4.2 操作要點

4.2.1 混凝土坍落度檢測要點

根據試配試驗確定的各項指標，對剛進場準備澆筑的混凝土應及時做好坍落度、和易性的檢測，取樣檢測次數為每臺班混凝土取樣不少于2 次。

4.2.2 混凝土澆筑要點

（a）澆筑時，確定箱型柱內無雜物和積水后，先在箱型柱底部澆筑1 層厚10～20 cm水泥砂漿，強度等級與所澆筑混凝土強度等級相同，以防止混凝土粗骨料自由下落時產生彈跳，應注意水泥砂漿配合比中用水量的控制，避免產生“爛根”現象。

（b）澆筑混凝土使用的料斗應保證其下口伸入箱型柱內，依靠混凝土下落產生的動能達到自密實的效果。

（c）在混凝土澆筑過程中，采用測繩測量液面高度的方法量測混凝土的澆筑高度，當混凝土液面高度達到箱型柱隔板以下20～50 cm位置時暫停澆筑，停留至少5 min方可繼續澆筑。

（d）為了防止焊接下一節鋼柱時產生的高溫影響混凝土質量，每段鋼管柱（最后一節箱型柱除外）中的混凝土澆筑高度需要控制在離箱型柱頂端50 cm位置處。

4.2.3 柱頂部位混凝土的振搗要點

柱頂部位，即混凝土的拋落高度≤4 m時，為避免由于混凝土下落動能不足導致柱頂部位混凝土澆筑不密實，除按普通混凝土的振搗方法振搗外，特采取以下措施：

（a）振搗棒振搗應做到逐層振搗，密插短振；

（b）管內振搗的同時，管外采用人工木槌敲擊進行配合。

待混凝土表面平齊、無明顯下降、無氣泡溢出、表面泛漿即可判斷混凝土已振搗密實，方能停止振搗。

4.2.4 混凝土養護要點

（a）每節箱型柱澆筑完（最后一節箱型柱除外），第一步應及時清除掉表層浮漿，灌水養護應在混凝土初凝之后進行，然后用塑料布將管口封堵嚴實，避免異物掉入。將管內的積水，浮漿，松動的石子及雜物清除干凈完畢，方可安裝上一節鋼柱。

（b）待混凝土分段澆筑到柱頂時，即最后一節澆筑完畢，宜敞口3～4 d，待管內混凝土收縮后，用與混凝土強度相同的水泥砂漿抹平后，蓋上端板并焊好，詳見圖4～圖7。

圖4 塔吊吊打箱型柱混凝土

圖5 拋落高度不足時振搗

圖6 澆筑完畢之后，柱頂灌水養護，并用蓋板蓋上保護

圖7 現場坍落度試驗

4.3 注意事項

（a） 現場澆灌混凝土前應做好充足的施工準備，采用快輔料、快振搗和及時覆蓋的快速施工法。

（b） 混凝土澆筑前，須對鋼管柱內的雜物和積水進行清理，為了濕潤混凝土結合面，應灌入厚10～20 cm同強度等級的水泥砂漿，此做法能夠防止骨料產生彈跳離析。

（c）在澆筑時混凝土表面抬升過程中，隨時用3#鋼錘敲擊檢查密實情況，發現問題立即插入振搗棒進行補振，并及時檢查效果。

（d） 箱型柱外壁隔板下四周設置透氣及觀測孔，在混凝土澆筑之前須逐一檢查是否清孔，避免無法通過觀察孔洞的流漿情況來判斷混凝土密實性。

在施工過程中如發現隔板部位有不密實的情況，應立即停止混凝土澆筑，并采用超長振搗棒對該部位振搗密實后再進行澆筑。

（e） 嚴禁在混凝土中加水，混凝土澆筑盡量安排在晴天，中到大雨天氣避免進行混凝土的澆筑，小雨天氣如需進行混凝土澆筑，須加設防雨棚進行遮擋。

（f） 在混凝土澆筑過程中，必須設專人對混凝土的質量進行監控，及時做好坍落度和擴展度性能的檢測，不符合要求的禁止使用，并且按規定留置試塊。

（g）如檢測發生密實性不理想的情況，須對不密實部位，采用鉆孔高壓注漿法補償，再將鉆孔補焊封堵。

5 結語

（a）通過本次實踐，充分體現了在混凝土自密實的情況下，依靠下落動能實現自流平并充滿鋼管柱，再通過少許的振搗，也能達到實際效果，但需要保證混凝土的流動性。

實際施工過程中，部分混凝土水泥漿較多，流動性雖然保證了，但是產生了流漿、拌合物穩定性差等新的問題，這些混凝土都采取了退場措施，不予使用。實際效果證明，除了水泥漿用量方面，適當的含砂率和表面光滑、少棱角的卵石集料等，都能提高混凝土的流動性。

（b） 在澆筑過程中，箱型柱下部可能會出現空缺部分無法流滿混凝土的突發情況，所以還是需要超長振動棒備用。發生這種情況的主要原因在于粗骨料直徑過大，應在根源上解決骨料問題，箱型柱混凝土中粗骨料粒徑過大則不準使用。

（c） 由于采用新方法、新工藝才能達到更好的經濟效益和社會效果，所以在今后的施工過程中要充分利用這些方法所體現出來的優點。