鋼管混凝土在高層建筑中的施工技術(shù)研究

陳錦靈

(山西一建集團(tuán)有限公司，山西太原 030012)

鋼管混凝土在高層建筑中的施工技術(shù)研究

陳錦靈

(山西一建集團(tuán)有限公司，山西太原 030012)

針對鋼管混凝土的特點，介紹了鋼管混凝土配合比設(shè)計與施工要求，并對鋼管混凝土常用的三種方法作了分析，基于各種澆筑方法的優(yōu)缺點，提出了幾點鋼管混凝土澆筑施工的建議。

鋼管混凝土，澆筑施工，配合比，泵送壓入法

0 引言

隨著建筑行業(yè)的不斷發(fā)展和人們的物質(zhì)需求不斷膨脹，建筑的高度和跨度等也隨之增加。建筑的高度不斷增加，其下部混凝土柱及混凝土剪力墻等構(gòu)件的軸壓比也隨之增加，為提高混凝土的承載能力和混凝土所占用室內(nèi)面積，隨之而產(chǎn)生許多新型混凝土，如活性粉末混凝土［1，2］、鋼渣混凝土［3］、高性能高強混凝土等新型混凝土，但對新型混凝土應(yīng)用時又存在許多缺點及弊端，如抗爆性及抗沖擊荷載等不足，因此本文引入鋼管混凝土。鋼管混凝土是將鋼管與普通混凝土結(jié)合共同使用，可將兩種材料有機的結(jié)合，發(fā)揮出兩者更高效的性能及優(yōu)越性。

1 鋼管混凝土的特點

鋼管混凝土是將混凝土澆筑在鋼管中而形成的新型結(jié)構(gòu)，根據(jù)內(nèi)部鋼管的截面形式不同，鋼管混凝土可分為圓形鋼管混凝土、矩形鋼管混凝土和多邊形鋼管混凝土等，但多邊形鋼管混凝土由于截面較為復(fù)雜，不宜施工，因此在正常結(jié)構(gòu)中圓形鋼管混凝土和矩形鋼管混凝土應(yīng)用范圍較廣［4-6］。

鋼管混凝土在實際受力過程中，充分發(fā)揮了鋼管的韌性及對混凝土的約束力和混凝土的抗壓能力，在提高混凝土的抗壓性能的同時還可提高構(gòu)件整體的韌性及塑形變形能力。在鋼管中填充混凝土可避免鋼管在極限荷載下發(fā)生屈曲變形而失穩(wěn)，提高構(gòu)件的可靠度及整體承載強度。除此之外，鋼管混凝土在實際應(yīng)用中還具有經(jīng)濟(jì)性好、施工方便快捷等優(yōu)點。

鋼管混凝土由于具有鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)雙重的優(yōu)點，因此在目前的超高層建筑和大跨結(jié)構(gòu)中應(yīng)用較為廣泛。鋼管混凝土與普通混凝土結(jié)構(gòu)相比，可避免因上部荷載較大而出現(xiàn)下部框架柱截面較大的問題，同時還能解決高強混凝土結(jié)構(gòu)中混凝土構(gòu)件發(fā)生脆性破壞的現(xiàn)象;鋼管混凝土與鋼結(jié)構(gòu)相比，可減少鋼結(jié)構(gòu)中用鋼量較大的問題，可提高鋼結(jié)構(gòu)的抗側(cè)移剛度及耐火性能，降低鋼結(jié)構(gòu)的工程造價。尤其在目前超高層建筑中使用的半逆作法和全逆作法施工方法中，更為明顯的體現(xiàn)出使用鋼管混凝土的便捷性。

2 鋼管混凝土的施工方法

鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在進(jìn)行施工時，由于其外側(cè)具有鋼管的約束，因此在澆筑混凝土?xí)r，可不使用模板進(jìn)行施工，在鋼管中置入鋼筋網(wǎng)，直接進(jìn)行澆筑即可。澆筑混凝土?xí)r的方法，目前應(yīng)用較為廣泛的主要有泵送壓入法、立式手工法和立式高位拋落無振搗法。

2.1 泵送壓入法

泵送壓入法是在某樓層澆筑位置處將鋼管開槽安裝帶閘門進(jìn)料管，將鋼管上端封閉后，將泵送管與進(jìn)料管連接，利用泵送車或泵送機的巨大壓力將混凝土由上而下注入鋼管內(nèi)。采用此方法的優(yōu)點在于澆筑的混凝土密實度高、無需人工振搗、澆筑時間短等;采用此方法的缺點在于需在鋼管上開槽，影響鋼管的整體性，同時還需對進(jìn)料管的閘門進(jìn)行相應(yīng)設(shè)計和安裝，并且澆筑時對泵送車及泵送機械、施工工藝等要求較高。

2.2 立式手工法

立式手工澆筑法同普通支模構(gòu)件澆筑方法類似，即澆筑時需人工進(jìn)行振搗澆筑，每次澆筑的混凝土高度控制在2 m以內(nèi)。此方法澆筑的優(yōu)點在于施工工藝簡單，方便施工;缺點在于澆筑完成后其內(nèi)部混凝土密實度不能保證，并且澆筑施工人員的澆筑平臺較高，不利于安全施工。同時由于每次澆筑的混凝土高度在2 m以內(nèi)，澆筑及振搗速度較慢，影響上層鋼管安裝施工，從而影響施工工期。

2.3 立式高位拋落無振搗法

立式高位拋落無振搗法是根據(jù)泵送的動能和混凝土的重力勢能而使混凝土達(dá)到自密實狀態(tài)，在澆筑高度4 m范圍內(nèi)將混凝土澆筑至鋼管內(nèi)。采用此方法澆筑的優(yōu)點在于施工速度快，對施工工藝及材料、設(shè)備要求較低;缺點在于由于澆筑高度較高，澆筑完成后混凝土易離析，澆筑質(zhì)量差。

3 鋼管混凝土施工要求

3.1 混凝土配合比要求

鋼管混凝土構(gòu)件中對混凝土的配合比的要求主要有兩種要求:滿足泵送要求和自身補償收縮的要求。

1)泵送要求。泵送混凝土中對混凝土的要求為坍落度大、混凝土拌合物中的骨料級配滿足泵送要求、可泵性等。滿足泵送混凝土中的可泵性主要體現(xiàn)在混凝土自身的流動性和內(nèi)聚性。混凝土具有一定的流動性是混凝土可泵行動的關(guān)鍵指標(biāo)，而混凝土的流動性與坍落度呈正比，因此混凝土具有較大的坍落度是混凝土可泵性的關(guān)鍵。混凝土的內(nèi)聚性是混凝土在攪拌過程中和運輸、泵送過程中不會出現(xiàn)離析、分層的能力，確保在上述幾個過程中拌合物骨料處于均勻分散的狀態(tài)。滿足混凝土的可泵性和內(nèi)聚性，需在配合比設(shè)計中對混凝土中的減水劑、膨脹劑和骨料的顆粒級配等進(jìn)行調(diào)整，使攪拌好的混凝土拌合物泌水率減小，含氣量增加和和易性滿足施工要求。確定混凝土配合比時，也應(yīng)根據(jù)施工季節(jié)、時間和澆筑環(huán)境等確定所配制的混凝土拌合物的坍落度及初凝時間等。

2)混凝土補償收縮要求。配制鋼管混凝土構(gòu)件用混凝土?xí)r，所使用的水泥、水、砂、石、外加劑和外摻料等原材料的技術(shù)指標(biāo)除滿足相關(guān)規(guī)范要求外，所配制出的混凝土拌合物還應(yīng)滿足相關(guān)規(guī)范中對混凝土的補償收縮要求，確保澆筑完成后混凝土與鋼管內(nèi)壁緊密結(jié)合。在混凝土中摻入適量膨脹劑，澆筑完成后混凝土可發(fā)生適當(dāng)膨脹變形，從而增強混凝土與鋼管的連接;或在混凝土中加入減縮劑，以免混凝土的膨脹系數(shù)超過鋼管變形要求，而使鋼管發(fā)生較大變形或混凝土內(nèi)部產(chǎn)生變形裂縫等危害。

3.2 施工要求

當(dāng)商品混凝土運送至施工現(xiàn)場后，首先對混凝土的實際性能進(jìn)行測試，如對混凝土的坍落度、和易性和微膨脹性等施工性能進(jìn)行檢測，達(dá)到相關(guān)施工規(guī)范和現(xiàn)場實際要求后方可進(jìn)行泵送施工。泵送施工時，根據(jù)現(xiàn)場的環(huán)境及溫度變化可采取遮陽、泵管噴水降溫，避免混凝土內(nèi)水分蒸發(fā)過多而降低其坍落度或影響拌合物的和易性。同時也應(yīng)對鋼管進(jìn)行降溫處理，以免由于溫度較高鋼管發(fā)生膨脹變形的程度高于混凝土的膨脹變形而導(dǎo)致混凝土與鋼管不能有效粘結(jié)，而影響兩者的共同受力。

澆筑鋼管混凝土?xí)r，避免將上次清管所使用的水泥砂漿注入鋼管內(nèi)，從而影響鋼管混凝土的承載能力。澆筑時，選擇適宜的振搗方法進(jìn)行施工，將振搗的密實性達(dá)到設(shè)計要求。對鋼管內(nèi)存在肋板的部位應(yīng)加強振搗，以免肋板下方存在孔洞，從而影響澆筑密實性。

澆筑完成后，及時對最上層混凝土進(jìn)行清除浮漿和拉毛處理，以便于下層混凝土施工。同時對最上層混凝土進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)，確保混凝土初凝時達(dá)到設(shè)計強度。

4 澆筑施工的技術(shù)路線

鋼管混凝土澆筑時的澆筑原則為低立高拋、壓注備選，其具體含義為:當(dāng)澆筑10層以下混凝土結(jié)構(gòu)時，宜采用立式手工澆筑法進(jìn)行澆筑施工，以達(dá)到澆筑1層、安裝1層的施工效果;當(dāng)澆筑10層以上混凝土結(jié)構(gòu)時，宜采用立式高空拋落法進(jìn)行澆筑施工;而泵送壓入澆筑法則作為最后的備選澆筑方法。

將泵送壓入澆筑法作為最后的備選澆筑方法的原因是由于采用此方法對技術(shù)要求和設(shè)備等要求較高。采用此方法進(jìn)行澆筑施工時，必須在泵管上安裝止流裝置，避免因鋼管內(nèi)澆滿混凝土后混凝土產(chǎn)生回流;澆筑時對泵送設(shè)備的泵送壓力要求較高，達(dá)到泵送壓入澆筑的施工效果所需的泵送壓力為10 MPa～16 MPa，這對泵送設(shè)備的要求較高，一般的泵送設(shè)備均達(dá)不到此項要求;在進(jìn)行澆筑時，不能對鋼管進(jìn)行外部振搗密實，以免泵送回壓較大而觸發(fā)回流裝置工作，進(jìn)而導(dǎo)致澆筑工作中斷。因此在具體施工時，僅將此澆筑方法作為備選澆筑方法進(jìn)行施工。

鋼管混凝土施工時，需協(xié)調(diào)好鋼管的施工速度和混凝土工程的施工速度，若鋼管施工與混凝土施工同步進(jìn)行，則澆筑混凝土?xí)r所產(chǎn)生的振動或其他影響會影響鋼管安裝的精度等，從而影響結(jié)構(gòu)的整體施工質(zhì)量;若混凝土工程澆筑的時間滯后于鋼管的安裝速度，原則上鋼管的安裝速度不得領(lǐng)先于混凝土工程6層，以確保鋼管和混凝土可協(xié)同合作受力，減小鋼管開口處所受到的局部應(yīng)力。

5 結(jié)語

鋼管混凝土作為目前應(yīng)用較為廣泛的混凝土結(jié)構(gòu)，其具有的力學(xué)性能優(yōu)點及其他優(yōu)點將會越來越明顯的體現(xiàn)出來，并且在施工時選用合適的澆筑方法進(jìn)行施工，將會得到更好的施工效果，因此具體施工時，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場的環(huán)境條件和外部條件等選用合適的施工方法進(jìn)行施工，更能保證鋼管混凝土的施工質(zhì)量及施工工期滿足預(yù)期效果。

［1］ 郭繼祥.不同外摻纖維對活性粉末混凝土抗壓性能影響［J］.混凝土，2016(5):87-90.

［2］ 張建雋，趙貴哲，趙源源.摻加不同纖維的活性粉末混凝土抗拉強度研究［J］.中北大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2016(3): 318-322.

［3］ 鄭 晟，許家文.鋼渣—納米SiO2復(fù)摻混凝土抗壓強度及耐久性能研究［J］.新型建筑材料，2016(6):21-24.

［4］ 王建生.鋼管混凝土施工中的監(jiān)控要點［J］.山西建筑，2008，34(2):242-243.

［5］ 李軍習(xí)，徐 誠.某工程鋼結(jié)構(gòu)鋼管混凝土施工方案［J］.工程建設(shè)與設(shè)計，2008(9):100-102.

［6］ 許巖劍，鐘德明.鋼管混凝土施工技術(shù)探討［J］.山西建筑，2010，36(31):116-118.

Research on the construction technology of concrete filled steel tube in high rise building

Chen Jinling

(Shanxi First Construction Group Co.，Ltd，Taiyuan 030012，China)

According to the features of the steel-pipe concrete，the paper introduces its proportional ratio design and construction requirements，analyzes the common three methods for the concrete，and points out some suggestions for its construction based on the advantages and disadvantages of all kinds of grouting methods.

steel-pipe concrete，grouting construction，proportional ratio，pump pressure method

TU974

A

1009-6825(2016)35-0098-02

2016-10-08

陳錦靈(1977-)，女，工程師