超高層C70自密實混凝土方管柱定點高拋混凝土施工技術

賈兆楠 田飛龍 叢士超 鮑晗

摘要：隨著我國經濟和科學技術的發展，超高層建筑逐漸盛行，作為現代城市中的地標，超高層建筑已表現出非凡作用。2013年～2018年我國建成250m以上超高層164座，且超高層建筑的建設數量逐年增加。而多數超高層建筑的結構形式多數鋼管混凝土混合結構+框架核心筒，且鋼管柱的尺寸越來越大、柱的隔板越發密集、柱內澆灌混凝土強度越來越高，為鋼管柱混凝土澆筑帶來了新的難題。

關鍵詞：超高層C70自密實混凝土；鋼管柱、框架核心筒

1前言

解決超高層C70自密實混凝土在方鋼管柱密閉空腔的澆筑自密實的問題，且研發大尺寸鋼管柱混凝土澆筑方式及鋼管柱混凝土缺陷檢測方法。我公司成立了科技攻關小組，結合工程實例，各施工過程總結經驗，通過一系列技術措施，形成了一套技術上先進、經濟上合理的完整的施工方法，經濟效益和社會效益十分顯著，極具推廣應用價值。

2工法特點

適用于超高層方鋼管柱，柱內澆筑高強自密實混凝土，且方鋼管柱柱內隔板密集，局部會形成100mm的密閉空腔，造成高強自密實混凝土澆筑困難，采用定點高拋的方式，解決超高層高強自密實混凝土澆筑問題。

適用于泵送高度達到300以上的高壓輸送，采用超高壓泵管，泵管固定采用附著方式，解決混凝土泵送及泵送過程中爆管問題。

對于1400mm方鋼管柱內密閉空腔的混凝土是否有缺陷，通過超聲波進行檢測。

通過1：1高拋模擬試驗，形成適用于超高層的高強自密實混凝土的適配工作。

3流程及操作要點

通過對密集隔板鋼管柱內高強高性能混凝土頂位高拋法施工的深入研究，總結出了比較成熟的施工工法，其施工工藝流程如下：C70自密實混凝土適配；實體1：1高拋模擬試驗；鋼柱定位開孔深化設計；附著式泵管布置；定點高拋法鋼管混凝土澆筑；超聲波鋼管柱混凝土檢測。

3.1高強高性能混凝土適配

1、原材料的儲存

C70高性能高拋免振自密實補償收縮混凝土原材料設置專門的貯存倉庫，級配砂石、中粗砂等不同品種、規格的骨料分倉貯存。

2、原材料的選擇

本工程C70高性能高拋免振自密實補償收縮混凝土原材選擇如下：

1）水泥采用冀東P·O52.5級水泥；

2）磨細礦渣粉選用冀東S95級礦渣粉；

3）粉煤灰采用遼寧炳圻I級粉煤灰；

4）硅灰采用營口市展朋建筑化工科技有限公司生產的硅灰；

5）外加劑采用由沈陽市依力達建筑外加劑廠的外加劑；

6）砂采用于洪河砂，含泥量≤2.0、細度模數≥2.5；

7）碎石采用遼陽石灰質碎石；

8）膨脹劑由沈陽政泰外加劑廠生產的膨脹劑；

9）水選用地下深井水；

3、混凝土適配：通過多次試驗調整混凝土配合比，最終確定最佳配合比。

4混凝土性能試驗——U型箱試驗

自密實混凝土U型箱（U型儀）用來評定自密實混凝土拌和物的填充性。其填充性可通過測量比較U型儀兩腔混凝土的高度差來實現。當混凝土在U型儀中流動時，U型儀底部的障礙鋼筋可仿真現場實際構件中隔板對自密實混凝土的阻礙作用，本次試驗U型儀兩側空腔混凝土的U型箱高差△h<40mm，說明混凝土具有良好的填充性。

5混凝土性能試驗——擴展度及T500試驗

本試驗主要進行三個方面的測量：測定擴展度達到500mm的時間T500——4.8s；用鋼尺測量混凝土擴展后最終的擴展直徑，測量在相互垂直的兩個方向上進行，并計算兩個所測直徑的平均值——620mm；觀察最終坍落后的混凝土的狀況，有無粗骨料在中央堆積或最終擴展后的混凝土邊緣有較多水泥漿析出的情況——無。

6混凝土性能試驗——離析率試驗

將高拋免振混凝土拌合物用料斗裝入拌合物離析率檢測筒內，平至斜斗口，垂直移走料斗靜置1min，用抹刀匠多余的拌合物除去并抹平，且應輕抹，不得壓抹；將拌合物離析率檢測筒放置在跳桌上，每秒轉動一次搖柄，使跳桌跳動25次；分節拆除拌合物離析率檢測筒，并將每節筒內拌合物裝入孔徑為5mm的方孔篩中，用清水沖洗拌合物，篩除漿體，將剩余的骨料用海綿拭干表面水分，用天平稱其質量，精確到1g，分別得到上、中、下三段拌合物中骨料的濕重。

高拋免振搗混凝土拌合物的離析率應按下列公式計算：

式中：fm拌合物離析率（%）

三段混凝土拌合物中濕骨料質量的平均值（g）

m1上段混凝土拌合物中濕骨料質量（g）

m2中段混凝土拌合物中濕骨料質量（g）

m3下段混凝土拌合物中濕骨料質量（g）

綜上，本實驗混凝土拌合物離析率9.6%<10%符合規范要求。

3.1實體1：1高拋模擬試驗

1、根據結構設計圖紙對試驗用鋼管混凝土柱進行深化設計，并按鋼柱內隔板最不利情況進行組合設計——水平隔板間距150mm、豎向隔板間距260mm。

2、在試驗鋼柱上方設置隔板模擬混凝土下落至柱底部時隔板阻礙情況、通過設置等長水平管模擬C70鋼管混凝土泵送至150mm高度的狀況、頂部混凝土自由下落高度為20m模擬現場鋼管混凝土3～4層一澆的情況。

3、對已澆筑混凝土的試驗鋼柱進行鋼板割除及鉆芯取樣，密集隔板部位混凝土密實，鉆芯取樣石子分布均勻，說明混凝土在狹小密閉空間自密實性能良好。

6.2鋼柱定位開孔深化設計

鋼柱深化設計時，根據現場施工條件確定鋼柱的開口位置和開孔尺寸。有利于混凝土澆筑，預留開口位置距樓板面500mm，鋼柱側預留開口尺寸200*200mm。具體開孔位置見下圖。

6.3附著式泵管布置

本工程泵管、地泵選用均經過仔細測算，泵管選用內徑125mm、壁厚9mm、鋼材45Mn2經過高頻淬火處理，保障管道的抗爆能力，壽命比普通泵管提高2～3倍；地泵選用HBT90CH-2122D拖泵，其理論最大水平輸送距離Lmax=2437m大于現場實際布管管路換算水平長度L=1360m，確保混凝土一泵到頂。

（1）樓層水平泵管的布置

T1塔樓為鋼柱混凝土布設一套超高壓泵管用于混凝土輸送，一套回水管系統用于洗泵水的排水，并在污水排至地下室三級沉淀池中。

（2）首層水平管的布置

首層水平段長度應為豎向長度的1/4～1/3，且為保證混凝土輸送過程中泵管不發生任何的位移，必須保證水泵管穩固水平固定。采用8#槽鋼并有地盤的方式預埋在混凝土蹲上的方式固定，間距2m一個。在彎頭部位增加固定采用1m固定。

（2）豎向泵管的布置

豎向泵管附著在剪力墻上，在剪力墻澆筑前，預埋厚度為3mm的埋件。豎向固定采用8#槽鋼與在混凝土剪力墻上預埋件焊接固定，預埋件豎向間距2m。

6.4定點高拋法澆筑鋼管柱混凝土

鋼柱定位高拋混凝土澆筑形式：即在當層樓承板混凝土澆筑完成后進行布設泵管，泵管沿著鋼柱走向周圈布設，在保證接管質量的前提下將泵管接至鋼柱（預留200*200mm洞口）中，逐個進行混凝土澆筑。此方法可不影響下層工序即鋼結構吊裝及樓承板鋪設的工作，大范圍進行流水施工

6.5超聲波鋼管柱混凝土檢測

根據超聲儀接收信號的超聲聲時或聲速、初至波幅度、接收信號的波形和頻率的變化情況，作相對比較分析，判定鋼管混凝土各類質量問題。

在鋼管混凝土超聲檢測工作中，超聲波沿鋼管壁傳播的信號對檢測信號是否有影響或影響程度，是檢測人員所關注的問題，也是能否采用超聲脈沖法檢測鋼管混凝土質量的關鍵問題，根據聲波傳播的距離及實測的結果可以歸納如下：

對穿檢測法，超聲波沿鋼管混凝土徑向傳播的時間t混與鋼管壁半周長的傳播時間t管的關系為：

說明：R——鋼管的半徑；

V混——超聲波在鋼管混凝土中傳播的速度；

V管——超聲波在鋼管中傳播的速度。

硬化的鋼管混凝土中如果存在缺陷，超聲脈沖通過這種結構材料傳播的聲速比相同材質的無缺陷混凝土傳播的聲速為小，能量衰減大，接收信號的頻率下降，波形平緩甚至發生畸變，綜合這些聲學參量，評定混凝土的質量狀況。超聲參量的變化與鋼管混凝土的質量關系，實際上是核心混凝土的密實度、均勻性及其與鋼管內壁結合脫粘或局部空殼有關。

本工程鋼管柱混凝土澆筑完畢后，統一進行混凝土內部密實度檢測，應用對穿法非金屬超聲波檢測儀進行檢測，本工程經檢測混凝土未發現異常。

7安全措施

7.1每次作業前，做好安全交底，作業人員帶好安全帽，嚴禁酒后作業。鋼柱澆筑前確保樓層邊的定型防護完好。鋼柱澆筑時禁止一切手持物件放置至臨邊位置，避免大風天氣將物體吹落。

7.2夜間施工時，確保樓層內照明通暢。

7.3混凝土澆筑前對所有泵管及加固位置進行檢查，防止出現爆管現象。

7.4砼澆筑過程天氣炎熱時，注意做好防暑降溫工作，儲備充足的防暑物品。

7.5輸送管在漏乘鋪設時要加墊墩（如道木）以便于裝拆管道接頭。管道接頭必須緊固接牢。

7.6泵車料斗內的混凝土保持一定的高度，防止吸入空氣造成堵管或管中氣錘聲和造成管尾甩傷人的現象。

7.7當發生堵管現象時，立即將泵機反轉把混凝土退回料斗，然后正轉小行程泵送，如仍然堵管，則必須經拆管排堵處理后開車，不得強行加壓泵送，以防發生炸管等事故。

7.8車輛出入口處，宜設置交通安全指揮人員。夜間施工時，在交通出入口和運輸道路上，應有良好照明。危險區域，必須設警戒標志。

參考文獻：

[1]吳俊國.國內外自密實混凝土高性能混凝土研究及應用現狀[J].施工技術，2012（05）.

[2]姜林.高性能自密實混凝土的配合比設計[J].北方工業大學學報，2013（17）.

（作者單位：中國建筑第八工程局有限公司）