C60鋼管自密實混凝土施工技術(shù)

齊立宏，武俊宇，許 慧，白 杰，尹江濤，盛 智

(1.中鐵建工集團有限公司，北京 100160； 2.中國建筑材料科學研究總院有限公司，北京 100024)

0 引言

鋼管混凝土組合結(jié)構(gòu)是將鋼材與混凝土通過合理的方式組合成共同工作的整體結(jié)構(gòu)，通過充分發(fā)揮鋼材與混凝土的優(yōu)勢，實現(xiàn)鋼管與高強高性能混凝土的協(xié)同增強作用。鋼管混凝土具有承載力高、塑性和韌性好、制作和施工方便、耐火性能好等優(yōu)點，且經(jīng)濟效益良好，滿足現(xiàn)代工程結(jié)構(gòu)向大跨、高聳、重載、可承受惡劣條件發(fā)展的需要，已廣泛應用于高層建筑與橋梁工程中。

鋼管混凝土澆筑方法主要包括澆筑振搗法、高位拋落法和泵送頂升法，由于鋼管混凝土澆筑時多為密閉情況，澆筑質(zhì)量難以保證，實際施工過程中難免產(chǎn)生缺陷。當鋼管混凝土內(nèi)部存在脫黏現(xiàn)象時，構(gòu)件承載力隨著脫黏寬度的增加快速減小，隨著長細比的增加逐漸增大，并使鋼管混凝土側(cè)向變形增大，從而影響鋼管混凝土結(jié)構(gòu)整體性能的發(fā)揮。由于自密實混凝土具有高流動性，無須振搗即可自密實，且分布均勻，使鋼管自密實混凝土具有較好的施工性能。

1 工程概況

北京豐臺站改建工程站房總用地面積約15.3萬m2，總建筑面積為39.88萬m2，東西向長563m，南北向長332m。站房采用筏板基礎，屋蓋為大跨度雙向鋼桁架結(jié)構(gòu)，地下1層，地上4層，局部設有夾層，屋面最高點高度為36.5m，基礎埋深-14.8m，局部-20.8m，該站房為融合鐵路、地鐵、市政、公交及相關配套設施的綜合體，且為國內(nèi)首座普速、高速列車雙層車場站型布置的大型現(xiàn)代化鐵路站房。站房主體采用勁性鋼結(jié)構(gòu)，承重柱為四腔體或九腔體箱形鋼管混凝土柱(見圖1)，采用C60自密實混凝土澆筑。

圖1 鋼管混凝土柱剖面

2 施工難點

承重柱鋼管內(nèi)部設有隔板，隔板最小間距為50cm，易使混凝土澆筑不密實、不均勻，進而導致混凝土坍落度損失大、坍落度保持性差、與型鋼脫空等。因此，本工程配制的混凝土須具有良好的坍落度保持性、流動性及較高的強度，且無收縮、自密實。

3 混凝土配合比設計

C60自密實混凝土配合比設計流程為：①優(yōu)選混凝土原材料，計算理論配合比，在此基礎上，檢測原材料對混凝土性能的影響；②選擇原材料較佳摻量調(diào)整混凝土配合比，得到初步配合比；③通過檢測不同膠凝材料水化熱優(yōu)化配合比，得到基準配合比；④進一步調(diào)整外加劑組分，測定拌合物含氣量及其他性能，得到混凝土最終配合比，即水泥∶粉煤灰∶硅灰∶膨脹劑∶砂∶碎石∶外加劑∶水=394∶113∶22.5∶33.8∶772∶935∶11.3∶158(kg/m3)。

根據(jù)工程特點及設計要求，規(guī)定混凝土坍落度≥250mm，擴展度≥650mm，T50≤10s，V形漏斗通過時間≤15s，28d抗壓強度≥69MPa，水中養(yǎng)護14d后的限制膨脹率≥0.015%，具有良好和易性、流動性、抗離析性、間隙通過性，無離析、泌水現(xiàn)象。

對混凝土性能進行檢測，得到混凝土坍落度為270mm，擴展度為720mm，T50為3.5s，V形漏斗通過時間為9.6s，28d抗壓強度為73.8MPa，水中養(yǎng)護14d后的限制膨脹率為0.020%，離析率為8%≤15%(抗離析性達SR2性能等級要求)，坍落擴展度與J環(huán)擴展度差值為20mm(間隙通過性達PA2性能等級要求)，可知混凝土各項性能均滿足施工要求?；炷脸跄龝r間為13h45min，終凝時間為17h50min，充足的時間使流動性好的混凝土自密實，并使膨脹劑充分發(fā)揮效應。

4 施工效果分析

制作四腔體鋼管混凝土柱試件，在柱前、后表面預留可拆除鋼板，便于觀察混凝土澆筑質(zhì)量。分別采用泵送頂升法、高位拋落法、高位拋落+振搗法、高位拋落+串管下料+振搗法澆筑各腔體，如圖2所示。拆模后混凝土外觀質(zhì)量如圖3所示。對不同施工工藝施工效果進行總結(jié)，如表1所示。

表1 不同施工工藝施工效果

圖2 各腔體施工方法

圖3 拆模后混凝土外觀質(zhì)量

由圖3和表1可知，4種施工工藝混凝土外觀質(zhì)量無明顯差別，混凝土表面密實，無明顯質(zhì)量缺陷，混凝土與鋼板結(jié)合緊密，無脫空現(xiàn)象；相比其他工藝，高位拋落法施工難度低，澆筑后的混凝土表面較光潔，氣泡較少，由于本工程鋼管混凝土柱數(shù)量多，為達到施工方便、經(jīng)濟合理的目的，采用高位拋落法施工，不輔助其他設施或工藝。

5 混凝土內(nèi)部缺陷檢測

混凝土內(nèi)部缺陷是影響鋼管混凝土柱施工質(zhì)量的主要因素，混凝土內(nèi)部不密實區(qū)及混凝土與鋼管內(nèi)壁黏結(jié)不良等均為常見缺陷形式。采用SCE-MATS-S型混凝土多功能無損測試儀檢測內(nèi)部缺陷，設置4個檢測區(qū)(見圖4)，測點按網(wǎng)格化布置，最小網(wǎng)格單元尺寸為0.1m×0.1m。采用誘導振動法進行缺陷檢測，通過錘擊誘發(fā)混凝土表面振動，并形成聲波，當混凝土與鋼管脫空時，聲波卓越周期、持續(xù)時間均增大，通過分析相關參數(shù)可判斷是否存在脫空現(xiàn)象等。

圖4 檢測區(qū)布置示意

檢測結(jié)果表明，檢測區(qū)①整體密實，未出現(xiàn)脫空現(xiàn)象；檢測區(qū)②中部、右側(cè)端部各存在1處脫空；檢測區(qū)③僅右側(cè)端部存在1處脫空，整體密實性良好；檢測區(qū)④密實性較檢測區(qū)①略差，較檢測區(qū)②，③好，整體較密實。

6 結(jié)語

北京豐臺站改建工程站房主體采用勁性鋼結(jié)構(gòu)，承重柱為四腔體或九腔體箱形鋼管混凝土柱，通過優(yōu)選原材料、優(yōu)化配合比嚴格控制C60自密實混凝土生產(chǎn)質(zhì)量?；炷翝仓瓿珊?，采用誘導振動法進行缺陷檢測，結(jié)果表明混凝土密實性良好，可知在混凝土原材料及配合比合適、不輔助其他設施或工藝的情況下，僅采用高位拋落法施工可達到良好的混凝土澆筑效果，可避免出現(xiàn)內(nèi)部缺陷，進而保證承重柱施工質(zhì)量。高位拋落法具有施工方便、經(jīng)濟合理等優(yōu)點，可降低勞動強度，改善施工環(huán)境，適用于鋼管混凝土柱數(shù)量較多的工程。