大直徑梭形鋼斜柱內混凝土施工質量控制技術

段俊 胥悅 袁文俊

【摘要】大直徑鋼管傾斜柱均為變截面維形柱，管柱內部有管道和鋼管柱加勁環板等，且混凝土一次性澆筑高度15 m，施工難度大，質量難以控制，國內也無同類工程經驗可借鑒，目前現有檢測手段也無法準確反映鋼管柱內部情況。為確保鋼管柱質量，在場外進行了鋼管混凝土柱等效模擬對比試驗，模擬實際工況，為鋼管柱混凝土澆筑施工提供數據支撐，通過對比試驗確定最佳的配合比、膨脹劑摻量和施工工藝。

【關鍵詞】梭形柱;鋼管混凝土;對比試驗;脫空檢測;等效模擬對比試驗

【中圖分類號】 TU528.59????????? 【文獻標志碼】 B

1工程概況

成都天府國際機場位于成都簡陽市蘆葭鎮附近，在成都市東南方向，龍泉山脈東側的山區與丘陵結合地帶。T2航站樓地上主體4層，局部有4層上夾層，地下2層（局部 B2層為 APM），建筑面積約27.16萬 m2，陸側高架橋檐口最高點34.15 m， 空側檐口高度17.35～19.35 m， 屋面最高點44.85 m。

本工程鋼管混凝土柱為屋蓋體系的支撐結構，共164根，包括豎直柱和傾斜柱兩種形式，其中結構外側的室外鋼管柱為傾斜柱，傾斜角度有8。、10。、14。3種形式，并通過 V 型撐與混凝土結構連接，結構內部設置豎直柱，穿越混凝土結構樓層，混凝土梁角部縱筋穿柱。鋼管柱內澆灌 C50自密實混凝土或泡沫混凝土。

T2航站樓屋面鋼管混凝土柱柱頂標高14.206～39.177 m，其中變截面柱共146根，最大截面尺寸為小1200～2200～1000 x45 mm，等截面柱18根，最大截面尺寸為小2300 x 55 mm。

2研究方案

2.1研究目的

本工程鋼管混凝土柱有豎直柱和傾斜柱2種形式，傾斜柱均為變截面錐形柱，管柱內部存在大量安裝管道和鋼管柱加勁環板等，且混凝土一次性澆筑高度達到15 m，施工難度大質量難以控制。鑒于航站樓鋼管混凝土柱特殊性和重要性，國內也無同類工程經驗可借鑒，加之目前現有檢測手段也無法準確反映鋼管柱內部情況[1]。

由于航站樓質量要求高，在場外進行了鋼管混凝土柱對比試驗，以模擬實際工況。為后續鋼管柱混凝土澆筑和今后類似工程提供數據支撐，并通過對比試驗確定最佳的配合比、膨脹劑摻量和施工工藝[2]。

2.2研究方法

根據不同配合比、不同摻量膨脹劑和振搗與否3個條件分組進行對比試驗，設3組，每組3根共計9根試驗柱，試驗柱采用1000 x10 mm的鋼管制作，每根鋼管柱高4 m，對比試驗設置工程樣板區內，效果見圖1。為了能更真實模擬實際工況，在試驗柱內設置一根 DN100鋼管，并在試驗柱中部設置加勁板，做法見圖2。

2.2.1配合比對比方案

通過調整水和粗細骨料等用量設計成不同的配合比，通過試驗選擇最佳的配合比，選用3個不同配合比進行對比試驗，具體配合比見表1。

2.2.2膨脹劑摻量對比方案

通過調整膨脹劑摻用量以驗證混凝土的收縮性能，以確定最佳的膨脹劑摻量，選用3個不同膨脹劑摻量進行對比試驗，具體配合比見表2。

2.2.3振搗對比方案

本對比試驗驗證施工振搗對混凝土施工質量的影響，配合比采用膨脹劑摻量對比方案中配合比，共計3根，此3根試驗柱在施工過程中無需振搗，通過與第二組試驗柱進行對比。

3對比試驗

3.1試驗柱編號

試驗柱采用1000×10 mm的鋼管制作，每根鋼管柱高4 m，設3組，每組3根共計9根試驗柱，按1-9號進行編號，對比試驗設置工程樣板區內，平面見圖3。

3.2試驗柱配合比選用

本次對比試驗共計5個配合比，按 P1-P5進行編號。

（1）1號、4號和7號鋼管試驗柱選用配合1，見表3。

（2）5號和8號鋼管試驗柱選用配合2，見表4。

（3）6號和9號鋼管試驗柱選用配合3，見表5。

（4）2號鋼管試驗柱選用配合4，見表6。

（5）3號鋼管試驗柱選用配合5，見表7。

3.3鋼管試驗柱對比分類

鋼管試驗柱分組進行，1-3號進行不同配合比對比，4-6號進行不同膨脹劑摻量對比，7-9號進行施工工藝對比，因此1-6試驗柱在混凝土澆筑過程中均需振搗，而7-9試驗柱在混凝土澆筑過程中無需振搗（圖4）。

3.4混凝土澆筑和養護

澆筑前用水將試驗柱適當潤濕，采用汽車泵澆筑混凝土，自密實混凝土澆筑至離試驗柱頂約5-10 cm，澆筑完成待混凝土初凝后蓄水養護。澆筑前測得各配合比混凝土塌落度見表8。

4鋼管脫空及CT檢測結果

鋼管混凝土試驗柱2018月11月30.上午10：00澆筑，于2018月12月6和2019年1月3日進行檢測。

4.1 第一次檢測（2018年12月6日）

現場共計測試9個墩柱，24個CT剖面。墩柱直徑為1m，鋼管壁厚0.01 m，直徑為1.02 m，周長約為3.2 m，本次測試一個圓周剖面布置16個測點，測點間距為0.2 m，測線采用部分交叉，共計40條測線（圖5～圖7）。

1 ～3號墩柱測試2個剖面，A剖面距離柱底1.5 m，B剖面距離A剖面1.5m;4～9號墩柱測試3個剖面，A剖面距離柱底0.9 m，B剖面距離A剖面1.1 m，C剖面距離B剖面.1.1 m（圖8）。

本次測試除5號墩柱B剖面、6號墩柱A剖面和B剖面、8號墩柱B剖面9號墩柱A剖面和B剖面測試環線上無脫空的現象外，其他剖面測試環線上均存在脫空的現象，存在脫空的現象的剖面未獲取到的首波穿射柱的直達波導致無法準確判定內部自密實混凝土質量。6號墩柱B剖面存在2處不密實;5號墩柱B剖面、6號墩柱A剖面.8號墩柱B剖面.9號墩柱A剖面和B剖面自密實混凝土質量較好。

4.2 第二次檢測（2019年1月3日）

現場共計測試6個墩柱，16個環形CT剖面。墩柱直徑為1 m，鋼管壁厚0.01 m，直徑為1.02 m，周長約為3.2 m，本次測試一個圓周剖面布置16個測點，測點間距為0.2 m，測.線采用部分交叉，共計45條測線（圖9、圖10）。

1號.2號墩柱測試2個剖面，A剖面距離柱底1.5 m， B剖面距離A剖面1.5m;4號5號.6號、8號墩柱測試3個剖面，A剖面距離柱底0.9 m，B剖面距離A剖面1.1 m，C剖面距離B剖面1.1 m（圖11）。

所測試的16個環形剖面中，較多處疑似存在脫空，可能是自密實混凝土收縮、或者天寒引發，宜引起注意;疑似存在脫空區域，因媒介無法穿透混凝土，固無法準確判定內部混凝土質量;現場使用激振錘進行聽聲辨別，確實較多區域（尤其是4A .4B、5A存在較多脫空） ，聽聲辨別僅作參考，不作判定依據;前后2次測試，存在部分差異，但所測環形切面，前后兩次測試的鍵全部平均值（平均波速）差距不大。2次檢測的結果見附表。

5結論

對現場鋼管試驗柱進行實體剖切后，剖切情況與 CT檢測結果吻合，部分鋼管試驗柱確實存在脫空現象，但脫空尺寸較小在2 mm以內，且脫空部位混凝土密實成型質量好。鋼管混凝土柱脫空情況無法全部避免，但通過試驗柱得到其脫空尺寸在2 mm以內，經分析對承載力影響較小，鋼管混凝土柱承載力仍能滿足設計要求;后期將通過調整配合比、膨脹劑摻量和施工工藝等措施可以有效控制混凝土收縮，減少鋼管混凝土柱脫空現象產生。根據上述結果得出結論：

（1）后續鋼管混凝土柱內自密實混凝土配合比。每立方混凝土中各組分配比含量：水泥395 kg，砂820 kg，石888 kg， 水180 kg，高效減水劑12.5 kg，膨脹劑40 kg（8%），煤粉灰50 kg，礦粉25 kg，微硅粉30 kg。

（2）鋼管柱內混凝土澆筑采用串管加振搗施工工藝。

（3）后續鋼管混凝土采用敲擊法檢測，若對敲擊法檢測有疑義部位則采用 CT法進行復測。

參考文獻

[1]黃泳水，張繼承，饒玉龍，等.高強冷彎矩形截面鋼管混凝土柱偏壓性能試驗[J].華僑大學學報（自然科學版），2019.40（2）：179-185.

[2]李紅現，劉殿忠.新材料下鋼-混凝土組合結構的發展與應用[J].土木工程， 2019， 8（5）：949-958.

[3]楊英欣，盧秋如，李彪，等.鋼管超高性能混凝土短柱軸心受壓應力-應變關系試驗研究[J].水利與建筑工程學報.，2019.17（1）：97-102.