大直徑高拋鋼管勁性混凝土柱施工技術研究

賀凱 王志強

關鍵詞： 勁芯柱鋼管 自密實混凝土 模板 帽梁

鋼結構以其工期短、施工方便、節能、環保、抗震、產業化生產等優勢及以循環經濟理念的推廣被越來越多的建筑所采用。建筑結構形式由傳統的鋼筋混凝土結構逐漸向鋼結構與鋼筋混凝土結構相結合的結構形式轉變。鋼管混凝土結構是一種組合結構，具有充分利用材料特性、承載性能好、節省材料、施工方便的特點[1-4]。近年來，因其具有承載能力高、抗震抗性能優越、施工方便、耐火性能好等優點，已廣泛應用于房建、冶金等行業工程建設的各個領域，尤其在高層建筑領域可以充分發揮其特點[5-6]。

鋼管內的核心混凝土多采用微膨脹型的混凝土，其目的一方面是填補混凝土收縮的空間，另一方面是讓鋼管和混凝土更好地連接在一起共同發揮作用。如果微膨脹型的混凝土坍落度過大可能會帶來離析后果。但是坍落度過小時會增大泵送壓力，所以坍落度應保證在120～180 mm。隨著科技的發展出現了自密實混凝土技術，有些地下工程的鋼管混凝土柱也常采用這種新型技術；同時，核心混凝土的澆筑方法中高位拋落澆筑法和泵送項升法也是比較常用的方法。此外，還有導管澆筑法、手工逐段澆筑法[7-9]。但是，鋼管混凝土柱與單純的鋼結構和混凝土結構相比，其施工工藝較為復雜，主要問題存在支模體系、勁芯混凝土柱澆筑等方面。

針對大直徑鋼管勁芯混凝土柱施工，依托宜賓中鐵卓越城項目，該文提出了一種具有支模體系便捷穩定、承載力強、強度高、作業安全等特點的大直徑高拋鋼管勁芯混凝土柱施工技術，以期為今后類似工程提供借鑒。

1 工程概況

宜賓中鐵卓越城項目五期一標段位于宜賓市臨港區，北鄰紅星路及中元路，西臨黃桷坪一段，南臨濱江大道，東臨宜賓長江大橋?？偨ㄖ娣e約為733 000 m?，其中地上建筑面積約為533 000 m?，地下建筑面積約為200 000 m??？偛看髽枪こ袒A形式包括主樓筏板基礎和地庫獨立基礎這兩種，其中主樓基礎筏板厚度為2 500 mm，核心筒部位筏板厚度為3 000 mm，均屬于大體積混凝土范疇，基礎筏板結構斷面最小厚度遠超過1 000 mm。其中，2#公寓外框結構設計24 根矩形鋼管混凝土柱，核心筒設計28 根矩形鋼管混凝土柱，通過樓層鋼梁及伸臂桁架將外框與核心筒連接成整體，形成高聳的空間穩定結構。

2 大直徑高拋鋼管勁芯混凝土柱結構

該工程采用的大直徑高拋鋼管勁芯混凝土柱分內外結構，外觀總體可為圓形或矩形，內置大直徑鋼管作為勁芯柱，勁芯柱鋼管內置多道水平橫隔板、外置密集連接筋，可有效增強鋼管與混凝土的黏結性能，通過鋼管角部增設透氣孔來保證混凝土澆筑過程中氣泡的充分釋放和泌水，最后在鋼管內外澆筑混凝土成型。

2. 1 內部結構

該工程中大直徑高拋鋼管勁芯混凝土柱的內部結構為內置水平橫隔板、外置密集連接筋的勁芯柱鋼管，水平橫隔板和連接筋的設置有助于增強勁芯柱鋼管與鋼管內外現澆混凝土的黏結性能。如圖1 所示，在安裝內置勁芯柱鋼管時，首先，在柱基礎承臺中心預埋鋼板帶定位環，其內徑與勁芯柱鋼管一致；其次，臨時搭設扣件式鋼管腳手架用于勁芯柱鋼管的固定和垂直度調整，腳手架底部可采用已預埋好的柱腳錨栓進行卡固；最后，待勁芯柱鋼管調節垂直，錨固于基礎承臺之上，拆除臨時鋼管腳手架。

2. 2 外部結構

如圖2 所示，該工程中大直徑高拋鋼管勁芯混凝土柱的外部結構采用單元分離式木質圓（方）柱支模體系，模板表層涂刷有環氧樹脂易于脫模，現場采用單元模板拼裝成型，模板四周除了采用鋼帶抱箍加固以外，還設有鋼管加強方木背楞，模板底部與柱基礎承臺之間的縫隙采用混凝土填補防止漏漿；待模板初步穩固定位后，可對其整體垂直度進行檢測，不合格時可進行二次調整，最終采用水平固定卡完全緊固。

待單元分離式木質圓（方）柱支模體系搭設完成后，開始澆筑鋼管內外混凝土，其中管內混凝土可采用自密實混凝土立式高位拋落免振搗澆筑技術，管外混凝土可采用插入式高頻加長振搗棒輔助振搗技術。待混凝土澆筑完成后，依次拆除單元分離式木質圓（方）柱支模體系。

2. 3 上部結構

待大直徑高拋鋼管勁芯混凝土柱養護成型后，柱頂采用現澆環形帽梁施工技術，將呈環形分布的若干個鋼管勁芯混凝土柱連接成為一個整體，如圖3 所示。具體工藝原理為：采用依次焊接若干個單元拼接式的鋼筋立體骨架形成完整的環形帽梁骨架結構，加固單元拼接式環形帽梁模板體系，采用底部腳手架與抱箍柱懸挑支架相結合的方式作為支模體系，其中懸挑支架抱箍于鋼管勁芯混凝土柱頂部。

3 大直徑高拋鋼管勁芯混凝土柱施工關鍵技術

3. 1 勁芯柱鋼管設計加工與吊裝技術

根據設計圖紙加工制作勁芯柱鋼管，其內置多道水平橫隔板，鋼管四周密集均布有若干連接筋，澆筑孔為300 mm，4 個角部開有50 mm 透氣孔，兩端設置有連接錨固孔。

用塔吊起吊底節勁芯柱鋼管，吊裝時采用四吊點對稱垂直起吊。吊裝勁芯柱鋼管至其底部恰好卡在承臺預埋鋼板帶定位環，初步定位，待勁芯柱鋼管垂直度滿足設計要求，將其通過預埋螺栓錨固于基礎承臺之上，拆除臨時鋼管腳手架。

3. 2 單元分離式木質圓（方）柱支模體系搭設技術

待內部結構勁芯柱鋼管安裝完成后，開始外部結構的支模體系搭設。根據設計圖紙中鋼管勁芯混凝土柱的外觀尺寸，確定單元分離式木質圓（方）柱木模板的尺寸，繪制放樣圖，并按照放樣圖進行模板加工，應嚴格控制模板加工尺寸，保證其精確性。木模板一般采用12～15 mm 厚杉木模板，龍骨采用50 mm×100 mm木方，等間距分布設置。

將單元分離式木質圓（方）柱木模板的內表層涂刷環氧樹脂，依次拼接若干個單元模板形成完整的模板體系。模板四周依次采用鋼帶抱箍加固，以及設置鋼管加強方木背楞。

模板底部與柱基礎承臺之間的縫隙采用混凝土填補防止漏漿。待模板初步穩固定位后，可對其整體垂直度進行檢測，不合格時可進行二次調整，最終采用水平固定卡完全緊固。

3. 3 管內外混凝土澆筑養護技術

綁扎勁芯柱鋼管與單元分離式木質圓（方）柱之間的鋼筋籠骨架，采用自密實混凝土立式高位拋落免振搗技術開始澆筑管內混凝土，采用插入式高頻加長振搗棒輔助振搗澆筑管外混凝土，先將柱混凝土澆筑至橫隔板上方，隔板處輔助振搗，重復以上步驟直至澆筑完成。

當混凝土澆筑至加勁環處時，應控制澆筑速度，以便使加勁環下空氣排出，防止加勁環下出現空隙。當混凝土澆筑高度距管口4 m 左右時，采用普通振搗棒輔助振搗。振搗棒垂直插入混凝土內，輔助振搗時間控制在10 s 內，以防混凝土出現離析。

3. 4 環形帽梁支模體系搭設技術

吊裝下一根勁芯柱鋼管，重復上述步驟，直至所有的大直徑鋼管勁芯混凝土柱安裝完成。沿著環形分布的大直徑鋼管勁芯混凝土柱四周，搭設底部腳手架。同時，在每根大直徑鋼管勁芯混凝土柱頂部安裝抱箍柱懸挑支架，二者結合形成環形帽梁的模板支撐體系。環形帽梁采用定型化環形鋼模板，依次拼裝成型。

3. 5 環形帽梁鋼筋籠綁扎技術

根據環形帽梁的設計圖紙，將其分為若干節單元拼接式鋼筋立體骨架，現場綁扎制作。吊裝單元拼接式鋼筋立體骨架入模，依次焊接將形成完整的環形帽梁骨架結構。節段之間的鋼筋連接可采用焊接或直螺紋套管的形式。

3. 6 環形帽梁混凝土澆筑養護技術

澆筑環形帽梁混凝土，振搗持續時間應使混凝土表面全部泛漿、無氣泡、不下沉為止。基礎混凝土宜連續澆筑完成，控制好混凝土的下落高度，澆筑完成后應及時覆蓋，噴水養護，養護時間不少于7 天。待環形帽梁混凝土強度達到設計要求時方可進行模板拆除。

4 結論

針對高層、超高層建筑結構中的鋼管勁芯混凝土柱施工，該文提出了大直徑高拋鋼管勁芯混凝土柱結構及其施工關鍵技術，主要結論如下。

（1）在安裝內置勁芯柱鋼管時，采用鋼板帶定位環、腳手架鋼管承重柱腳錨栓定位等精確控制鋼柱安裝精度技術；鋼管內外混凝土澆筑時，管內采用自密實混凝土立式高位拋落免振搗澆筑技術，管外采用插入式高頻加長振搗棒輔助振搗技術。

（2）大直徑高拋鋼管勁芯混凝土柱的外部結構采用單元分離式木質圓（方）柱模板體系，形成了表層環氧樹脂二次涂刷、鋼帶加固、鋼管固定四周方木、底部混凝土填縫、垂直度二次調整、水平固定卡緊固、先支后拆等關鍵技術。

（3）柱頂現澆環形帽梁施工技術將呈環形分布的若干個大直徑高拋鋼管勁芯混凝土柱連接成為一個整體。環形帽梁的支模體系采用底部腳手架與抱箍柱懸挑支架的組合支撐形式，內部通過焊接若干個單元拼接式鋼筋立體骨架形成環形帽梁的主體框架。