救災物資儲備庫建設項目鋼管混凝土組合結構泵送混凝土及節點施工技術

白震宇

（哈爾濱市應急救援保障中心，黑龍江 哈爾濱）

在現代大跨度廠房結構建筑中，使用鋼管混凝土組合結構作為廠房支撐構件，具有施工速度快、支撐效果好、占用空間少、工程造價低等特點。在應用鋼管混凝土組合構件時，鋼管的安裝固定、混凝土的澆筑振搗，以及關鍵節點的連接等，都是施工管理的重點內容。現場施工人員需要樹立精細化的管理理念，加強施工技術要點的控制，才能提高鋼管混凝土組合結構的穩定性。

1 項目概況

救災物資儲備庫建設項目位于哈爾濱市呼蘭區濱北鐵路東，呼蘭河右岸堤防南，用地面積12 330 m2，總建筑面積4 100 m2，其中：地上建筑面積4 057.52 m2，地下建筑面積42.48 m2。該項目總投資2 243.32 萬元，建設期1 年。地表為耕土或灘地，地貌形態為松花江漫灘，地下水類型為第四紀砂、礫石層孔隙潛水，地下水賦存于下部砂層中。抗震設防烈度為7 度，建筑場地設計基本地震加速度值為0.1 g。項目啟用后，能夠滿足輻射區域內自然災害救助應急預案中，國家三級應急響應條件下規定的緊急轉移安置6 萬人的救災物資儲備需求。

2 鋼管混凝土組合結構泵送混凝土施工技術

2.1 混凝土材料要求

本工程中使用C40 混凝土，為提高混凝土性能對組成材料的質量控制提出了嚴格要求。水泥選用P.O42.5 普通硅酸鹽水泥，要求不溶物占比小于1.5%，燒失量不超過5.0%，比表面積大于300 m2/kg；摻和物為粉煤灰，細度小于30%，密度在2.0～3.0 g/cm3之間，能使混凝土具有較低的粘度以及良好的流動性。粗骨料（碎石）的各項指標見表1。

表1 粗骨料的性能指標

同時，為了改善混凝土的可泵性和增大坍落度，使用了高效減水劑。配制的混凝土坍落度控制在15～20 mm 之間、擴展度在550～650 mm 之間。混凝土為現配現用，盡量減少放置時間，避免出現離析情況。

2.2 混凝土施工技術

2.2.1 澆筑方法的選擇

本工程中可供選擇的混凝土澆筑方法有3 種，分別是立式手動澆搗法、泵送頂升澆灌法和高位拋落+輔助振搗法。對比來看，立式手動澆搗法效率不高，并且質量難以得到保證；高位拋落+輔助振搗法的施工效率較高，但是占用塔吊，不利于鋼結構的吊裝作業；泵送頂升澆灌法在施工效率和施工質量方面有可靠保證，唯一要考慮的問題是隨著作業高度的增加，對泵送設備的壓力提出了較高的要求[1]。綜上，本工程中確定了以下混凝土澆筑方案：對于鋼管下方的混凝土，選擇泵送頂升法施工；對于鋼管上方的混凝土，選擇高位拋落+輔助振搗施工。確定施工方案后，做如下施工準備：檢查混凝土質量，質量不合格、參數不達標的禁止使用；施工人員要了解圖紙與規范，進行技術交底；施工機具進場并完成安裝。

2.2.2 下段柱混凝土頂升法施工

該方法是在鋼管下方距離底座20～30 cm 處開一個圓形小孔，孔徑略大于輸送管的直徑，然后將輸送管插入該孔并進行密封。利用高壓泵使混凝土通過輸送管進入到鋼柱內，直到混凝土達到指定高度。泵送頂升澆灌法的施工流程如圖1 所示。

圖1 頂升法施工工藝流程

使用頂升法澆筑鋼柱混凝土時，需要重點把控如下技術要點：

（1） 開孔焊管。孔徑為140 mm，保證小孔的邊緣平滑、無毛刺，為下一步的焊接密封創造良好環境。在后期混凝土澆筑完畢后，需要用切割機將焊接的輸送管切除，并重新在孔洞處補焊圓板，打磨平整后重新補漆，提高鋼柱的防腐效果。

（2） 連接鋼管柱肢體和混凝土輸送管。在鋼柱下部開孔后，將輸送管插入孔內，輸送管在鋼柱內側的露出長度控制在5～10 mm。焊接后檢查焊接質量，保證輸送管與鋼柱接觸部位密封良好，并清理焊渣。在輸送管與泵管之間連接一定長度的軟管，完成連接后進行注水試驗。一方面是檢查連接效果，觀察有無漏水情況，如果有要及時處理，避免后期澆筑混凝土時發生漏漿問題；另一方面是潤滑管道，防止混凝土在管道內壁上粘連造成堵塞或影響泵送效率[2]。輸送管與鋼柱的連接方式如圖2 所示。

圖2 輸送管連接示意

（3） 混凝土澆筑。本工程中使用HBTD60 型電動混凝土泵，最大排量可達到60 m3/h，最大出口壓力為9 MPa，以φ150 管道為例，最大輸送距離為水平700m、垂直120 m，能夠滿足本工程施工需要。根據施工要求設定好泵送壓力、壓入速度等各項參數后，啟動設備將儲料斗內的混凝土壓入到鋼柱內。現場要準備一主一備2 臺攪拌車，主攪拌車在卸料時，備用攪拌車在一旁等待，當混凝土無法保證一根鋼柱的澆筑需要時，立即啟用備用攪拌車，保證澆筑的連續性，提高鋼柱混凝土的完整性。當鋼柱內混凝土液面距離管頂不足100 mm 時，維持當前壓力2 min 后完成頂升。關閉輸送管口的止漿閥后再關閉輸送泵，避免鋼柱內混凝土回流。在混凝土完成初凝前清除管頂浮漿，從管頂注入少量混凝土，保證混凝土與鋼管頂部持平。

2.2.3 上段柱混凝土分層澆筑施工

澆筑混凝土前要安裝支架，用于支撐混凝土的輸送管。泵送設備仍然選用HBTD60 型輸送泵，軟管的一端連接設備，另一端插入鋼柱內，分3 次澆筑。每次澆筑高度約為2 m，按照分層澆筑、層層振搗的方式，每完成一層澆筑，立即將振搗棒插入鋼柱內，進行40～60 s 的振搗后將其拔出，再繼續進行下一層澆筑。完成澆筑后，清除鋼管頂部混凝土的浮漿，并重新填入混凝土，保證鋼管與混凝土持平[3]。

3 鋼管混凝土組合結構節點施工技術

3.1 鋼柱柱腳施工技術

本工程中鋼管混凝土的柱腳為端承式，將柱腳與預埋底座對齊后，把預埋螺栓插入到端承式柱腳的預留孔內，然后擰上螺母完成連接固定。根據以往的施工經驗，柱腳施工中常見的問題有預埋螺栓定位不準、標高偏差過大等，因此在施工中需要加強控制。

3.1.1 預埋螺栓的臨時安裝

為提高預埋螺栓定位的準確性，本工程中使用了模板臨時安裝固定法，首先在定位模板上確定螺栓的預埋位置，復核無誤后在定位孔內打入預埋螺栓，然后撤走定位模板，如圖3 所示。

圖3 預埋螺栓臨時安裝固定示意

在安裝預埋螺栓時，至少要進行2 次測量，并對比前后兩次測量的誤差，如果誤差小于2 mm 說明預埋螺栓的位置精確。在后期澆筑混凝土時，由于混凝土的流速、流量較大，對預埋螺栓產生沖擊影響，可能會導致預埋螺栓發生位移。因此在澆筑鋼柱混凝土時應合理控制流速、流量，盡量使預埋螺栓的受力均勻[4]。

3.1.2 預埋螺栓標高偏差控制

在實際施工中，為了防止混凝土超高情況，施工人員會故意做低混凝土，這種情況下預埋螺栓有較長部分露在外面。如果利用下方螺母調節標高，會使預埋螺栓承受過大的垂直壓力和水平推力，導致預埋螺栓彎曲或斷裂。針對這種情況，本工程中采用了找平柱底板的方式控制預埋螺栓的標高偏差。在靠近地腳螺栓的柱腳底板上放置1 組厚度為5 mm 的鋼墊板，每組墊板數量在4 塊左右，墊板采用焊接方式與柱腳底板連接，具有施工速度快、控制效果好等特點。

3.2 鋼管柱對接接頭施工技術

3.2.1 變徑鋼管柱對接接頭施工

對于上下兩根鋼管柱直徑不相同的情況，可以在兩者之間加裝一塊錐形管作為轉換零件；同時，為了提高鋼管混凝土組合結構的整體穩定性，還需要在上方鋼管的底部、下方鋼管的頂部，分別焊接一塊鋼制的環形隔板[5]。變徑鋼管柱對接接頭的處理如圖4 所示。

圖4 變徑鋼管柱的對接接頭處理示意

施工時需要關注的技術要點主要有兩個：其一是確定下方鋼柱的中軸線，以此為基準調整錐形管、上方鋼柱的位置，保證三個構件的中軸線重合，以便于力的順利傳遞，提高鋼管混凝土組合結構的穩定性。其二是錐形管為實心結構，焊接前要分別打磨錐形管與鋼柱的表面，去除油污并保證平整，從而提高焊接加固效果。

3.2.2 同徑鋼管柱對接接頭施工

（1） 安裝定位。完成測量放線后，使用吊車將上節柱緩緩吊起并移動到下節柱的正上方。穩定下落，使上節柱沿著下節柱的內襯管順利插入。在放入過程中，現場施工人員利用抱箍鉗調整角度，確保鋼管柱的垂直度。考慮到插入過程中鋼管外壁與襯管內壁之間有較大的摩擦，可以提前涂刷潤滑油。在上下柱的接口處設置調節螺桿，起到臨時固定和調節垂直作用。在鋼管柱對接接頭焊接完畢后可以拆除臨時拉桿，然后將焊接部位打磨平整并重新涂刷油漆。調節螺桿的布置方式如圖5 所示。

圖5 調節螺桿示意（單位：mm）

（2） 焊接。本工程中所有鋼管混凝土組合結構的節點焊接均采用對稱焊接方式。對于柱徑不足1.2 m 的，采用2 人對稱焊接；對于柱徑超過1.2 m 的，采用3 人分段對稱焊接。現場施工時，如果風速超過4級，必須采取防風措施。焊接完畢后，采用超聲波無損探傷檢查焊接情況。

結束語

鋼管混凝土組合結構具有極強的承載力和穩定性，在高層、大跨度廠房建筑中有著廣泛的使用。在應用該組合結構時，施工單位除了要嚴控鋼管、混凝土等材料的質量檢查外，還要從鋼管的埋置、混凝土的澆筑，以及核心構件的連接等方面進行重點管理。本工程中通過加強施工技術管控，保證了救災物資儲備庫高質量建設完成，取得了良好的社會效益和經濟效益。