改善钢管混凝土构件混凝土密实性的方法初探

■高 欣，宋深圳 ■郑州大学土木工程学院土木工程专业，河南 郑州 450001

近10年来，钢管混凝土因具有承载能力高，延性好，抗震能力高，施工相对简单，可大大缩短工期，经济效果显著，防火耐火性能好，耐腐蚀性强等优点，在我国的高层及超高层建筑工程、地铁车站工程和大跨度桥梁工程中得到了卓有成效地应用，推动了建造技术的发展。同时，钢管混凝土组合结构管内混凝土的一系列问题如施工不稳定、脱空、膨胀性能低等不密实缺陷也不断显现出来，管内混凝土是否密实直接影响到构件的承载力和变形能力，从而影响构件的安全性，因此如何改善钢管混凝土的不密实缺陷对钢管混凝土的不断发展具有重要意义。以下对改善管内混凝土密实度提出了几种技术措施。

(1)使用混凝土合理的配比和浇筑方法。为了尽可能保证混凝土的密实性，需要按《钢管混凝土设计与施工规范》(CECS28∶2006)及相关规范、标准中对于混凝土配比的要求进行配比，并进行合理的方法进行浇筑。目前实际钢管混凝土工程中采用的混凝土浇筑方法一般有三种方式，即手工逐段或专用振捣设备浇捣法、高位抛落不振捣法及泵送顶升法等。手工浇捣法施工速度较慢，而且施工人员必须严格遵守操作记律才能保证混凝土的施工质量。而专用设备则需要根据钢管的几何尺寸设置专门的振捣器，虽能够在一定程度上克服施工效率低的问题，但由于设备需专门制作，且在施工中也有很多不便所以这种方法在钢管混凝土应用的早期采用，现在用的不多。在(CECS28∶2006)中对于钢管内混凝土采用常规人工浇捣法时规定：混凝土一次浇灌高度不宜大于1.5m。当管径不小于400mm时，宜采用插入式振动器振捣，插点应均匀，每点振捣时间约15s～30s;当管径小于400mm时，可采用外部振动器(附着式振动器)于钢管外部振捣。振动器位置应随管内混凝土面的升高而调整，每次宜升高lm～1.5m。当管径不小于1000mm时，工人可进入管内按常规方法用振动棒振捣。高位抛落不振捣法对于混凝土的配比要求较高，否则可能由于在混凝土抛落过程中出现离析，而影响混凝土的质量。在(CECS28∶2006)中对于钢管内混凝土高位抛落不振捣法的管径及辅助要求：当管径不小于300mm，高度不小于4m时，宜采用高位抛落不振捣法;当抛落高度不足4m时，应辅以插入式振动器振实。

另一种采用泵送顶升法则必须严格控制好混凝土的配合比和坍落度，以保证混凝土的密实性和均匀性。管内混凝土浇注采用泵送顶升法时，应符合下列规定：钢管下部应设带有止回阀的进料口，混凝土可自下而上泵送顶升，无需振捣。钢管的直径宜大于进料管的2倍。

(2)合理的钢管节点设计，在节点设计中，应尽量采用非贯通式连接，比如加强环式节点、钢筋环绕式节点、劲性环梁节点、抗剪环环梁节点、锚定板式节点，即让钢管在节点高度范围内保持畅通。相比于其他连接方式，非贯通式连接由于在节点处管柱内没有贯通钢筋或者板件的阻碍使得在浇灌混凝土时采用自密实混凝土无需振捣便达到密实的效果。

(3)当节点受力较大需要设置横隔板的连接，可以在设计中改变横隔板的形式，以提高钢管混凝土构件的强度，特别对于方钢管混凝土柱。柱内混凝土在浇筑使易在横隔板与钢管侧壁交接部位产生孔隙，这样导致混凝土密实度质量缺陷，严重影响结构承载安全。方钢管混凝土与梁柱的连接形式为带短梁内隔板式连接、外伸内隔板式连接、内隔板式连接，采用内隔板对于混凝土密实性会有较大影响，所以必须设置排气孔。而方钢管采用外隔板式连接就与圆钢管直通式基本一样，混凝土浇灌能够较好地达到密实效果。

(4)在不影响钢管承载能力前提下，在管柱壁上设置必要的排气孔，若管内有横隔板也应在横隔板上设置排气孔。管壁上的排气孔孔径不应小于20mm，浇筑混凝土应加强排气孔观察，并应在确认浆体流出和浇筑密实后再封堵排气孔;当采用泵送顶升法浇筑混凝土时在钢管柱胶管顶部设溢流孔或排气孔，孔径不小于混凝土输送管直径，混凝土顶升结束时，将封顶板压紧与钢管柱点焊。待混凝土达到设计强度等级标准值的70%后，补焊封顶板及圆孔板。支管系统可在砼达到终凝后拆除;管内横隔板排气孔孔径应不小于200mm，以方便内填混凝土施工;内隔板四角设透气孔以保证节点处混凝土的浇筑质量，其孔径25mm(图1所示)。

(5)采用微膨胀混凝土并且控制好膨胀率。采用微膨胀混凝土时，在强度增长过程中即产生体积膨胀，膨胀变形时释放的大部分能量均发生在混凝土养护的早期阶段，此时尚处在塑性状态，故大量空隙易于被压缩密实;同时，因游离的钙矾石结晶颗粒具有填充孔隙的作用，使空隙进一步减

少，密实作用显著提高。对微膨胀剂掺量进行严格的控制，若掺量过小，膨胀率小，混凝土收缩大，则钢管拱管内混凝土密实度达不到要求。连徐高速公路京杭大运河特大桥主桥为三跨自锚中承式空间曲线钢管混凝土拱，钢管内混凝土加入掺量为10%南特牌低碱型UEA膨胀剂进行配置。施工实测抗压强度R28=64.8MPa，3d弹性模量为3.46*10^4MPa。经检测，混凝土密实度良好，且和钢管紧密粘结无空洞和剥离现象。

(6)加强钢管检查的措施，钢管混凝土混凝土浇筑属于隐蔽工程，其浇筑质量可以采用敲击钢管的方法进行初步检测，但当排气孔边有空洞时，敲击法则敲不出，用敲击法满足不了要求的，应采用超声波检测法，对于不密实的部位，应采用钻孔补浆的方法进行补强，然后将钻孔补焊封闭。

钢管混凝土组合结构具有承载力高、抗震性好、施工简便、耐火抗腐蚀的优点，是一种适合我国国情的需要结构形式。由于组合结构在我国的应用越来越广泛，对于钢管混凝土结构在设计、施工中存在的各种问题也越来越受到关注。本文仅在改善钢管混凝土结构管内混凝土密实性方面对钢管内混凝土的配比、浇灌方法、钢管连接的形式及构造等做出初步分析，客为钢管混凝土结构的工程应用提供参考。随着科技水平的不断提高及新材料的出现，钢管混凝土的密实性问题及其他缺陷会被进一步改善，钢管混凝土结构优点能更充分地体现出来，成为一种更完善的结构形式。

图1 内隔板排气孔位置示意图

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