钢管混凝土柱施工技术

陈泽华 （中国建筑第五工程局有限公司，湖南 长沙 410004）

1 工程概况

本工程位于安徽省蚌埠市经济开发区东海大道南侧，市政府对面，总建筑面积68302.43m2,其中档案馆及规划馆：一～六层为框架结构，地下室局部1层，中庭为钢管混凝土柱，上部H型钢桁架设计，且桁架呈圆形,总建筑面积为34366.24m2。

钢结构的连接形式：钢柱与钢梁连接钢梁翼板与钢柱翼板采用焊接一级焊缝，钢梁腹板与钢柱采用高强螺栓铰接，钢梁和钢梁拼接采用翼板焊接、腹板高强螺栓形式。

2 工程特点

本工程中庭钢管柱总长度为42.5m，总重量约为41.2t，共计12根。钢管柱制作时考虑到运输的原因及如果一次性整体吊装后，由于高度过高，故采用在工厂分4段制作，现场分段吊装，空中对接的方法进行安装。分段最大重量约为18t，采用130t吊机出43.1m杆，作业半径为9m。

3 钢管混凝土柱的特点

由于钢管混凝土在结构上结合了混凝土抗压强度高和钢材抗弯能力强的优点，可使混凝土处于侧向受压状态，其抗压强度可成倍提高；同时由于钢管柱壁内混凝土的填充，提高了钢管柱的刚度，两者共同发挥作用，从而大大的提高了承载能力。因此可大大提高结构的承载力，有利于提高本工程的施工质量。钢管混凝土柱具有如下优点:

①延伸性好、抗震性能好和承载力强；

②施工简便、大大缩短工期；

③结构的耐火和防火性能强；

④耐腐蚀性能强；

⑤构件截面减少，节约建筑材料，可增加建筑空间。

3 钢管混凝土的施工工艺

3.1 钢管柱的施工流程

钢管柱吊装→钢梁安装→焊接操作架搭设→测量校正→钢管柱焊接→焊缝检测→钢管混凝土浇筑→下节钢柱吊装。

3.2 钢管柱的吊装

①钢柱安装前对下层柱顶上的杂物、油污清理干净，将定位轴线和钢柱中心线画上标志好。

②吊点设置钢柱的起吊采用160t汽吊吊装，吊装钢柱根部垫实，吊点均设在柱顶两侧临时固定连接板的吊耳上垂直起吊。

③采用汽吊吊装，钢柱安装前应铺设脚手架，在钢柱安装位置预留4m×4m的柱位。钢柱起吊后，当柱脚距下部柱顶约30cm～40cm时扶正，使柱脚对准下部预焊的限位钢板，与柱身划线方向吻合，缓慢落钩就位。采用钢楔校正轴线位置，用上部4根Φ14mm的钢丝绳临时固定，轴线偏差在规定范围内时，通过倒拉葫芦调整钢管柱垂直度，经反复调整轴线偏差和垂直度，使两项均符合规范要求后，满焊接限位钢板，上部用4根钢丝绳从4个方向临时固定钢管柱，临时固定好后汽吊均可脱钩。

④安装完一节柱后对轴线位置、柱面标高进行检查、测量，并将复测结果做好记录，以便上一层钢管柱安装时对轴线垂直度偏差进行调整。

3.3 钢管柱的对接与焊接

①钢管柱对接采用内衬坡口焊焊接位置为垂直固定，焊接方法为焊条电弧焊，焊条牌号CHE556H。钢管柱对接焊接焊缝质量要求为二级焊缝，并进行超声波探伤检查。

②焊接前做焊接工艺评定，评定合格后按评定合格的焊接工艺报告编制焊接工艺卡，进行立柱的焊接。

③焊接环境出现风速大于8m/s、湿度大于90%和下雨天气时，采取有效防护措施,将之用防风布进行封闭。

④为防止焊接过程中钢管柱局部受热造成不均匀变形，对接焊时由2人同时对称施焊。其手工焊工艺操作要点为：直流机，极性为反焊；引弧及收弧均应在坡口内进行，熄弧时弧坑应填满，重新引弧时在起弧处进行打磨处理，多层焊的层间接头错开20cm～30mm；采用较小焊接线能量施焊，焊接线能量控制在17kJ/cm～19kJ/cm

⑤焊接作业完成后，对焊缝总量的30%进行超声波探伤检查，并出具超声波探伤检查报告，再进行钢管柱混凝土浇筑。

4 钢管混凝土浇筑

4.1 方案确定

目前国内钢管柱内混凝土的浇筑方法主要有：泵送顶升浇灌法、高位抛落免振捣法、人工逐层振捣浇灌法、导管浇灌振捣法。为了保证本工程钢管柱内混凝土密实，保证混凝土的浇筑质量，本工程钢管柱内混凝土全部采用微膨胀混凝土，浇筑采用导管浇筑振捣法，配合人工逐层振捣进行混凝土的浇筑。

4.2 施工措施

①调整混凝土的配合比，在混凝土中加水泥重量13.6%的UEA微膨胀剂，使混凝土浇筑后微膨胀剂以补偿收缩达到密实。

②适当的降低水泥的用量，增加粉煤灰的比例。

③降低石子的用量，同时适当增加砂率。

④掺入适当的减水剂。

4.3 施工工艺方法

①人工逐层浇筑法：先浇筑一层厚度约为100cm～200mm同强度的水泥砂浆，用以封闭管底并使自由下落的混凝土不致产生弹跳现象，然后将混凝土垂直运送到管柱顶，用人工将它灌入钢管中。混凝土一次浇灌高度不宜大于1.5m，采用插入式振动器振捣，插点应均匀，这样逐层浇筑，逐层振捣，直到灌满为止。在钢管的终端，使混凝土稍为溢出后，再迅速将留有排气孔的端板紧压在管端，随即进行点焊，此时应让混凝土从端板上的气孔中溢出，如有不足，适当添加混凝土，待混凝土硬化后再将端板补焊至设计要求的程度。有时也可以在混凝土施工到钢管顶部时暂不加端板，几天后混凝土施工表面由于收缩而下凹，使用与混凝土强度相同的水泥砂浆抹平后，盖上端板并焊好。

②导管浇筑法：在钢管内插入混凝土浇筑用甭管，自下而上边退边完成混凝土的浇筑。浇筑前导管下口离底部的垂直距离不宜小于300mm。导管与柱内水平隔板浇灌孔的侧隙不应小于50mm，以便插入振捣捧振捣。同时在浇筑过程中，可采用附着式振动器在钢管外部振捣。

5 钢管混凝土质量控制

5.1 混凝土浇筑

钢管混凝土泌水与空鼓现象的处理：钢管的密闭性使混凝土中水分无法析出，加上振捣板在狭小空间振捣，粗骨料相对下沉，砂浆上浮，使混凝土中多余水分上浮至管顶，在管顶形成砂浆层和泌水层。混凝土在硬化过程中的收缩，也易导致管壁与混凝土粘结不紧密，造成空鼓现象。针对以上问题，经对钢管混凝土施工的各个环节进行分析，采取如下措施：

①严格控制碎石级配，钢管混凝土所有碎石必须是0.5cm～4cm连续级配。

②调整配合比，确定水灰比为0.4，坍落度为20mm，在混凝土中掺入13.6%UEA膨胀剂配制成补偿收缩混凝土，并掺入NF高效减水剂，增强混凝土的粘聚性和和易性，减少用水量。

③顶端投料振捣高度不超过1.5m，用混凝土体积控制高度，振捣时间以混凝土表面无气泡泛出为准，设专人监控。

④钢管内混凝土的浇筑宜连续进行，必须间歇时，间歇时间不应超过混凝土的终凝时间。应将柱端口封盖，以防止杂物、雨水落入钢管内。

5.2 浇筑质量检测

①敲击法，即通过声音来分析管内混凝土是否密实。用质检专用的3号钢锤进行敲击检查，每层每根钢管柱进行全检，7d、28d共2次（敲击时间不宜过早，以免影响混凝土与钢管壁的粘结）。检查方法采用三管法进行检测，3根钢管成等边三角形布置，沿长度方向每隔2m设置焊接点与钢管柱焊接牢固。检测管上口应低于钢管柱上口或连接隔板下口200mm左右,检测管之间的连接应严密,防止混凝土进入钢管引起堵塞。检测数量为直段区钢管数的10%。

②超声波测试法，钢管混凝土的超声波是检测钢管混凝土的密实度和均匀性，钢管内超声波检测结果比钢管外超声波检测结果能够更直观和真实地反映钢管混凝土的实际浇筑质量,所以现场采用钢管内超声波检测的方法检测钢管混凝土的浇筑质量。

5.3 施工注意事项

①配合比，搅拌站应严格按照试验配合比进行配料，以确保混凝土的可泵性和自收缩量在规定范围内。

②浇筑顺序，钢管柱分两个区同向浇筑，节点相反；每一个节点下的两根钢管柱之间采取对称浇筑。节点处混凝土面处理时，钢管内混凝土浇筑完成面标高低于钢管接驳面400mm以上，待混凝土初凝后将节点处混凝土凿毛露出石子，用清水将混凝土碎块冲洗干净。

③钢管混凝土施工监控，为保证对钢管混凝土质量的监控，在钢管内安装摄像头，对混凝土施工过程进行全面控制。

④浇筑速度，要合理控制混凝土的浇筑速度，以保证混凝土的振捣质量。同一根钢管柱混凝土浇筑应该连续，分层间不得出现冷缝。

6 结束语

钢管混凝土结构已广泛应用于建筑结构尤其是在高层建筑结构中，随着建筑物高度的增加，钢管高强混凝土和钢管超高强混凝土结构的应用也将会得到快速的发展。钢管混凝土利用钢管和混凝土两种材料在受力过程中的相互作用，即钢管对其核心混凝土的约束作用，使混凝土处于复杂的应力状态之下，不但提高了混凝土的抗压强度，而且还使其塑性和韧性性能得到改善。混凝土塑性、韧性的改善使本属于脆性的材料转变为塑性材料，而且避免和延缓钢管过早地发生局部屈曲，从而提高了结构的可靠度、强度，又节省了材料，降低了造价。通过钢管和混凝土组合而成为钢管混凝土，不仅可以弥补两种材料各自的缺点，而且还能充分发挥二者的优点，具有很高的实用价值。

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