钢管高强混凝土组合柱施工技术

钢管高强混凝土组合柱施工技术

彭华

广西建工集团第五建筑工程有限责任公司广西柳州545001

摘要：钢管混凝土柱结构应用在高层建筑结构中有很多优越性，正在得到越来越多的重视和越来越广泛的应用。本文作者从港珠澳大桥珠海口岸工程这一实际工程实践出发．探讨了钢管混凝土柱的施工技术和质量控制．供同行们共同切磋和研究。本文介绍了钢管混凝土拄的施工技术和质量控制方法。

关键词：钢管混凝土柱；施工方法；质量控制

钢管高强混凝土组合柱是先将钢管柱周边板筋与钢管搭板焊接并浇筑混凝土，再向钢管内注入高强混凝土而形成的一种新型组合柱，这种新型组合柱具有较高的承载力、较好的延性，当采用这种新型组合柱时可以减少了施工时搭设模板，大大减小了劳动力成本，还可以有效地减小柱的截面尺寸，增大建筑物的使用空间，同时也可以有效地避免在地震中短柱的出现。钢柱位置从地下室至7.5米层，地下室8根，首层6根，共14根钢柱，最大截面φ2000mm×60mm，最小截面为φ1200mm×45mm柱内混凝土强度等级为C60，主体为框架一剪力墙结构。

一、钢管柱的加工制作

钢管混凝土柱用的钢管焊接、制作要求较高．为减少现场工作量，保证质量，钢管及各部件制作、组焊集中在工厂完成，经检验合格后运至现场安装。在制作过程中，须特注意以下几点：

（1）钢板下料尺寸必须精准，其切口应平滑，不得有夹渣、分层、裂纹及熔渣等缺陷．火焰切割产生的表面硬化层应磨除，对检查有质量问题的材料应进行隔离处理。

（2）卷制钢管的钢板必须平直，不得有翘曲、表面锈蚀和冲击痕迹，在卷圆过程中，钢板不得出现褶皱、起皮。卷管的方向应与钢板压延方向一致。

（3）焊接前，应根据焊缝的型式、部位及板材的厚度用刨边机对钢板边缘进行坡边，坡口必须符合焊接规程的要求。

（4）每段管柱上下筒节的竖向焊缝应相互错开至少300．同时还应保证上下节管柱拼接处的竖向焊缝相互错开至少300。避免焊缝集中，影响钢管柱的受力性能及延性。

二、钢管柱的现场安装

1、柱脚锚栓的预埋。钢管混凝土柱柱脚与基础承台的连接设计成半插人式柱脚构造。除常规锚栓外，另在基础承台中埋设16φ25纵筋伸入钢管内并在其外表面加焊栓钉以加强锚固作用。

（1）施工时。为保证柱锚栓预埋位置、标高的准确，在底板钢筋绑扎完后．按预埋板规格做一个稳定的支架．按垫层上放线位置直接落于垫层．用以支撑、固定整个锚栓预埋件及柱身钢筋笼。锚栓顶部柱脚处做一钢板环．按设计图纸上的锚栓位置进行放样、钻孔．锚栓穿过环板孔洞并调整标高及板面平整度后，进行塞缝焊接。支撑锚栓的支架、钢筋笼及钢板环相互间可利用短钢筋进行连接．以保证其相对位置．同时还必须与纵横向底板钢筋及工程桩锚固筋可靠连接，使其上下前后左右均不能自由移动。

（2）预埋时。必须在两个相互垂直的轴线上架设经位仪和水准仪调整整个锚栓预埋件和钢筋笼的水平位置、平整度或垂直度及标高。使其偏差在规范的允许范围内。

2、钢管柱的吊装

钢管柱的现场吊装一般是利用现场的施工塔吊．因此制作时．必须考虑塔吊的起重量是否能满足要求．以钢管柱离塔吊的最大距离为起重半径来计算其最大起重量．确定钢管柱的每段加工长度。

（1）吊装前的准备工作：首节钢管柱安装前先清理预埋钢板面及周边的混凝土面，并将柱脚处的混凝土面凿毛，清洗干净：然后在底板混凝土面上弹出柱的轴线位置，在线上标出柱半径、焊定位板。检查钢管柱四个方向是否作出标识，同一根柱的方向标识是否与牛腿及连接耳板的方向一致。

（2）垂直度的观测与控制。垂直度控制用2台经纬仪在相互垂直的两个方向观测，观测时。经纬仪对中于柱轴线，十字竖丝对准柱脚处柱外边线点．观测者由柱脚从下向上观测柱身及牛腿中心线，同时指挥安装人员调整顶拉杆，直至柱顶及牛腿中心线与经纬竖丝重合。

3、钢管柱安装质量控制

（1）按设计图样绘出柱位图。并按顺序编号，核对图样，确定每根柱的节点标高和节点做法，制订工艺方案及焊接工艺流程，指导施工。

（2）加工好的钢管柱运达现场后，进行尺寸、外观的二次检验，符合要求方可安装。

（3）现场焊接必须满足焊接工艺要求，焊条在使用前应在烘箱内焙烘，严禁使用湿焊条。

（4）焊接完成后应去除焊渣、飞溅等，同时进行外观检查，表面应平整，不得有漏焊、偏焊、微裂纹、气孔、弧坑和夹渣等现象。并按规范要求对焊缝进行超声波无损探伤检测，不符合要求的需进行返修，同一部位返修不得超过3次。

（5）在焊接过程中全程用经纬仪监测，及时调整焊接部位，以调整柱身垂直度。对接环缝焊接好后，应对柱身垂直度及标高进行复核。并做好偏差值记录．以便下次安装调整，防止出现累积误差。

（6）焊工必须有岗位操作证并具有丰富的钢结构焊接施工经验，施工中建立焊接记录卡．焊接柱与焊工编号相对应。

4、钢管混凝土的浇筑，

现场采用塔吊吊运的浇捣法，振捣采用插人式加长振捣棒。混凝土为C60混凝土。

为了保证混凝土生产速度能满足钢管柱砼输送的施工需要，钢管柱混凝土浇筑时间计算：

塔吊连续作业，每台塔吊所需配备的混凝土罐车数量为：

：每台塔吊实际输出量m3/h，取6m3/h•台；

V：每台混凝土罐车的容量m3，取5m3；

S：每台混凝土罐车的平均行驶速度（车辆行驶速度有限，取20KM/h）；

L：混凝土罐车的往返距离KM，取5KM；

T1：每台混凝土罐车的总停歇时间，取1.0h。

由计算结果可知，每台塔吊输送混凝土共需要配备混凝土罐车2辆。

5、混凝土浇筑方法

5.1、浇筑方法：本工程钢管混凝土柱内节点处只有少量预应力波纹管穿插通过，考虑柱内空间充足，当混凝土自由倾落高度超过2m时，浇筑时在塔吊料斗下安装DN125帆布导管，通过帆布导管使混凝土下落。同时结合高频振动棒振捣和自密实混凝土，以保证混凝土质量。由于钢管高度较高，常规振捣棒无法插入至底部，且容易在振捣中触碰到栓钉和隔板，损坏钢柱和振捣棒。可采用特制的振捣棒，直径为40mm，长度15m。下棒时，振捣棒由灌注孔中心插入进行振捣。上层混凝土应在下层混凝土初凝前浇筑。

5.2、浇筑时应注意的问题：

1）每次浇灌前，逐根检查钢管柱内部，管内不得有积水、杂物、油污。

2）混凝土输送泵管在润泵和洗泵管时所产生的污水和水泥砂浆等废料，不能直接往楼面倾泻，更不能往钢管内部排放。可特制一个容量约4～5m3的水箱，利用塔吊将水箱预先放置于离布料杆最合适距离处，将污水及废料直接倾泻至给水箱内。

3）严禁向混凝土中加水，并密切关注天气情况，避免雨天施工。

4）浇灌前先浇灌一层厚度为10cm～20cm的与混凝土等级相同的水泥砂浆，防止混凝土粗骨料产生弹跳。

5）对于气泡较难排除的钢管柱内隔板底部，在工序上进行控制。在浇筑混凝土过程中，采取分段浇筑，分段振捣；在浇筑至内隔板下4～5cm处时，暂停约5min，使气泡尽量排出，在连续浇筑高度1m后，可插入振捣棒振捣，振捣时间不得少于30s，快插慢拔，振至混凝土面泛浆且混凝土不冒泡不下沉即止，避免过振；料斗下口尺寸比钢管内径小200mm，以便混凝土下落时，钢管内空气能够排出。

6）为确保混凝土强度符合要求，在每次柱混凝土浇筑完成30min后，将顶部粗骨料含量较少的混凝土舀除；柱顶部若有混凝土下沉回落，则用人工回灌混凝土，以保证钢管柱内砼的浇筑质量。

5.3施工缝

⑴每节钢管柱接驳处，因为焊接高温容易致使混凝土受损，为避免此种情况的发生，除最上节钢管外，每节钢管柱内混凝土浇筑至接口以下500mm处。

⑵施工缝处理：在施工缝处继续浇筑砼前，已浇筑的砼其抗压强度不应小于1.2Mpa，其处理程序为基层处理→洒水湿润→结合层→浇筑砼。

①基层处理：先清洗施工缝处的垃圾，凿除松动的石子和软弱砼层，并清理干净。

②洒水湿润：在清理好的砼表面洒水湿润，并排除积水。

③结合层：采用与自密实混凝土等级相同的水泥砂浆，其厚度一般为10cm～20cm。

钢管混凝土柱是由混凝土填充于钢管内而形成的一种新型组合构件，按照截面形式的不同可分成矩形、圆形、多边形钢管混凝土柱等，它可以与混凝土梁、钢梁、混凝土与钢的组合梁方便地连接形成承重结构，成为高层建筑主体结构，由于混凝土与钢两种材料在性能上的互补性及钢管对其内部混凝土的有效约束作用。

参考文献：

［1］钟善桐．钢管混凝土结构［M］．北京：清华大学出版社，2012．

［2］钟善桐．钢管混凝土统一理论——研究与应用［M］．北京：清华大学出版社．2014．

［3］韩林海，杨有福．现代钢管混凝土结构技术［M］．北京：中国建筑工业出版社．2013．

［4］陶忠，于清．新型组合结构柱——试验、理论与方法［M］．北京：科学出版社．2012．