北京奥林匹克公园嘹望塔工程高抛自密实法浇筑高强钢管混凝土施工技术.pdf

3 4 建 筑 技 术 A r c h i t e c t u r e T e c h n o l o g y 第 4 4卷 第 1 期 2 0 1 3年 1月 V o 1 4 4 NO 1 J a n 2 0 1 3 北京奥林匹克公园嘹望塔工程高抛自密实法 。 浇筑高强钢管混凝土施工技术 焦 勇，付雅娣，徐 淼，娄贵文 ( 北京建工集 团有限责任公司总承包部 ， 1 0 0 0 5 5 ， 北京) 摘 要：北京奥林匹克公 园嘹望塔工程为高耸钢结构 ， 为加强塔身主要受力构件钢管柱 ， 采用提 高钢 管 内部混凝土强度和浇筑高度的方法来抵抗结构荷载 。本工程钢管混凝土柱浇筑采用分段抛落法 工艺 ， 利用浇 筑过程中高处下抛时产生 的动能来实现 自流平并充满钢管柱 的施工方法。 并采用了免振捣 的自密实高强高性能 混凝土 ， 减小了混凝土收缩量 ， 保证了钢管与混凝土之间可靠粘结 ， 确保了混凝土的浇筑质量 。 关键词 ：高强混凝土 ； 分段抛落法； 自密实； 钢管柱 中图分类号 ： T U3 9 8 9 ； T U7 5 5 6 文献标识码 ： B 文章编号： 1 0 0 0 4 7 2 6( 2 0 1 3 ) 0 1 0 0 3 4 0 3 C ONS T RUCT I ON T ECHNI QU E OF HI G H- S TR ENGTH S T EE L TU BE CONCRE TE BY HI GH- DROPPI NG S ELF COM PACTI NG M ETHOD I N B EUI NG OL YMP I C P ARK T OWER P ROJ ECT J I AO Y o n g，F U Ya - d i ，XU Mi a o，L OU Gu i - we n ( G e n e r a l C o n t r a c t D e p a r t me n t o f B e i j i n g C o n s t r u c t i o n E n g i n e e r i n g G r o u p ，1 0 0 0 5 5 ，B e ij i n g ，C h i n a ) A b s t r a c t ：T h e Wa t c h T o w e r P r o j e c t i n B e i j i n g O l y m p i c P a r k i s a h i g h - r i s e s t e e l s t r u c t u r e I n o r d e r t o s t r e n g t h e n t h e s t e e l t u b e c o l u mn wh i c h i s ma i n f o r c e b e a r i ng me mb e r o f t h e t o we r b o d y ，t h e s t r e n g t h o f i n t e r n a l c o n c r e t e i s i mp r o v e d a n d c o n c r e t e p o u r i n g h e i g h t i s i n c r e a s e d t o r e s i s t t h e s t r u c t u r a l l o a d：Du r i n g c o n s t r u c t i o n o f s t e e l t u b e c o n c r e t e c o l u mn ，t h e c o n c r e t e i s p o u r e d i n s e g me n t s b y h i g h d r o p p i n g m e t h o d ，w h i c h u t i l i z e s t h e k i n e t i c e n e r g y g e n e r a t e d b y d r o p p i n g f r o m a h i g h l e v e l d u r i n g p o u r i n g t o r e a l i z e s e l f - - fla t t e n i n g a n d fil l t h e s t e e l t u b e c o l u mn Vi b r a t i o n fre e s e l f c o mp a c t i n g h i g h s t r e n gth c o n c r e t e i s u s e d t o r e d u c e c o n c r e t e s h r i n k a g e ，e n s u r e r e l i a b l e b o n d i n g b e t we e n s t e e l t u b e a n d c o n c r e t e a n d g u a r a n t e e c o n c r e t e p o u r i n g q u a l i t y Ke y wo r d s：h i g h -s t r e n gth c o n c r e t e ；s e g me n t d r o p p i n g me t h o d ；s e l f -c o mp a c t i o n ；s t e e l t u be c o l u mn 随着我国钢管混凝土结构技术的发展 ，很多大型 工程采用了此种结构形式 。 例如 ： 北京财富中心写字楼 项 目( 高2 5 8 m) 外框柱采用钢管混凝土结构； 北京南站 地下室柱网采用了大量的钢管混凝土柱 ；北京西站雨 篷工程采用C 4 0 钢管混凝土柱施工等 。本工程在高耸 钢结构塔身上采用的C 8 0 ， C 7 0 高强高抛 自密实钢管混 凝土施工技术 目前在北京地区乃至全国尚属首例 ， 因 此 ，此项技术在本工程的成功应用将对其进一步推广 有重要意义。 1 工程概况 北京奥林匹克公园嘹望塔工程为高耸钢结构 ， 总 高2 4 6 8 m， 塔体总量很大 ， 塔身 、 塔冠仅钢结构重量就 将近2 万t ， 较初步设计时重量增加了5 0 以上。因此， 作 为塔身主要受力构件的钢管柱必须进行加强。若单纯 收稿 日期 ： 2 0 1 2 一 l 1 一 O 1 作者简 介：焦 勇( 1 9 7 0 一 ) ， 男， 北京市人， 高级工程 师 ， 项 月经理 ， e ma i l ： j y 7 0 1 2 1 0 s i n a c o rn 增加钢柱壁厚 ， 考虑到钢管直径限制， 钢管制作将非常 困难且不易保证质量 ， 因此 ， 决定提高钢管内部混凝土 的强度等级和浇筑高度 ， 用来抵抗结构荷载。 本工程结构全部采用焊接节点 ， 施工难度大。 超高 层结构施工共同的特点就是超高作业 ， 高处坠落 、 物体 打击和火灾等安全 问题极易发生。 尤其是5 个塔顶部塔 冠结构呈树枝状 ， 上部大 、 下部小 ， 大部分处在2 0 0 m以 上的悬空作业 ， 防护难度大 ， 施工安装风险高。 2 技术难点及解 决措施 2 1 技术难点 本工程钢管柱采用的钢材为Q 3 4 5 G J C， 柱内浇筑 C 8 0 ， C 7 0 强度等级的混凝土 。在钢管柱与楼层 支撑粱 节点处 ， 柱 内设有环向加劲板 ， 既能对梁柱 节点进行 加强 ， 又能起 到加强混凝土与钢柱结合的作 用。加劲 板上开有排汽孔 ， 以便在 浇筑混凝土时 ， 加劲板下 的 空气能够通过小孔排出 ，使下方 混凝 土能浇筑密实 ( 图1 ) 。 2 0 1 3年 1 月 焦勇 ， 等 ： 北京奥林匹克公园嘹望塔工程高抛 自密实法浇筑高强钢管混凝土施工技术 3 5 楼 | 加劲肋 加刭肋 撑入入 l 加 刭 肋 7 1 一 旺卜 坦 垫 一 支樽 加 到 肋 二 支 面梁 ( b ) 图1 环 向加劲肋示意 ( a ) 节点处加劲肋位置 ； ( b ) 加 劲肋形 式 在高抛 自密实浇筑法施工中 ，混凝土高抛坠落密 实的同时进行提升振捣和二次振捣 ，但加劲肋板处如 何避免出现质量问题 ， 是本工程施工中的难点 。 本工程开工时 ， 高抛自密实钢管混凝土技术规程 及质量验收标准 尚未执行 ， 钢管混凝土浇筑的施工方 法 、 质量验收标准尚未有可行依据。因此， 为保证钢管 混凝土浇筑质量 ， 确定一套行之有效的验收方法 ， 并验 证施工方案中确定的浇筑方法是否能保证加筋肋板处 不发生剥离 、 气泡堆积等情况 ， 现场首先进行了完全模 拟试验 ， 通过模拟钢管柱 、 模拟 浇筑方式 、 模拟振捣方 法及验收方式等 ， 形成检验标准。 2 2 完 全模 拟试 验 ( 1 )方案确定 试验 目的即通过模拟现 场施工情 况 ， 采用与现场施工相 同的浇筑工艺 、 构件条件等 ， 对 以下可能产生的情况进行验证 ： 1 )混凝土是否与钢管壁发生剥离 ； 2 )加劲肋板位置下方是否存在空洞 ； 3 )内部是否存在其他缺陷。 ( 2 )试验模具 的设计 以现 场实际钢结构柱 为基 础， 高度及大小均按一个单元的一根钢柱进行模拟， 只 是将模具做成可拆卸形式。 ( 3 )试验的方法按照现场实际浇筑的方法进行模 拟 ， 自混凝土进场检验至浇筑振捣完成 ， 均与实际施工 保持一致。 ( 4 )试验数 据采用计时表、 小锤及粉笔等作为辅 助工具进行文字记录。自混凝土进场检验至模板拆除 均全程摄像 ，并在重要环节及重要节点处如混凝土表 观 、 加劲板下 、 混凝土柱根部 、 顶部施工缝等位置进行 拍照记录 。 ( 5 )根据所记录的数据 ， 由建设单位 、 监理单 位 、 施工单位及搅拌站共同进行讨论，对浇筑工艺进行评 定、 优化 ， 确定最终的浇筑工艺和检验方法 。 2 3 试 验 结论及 成 果 试验结果显示 ， 拟采用的浇筑 、 振捣等方面的方法 措施可行 ， 可排除对混凝土浇筑质量的担忧。 试验结论 ： 本次试验柱混凝土表面 无空鼓 、 剥离 ， 环形加劲肋下方没有产生窝气现象 ， 混凝土与钢管柱 外壁粘结情况 良好 ，说明本次试验采用 的原材料参 数 、 浇筑工艺合理 。 可用于本工程钢管混凝土柱的施 工 ( 图2 ) 。 图2 试验钢管 柱 ( a ) 试验过程 ； ( b ) 试验结果 ( b ) 试验成果 ：通过试验过程和试验结论 ，总结形成 高抛 自密实钢管混凝土技术规程及质量验收标准 。 针对本工程不同管径 、 不同浇筑高度的钢管柱 ， 可按表 l 对浇筑过程进行控制。 表1 钢管柱浇筑过程控制时间 钢管柱直径 ram 6 0 o 7 0 o 7 5 0 8 o o 浇筑高度 m 9 1 2 9 1 2 9 1 2 9 浇筑时间 rai n 9 l 3 5 0 5 1 4 5 1 1 1 5 5 1 2 振捣时间 mi n 1 2 1 6 1 5 1 8 1 5 2 0 1 8 3 高强钢管混凝土施工技术的应用 本工程钢管 混凝土柱 浇筑采用分段抛落法工艺 ， 利用浇筑过程中高处下抛时产生的动能来实现 自流平 3 6 建筑技术 第 4 4卷第 1期 并充满钢管柱 的施工方法。 应设计单位要求 ，由于钢管柱内部设有加筋肋等 板件 ， 钢管直径相对较小， 为了保证浇筑混凝土质量满 足设计要求， 采用免振捣的自密实高强高性能混凝土 ， 减小混凝土收缩量， 保证钢管与混凝土之 间可靠粘结 ， 确保混凝土浇筑质量。 3 1 混凝土浇筑质量控制措施 ( 1 )卸料 前罐 车须高速运转 1 mi n 以上 ， 方可卸 料。 ( 2 )每次 浇筑混凝 土前 ， 应先 浇筑层 1 0 0 2 0 0 mm厚并与混凝土同配合 比的减石子砂浆 ，以增加施 工缝 的粘结并防止自由下落的骨料产生弹跳 ， 再按程 序浇筑。 ( 3 )钢管内混凝土须在混凝土初凝前浇筑完毕， 包括 混凝土运输 、 浇筑 、 间歇的全部时间。同钢管柱内的 混凝土最大程度上选择一次连续浇筑完毕 ，中间如需 停留时 不能超过混凝土初凝时间。 浇筑速度宜控制在 1 O 0 m rai n 以内 。 ( 4 )浇筑混凝土时， 振动棒随混凝土浇筑高度进 行振捣 。 振动棒与混凝土面同步提升， 但振动棒下端须 没入混凝土内不少于5 0 0 mm， 此尺寸需靠振捣手感控 制。振捣时间不宜过长也不宜过短 ， 应做到快插慢拔 。 浇筑至钢管柱上层时， 可看见混凝土面， 振捣应满足时 间要求并直至混凝土表面泛 浆、 不出现气泡、 混凝土不 再下沉为止。 ( 5 )混凝土完成卸料后， 应将振捣棒再次插入钢 管底 自底到顶进行整体复振 。 振动棒触底即可匀速向 上拔起 不必在某处停留进行长时间振捣。 此举可最大 程度上减少肋板下侧位置的空鼓 ，保证混凝土浇筑的 密实。振捣后如混凝土面有所下降 ，可适当补充混凝 土 ， 以保证施工缝留置位置 。 ( 6 )管内留置施工缝时， 须在钢管对接焊 口处 ， 钢 管应高出混凝土施工缝不小于5 0 0 mm。对于人员无法 进入钢管内处理施工缝时 ， 或不方便处理施工缝的 ， 不 宜留置施工缝。 ( 7 )留置 的施工缝应在混凝土浇筑完毕并达到 一 定强度后 ( 约2 4h 后 ) ， 方可对其 表面进 行清理 、 凿 毛 ， 清除落入管 内的水及异物 ， 严禁混凝土初凝后对 其扰动 。待上节钢管柱对接工作完成后 。 在上节钢管 柱顶对钢 管进行封 闭 ， 防止水等杂物进入管 内， 影响 混凝 土 质量 。 3 2混凝土 养护 ( 1 )钢管 内混凝土几乎与外界空气隔离 ， 常温下 养护的重点在于顶部暴露区域。 混凝土浇筑完毕后 。 立 即在其顶部覆盖一层薄膜 ， 待混凝土基本初凝 ， 再对管 内混凝土进行适量浇水养护。 ( 2 )钢管内杂物清理完毕后 ， 做好对柱内混凝土 的成品保护。 3 3 质量 检验 标准及 方法 ( 1 )施工中应建立健全试验 、 质量检查及工序间 交接验收制度 。 每道工序结束后均应进行检验， 合格后 方可进行下一道工序。 凡检验不合格的作业段， 均应进 行补救或整修 。 ( 2 )自密实混凝土原料 、 试验及验收项 目， 可遵照 表2 进行 ， 并做到原始记录齐全 。 表2混凝土自密实性能标准 ( 3 )钢管内混凝土的检查采用锤击钢管法全数检 查 ， 锤击检查应选择与钢管壁厚相适合的锤重 ， 通过比 较锤击回声来判定混凝土的密实情况 ，并应做好锤击 检查记录。 4结语 近2 O 年来 ，由于钢管混凝土结构适应了现代土木 工程结构向大跨 、 高耸 、 重载发展的趋势 ， 并且符合现 代化施工技术和工业化制造要求，在世界各地得到了 迅速的发展和广泛的应用，它已成 勾国家建筑科学技 术水平的标志之一。 高强混凝土在超高层施工 中已得到了广泛 的应 用 ， 上海 、 广州 1 等地已配制并泵送成功了C 1 2 0 强度等 级 的混凝土 ； 而在北京 ， 因抗震设防烈度较高 ， 超高层 建筑施工技术发展较为缓慢。本文通过介绍c8 o 混凝 土的施工技术难点及解决方法 ，对北京施工行业有很 大的参考意义。 参考文献 1 G B 5 0 2 0 4 -2 0 0 2 ， 混凝土结构工程施工质j 验收规范【 S 】 2 GB 5 0 6 2 8 -2 0 1 0 ， 钢管混凝土工程 施工质量验收规范【 s 3 C E C S 2 8 ： 1 9 9 0 ， 钢管混凝 土结构设计与施 工规程【 S 】 4 3 J G J 3 -2 0 0 2 ， 高层建筑混凝土结构技术规程【 S 】 5 J G J 5 9 一l 9 9 9 ， 建筑施 工安全检查标准【 S 】 6 3 DB J 厂 I 0 1 6 9 2 o o 3 ， 建筑结构长城杯工程质量评审标准【 S 】 7 建筑施工手册 M1 第 四版 北京 ： 中国建筑工业 出版社 ， 2 0 0 3 8 葛磊钢渣回填技术在奥林匹克公园中心区地下 车库工程 中的应 用【 J 】 建 筑技术 ， 2 0 0 7 ， 3 8 ( 4 ) ： 3 0 2 3 0 4 9 俞振达， 黄建淞， 岳劲， 等 自密实C 6 0 高强高性 能混凝土的配制及 应 用 J 1 建 筑技术 ， 2 0 1 2 ，4 3 ( 7 ) ： 6 4 3 6 4 5