复杂条件下超高巨型钢管柱混凝土灌芯施工技术.pdf

第 3 3卷 第 1期 Vo 1 3 3 NO 1 建筑施工 B UI L D I N G C 0 N S T R U C T 1 0 N 复 杂条件 下 超 高 巨型 钢 管柱 混 凝 土灌 芯 施 工技 术 Co ns t r uc t i o n Te c h no l o g y f o r C0 nc r e t e Ca s t i ng i n t o S u pe r Ta l l a nd Hug e CFST u nde r Co m p l i c a t e d Co ndi t i o n 口 陶 金 ( 上海市第七建筑有限公司 2 0 0 0 5 0 ) 【 摘 要】 针对京沪高速铁路上海虹桥站工程中的普通混凝土在灌芯混凝土高度超高、截面尺寸特殊、管内节点复杂等特殊 工况及特 点，采取 了针对性的 大型钢管柱灌芯施工技术 ，不但 满足 了设计要求 ，还加快 了施 工速 度，保 证 了施工的质量 。经实 践证明，该技 术不仅能保证质量 ，还可节约施工成本。 【 关键词】钢管混凝土 耐久性混凝土 自 密实混凝土 横隔板 超长串筒 导管法 【 中图分类号】 T U 7 5 6 ， 文献标识码 B 【 文章编号】 1 0 0 4 1 0 0 1 ( 2 0 1 1 ) O l 一 0 0 2 5 0 3 0刖 菁 近年来，钢管柱混凝土灌芯施工在我国广泛使用的主 要 方法有两种 ：一种是高位抛 落不振捣混凝土 的施工方法 ， 另一种是在钢管柱下部开临时浇灌孔， 用混凝土泵自下而上 灌注混凝的施 工方法( 泵送顶升法) 。两种方法的混凝土一 般均采用 自密实混凝 土 ， 但价格大大超过普通混凝土。本文 针对京沪高速铁路上海虹桥站地下室主体结构工程中， 具有 大量大型方钢管劲性混凝土柱 的特殊工况及特点 ， 采 用了普 通混凝土在巨型钢管柱 内灌芯 的施工技术 ， 在满足设计要 求 的情况下， 确保了巨型钢管柱混凝土灌芯的密实性和减小了 钢管内壁与混凝土间隙， 同时还减少了工程投资。 1 工程概况 京沪高速铁路 上海 虹桥 站站房主体与其下 方的地铁虹 桥 站工程为合建 ， 整个工程 主体分为 5 层 ， 地上 2层 ， 地 下 3 层 。 地下室主体结构由于承 受高速列车 的动荷载及大空间设 计的需要， 采用了大量大型方钢管劲性混凝土柱。钢管柱的 高度约为 3 0 m ，按工况施工要求一般分为 3节后现 场焊 接 拼装 ， 每节钢管柱的长度约为 1 0 m 。 方 钢 管 柱 截 面 尺 寸 一 般 为 1 4 0 0 m m x 1 0 0 0 m m 、 1 4 0 0 m m1 4 0 0 m m 、 1 4 0 0 m m2 6 0 0 m m 。钢管柱 内在 梁 位置处设有 多道 横隔板 ， 横 隔板上设 有 4 0 0 m m6 0 0 m m 由上海市科委课题 “ 京沪高速铁路上海虹桥站综合施工关键 技术研究 ” ( 编号 0 9 2 3 2 1 0 0 1 O 0) 【 作者简介】 陶 金( 1 9 7 3 一 ) ， 男， 本科， 工程师。 联系地址： 上海 市武夷路 1 5 0号( 2 0 0 0 5 0 ) 【 收稿日期】 2 0 1 0 一 l 2 2 l 2 o l 1 年 月出版 的浇灌孔， 并设有 6 0 m m透气孔。钢管柱内的灌芯混凝土 采 用耐 久 性为 1 0 0年 的 C 5 0混 凝土 ，浇 筑高 度 为 1 O m 3 O m 。其具体情况详见图 1 图 3 。 口 ? 墨墨互皇 篁 图 I主体结构剖面 图 2 方钢 管柱构造 图 3 典型钢管柱断面 2 钢管灌芯混凝土施工难点分析 ( 1 )难点一 ： 如何 保证 1 0 m3 0 m高度钢 管柱 内灌芯 混凝土的施工质量。 2 5 园一 第 1期 陶 金： 复杂条件下超高巨型钢管柱混凝土灌芯施工技术 1 ， 2 0 1 1 因为本工程结构形式复杂， 地下结构工况条件特殊， 钢 管柱灌芯高度受吊装分段的限制， 一般灌芯混凝土浇捣高度 均超过 1 0 m ，部分灌芯混凝土一次浇捣高度达 2 0 m左右。 而一般混凝土超过 6 m浇捣就十分困难， 1 0 m3 0 m高度 浇捣钢管混凝土会产生混凝土离析分层、 空鼓、 沁水等一系 列 问题。 所以钢管柱混凝 土施工质量是整个工程施 工的关键 之一 ， 必须采取一系列行之有效的技术措施 。 ( 2) 难点二 ： 如何防止钢管 内壁与管内混凝 土产 生间隙。 一 般自密实混凝土在浇捣后体积会产生收缩，但是钢 管混凝 土的结构原理要 求钢管和混凝土要成 为一个共同体 受力， 两者不可分离 ， 故在混凝土材料的选择上显得较为重 要。 同时， 由于本工程钢管柱截面大， 钢管内有多道横隔板且 为方型截面， 阴角、 隔板底等特殊部位混凝土间隙较难控制， 如伺确保混凝 土密实度成为结构 中的难点。 3 钢管混凝土灌芯浇捣试验 针对超高的大截面方钢管柱存在的特点 ，结合现场实 际工况， 我们在现场用木模模拟了方钢管柱的截面形状及管 内加劲板布置 ， 采用了针对性的普通混凝土导管浇筑法的施 工工艺及措施进行试验 ， 其类似于以钻孔灌注桩施工的混凝 土浇筑工艺进行的施工。试验中， 我们先将试验柱高度设为 l O m ， 然后选 用了 l O m m厚无缝钢管制作导管。导管采 用 4 节标准节 ， 内径 2 3 0 m m， 并使其标准长度为 2 5 m 。 导管采 用 汽车 吊起拔 ， 人工配合的方法进行施工。我们在浇筑混凝土 施工时采用了汽车泵， 并在混凝土浇灌过程中采用吊车来上 下抽动导管 ， 以确保混凝土的浇筑密实。 通过试验， 我们在拆模后检查发现： 混凝土的施工质量 和密实程度完全达到了预期要求( 图 4 ) 。这为大截面方钢管 柱灌 芯采用导管法施 工提 供了可靠 的实践经 验及 施工技术 控制措施。 2 6 图 4 试验柱 实体质量检验 4 大截面方钢管柱灌芯实施确定 根据试验结果，结合现场实际情况及吊装单位的吊装 方法， 我们对不同部位及不同的浇捣高度相应采取了不同的 施工方法。 如 ： 汽车泵接软管加超长串筒浇筑和导管法浇筑。 具体施 工过程为 ： B 3 层部位： B 3 B 2 层( 8 4 4 m) 钢柱灌混凝土采用汽 车泵接超长串筒振捣浇筑， B 2 B O层( 1 8 1 2 m) 柱在 B O层板 梁混凝 土浇筑完毕后一次性采用导管法施 工。 B 2 层部位： B 2 一B 1 层( 8 9 7 m) 钢柱灌混凝土采用汽 车泵接超长 串筒振捣浇筑 ， B 1 B O层 ( 9 1 5 m) 柱 在 B 0层板 梁混凝土浇筑完毕后采用汽车泵接超长串筒振捣浇筑。 B 1 层部位 ： B 1 B O层 柱( 9 1 5 m) 在 B 0层板 梁混凝 土浇筑完毕后采用汽车泵接超长串筒振捣浇筑。 5 关键施工技术 5 1 汽车泵接超长 串简振捣浇筑 5 1 I灌芯混凝 土配合 比 灌芯混凝土采用耐久性为 i 0 0年的 T 2碳化环境 下的高 性能普通 C 5 0商品混凝土 ， 混凝土坍落度控制在 1 2 c m土 3 c m ( 表 1 ) 。 表 1 灌芯 混凝土配 合比 材料名称 水泥 粉煤灰 水 础 石子 外加 剂 品种规格 P 0 4 2 5 $ 9 5 F 一 饮 用 中砂 5 2 5 A D V A 1 5 2 D L R 每立方用量(k 曲 2 7 0 1 O 5 1 O 0 1 6 0 6 8 6 1 0 6 0 5 2 2 5 1 2 振捣机械 振捣机械选用 Z N 7 0型、 软管长度为 1 0 m的插入式振动 机 ( 见图 5 ) 。 图 5 Z N7 0振动机 5 1 3 串通形式与横 隔板处浇捣孔设置( 图 6 、 图 7 ) 串桶采用 内径为 2 0 0 m m的加 筋塑料管 ， 串桶通过横膈 板上的浇捣孑 L 直接插入钢柱 内浇筑施工。为防止混凝土离 析， 下料 自由落体高度应控制在 2 O m以内。由于钢管柱在 结构楼层位置处设有 3 道横隔板， 为确保钢管柱内横隔板处 混凝土的密实性， 在钢结构加工时， 应在每道横隔板四角和 中间设置一定数量的透气孔。捣机械采用 7 0 m m插入式 振动机 ， 振动机从浇捣孔内插入 ， 每个钢柱内同时设置两根 振动棒。 5 1 4 灌芯( 图 8 ) ( 1 )灌芯机械采用汽车泵 ， 串简与汽车泵的软管连接； 绢 汹矗 1 ， 2 0 1 1 陶 金： 复杂条件下超高巨型钢管柱混凝土灌芯施工技术 第 1 期 图 7 透气孔与振 动棒布置 ( 2) 振动棒始终插在钢管柱 内， 并 由底部 向上振动 ， 每 振动 4 5 S 可提升 3 0 c m， 同时对横隔板处增加振 捣时间 ， 以 确保其密实性： ( 3 ) 为 了有效控制振动棒的每次提升高度 ， 在振动机的 软管上采用红油漆设置刻度。钢管柱内的混凝土须连续浇 筑 ， 间隙时间不应超过 3 0 m i n 。 图 8汽车泵接软 管灌芯 5 2 导 管法浇筑( 图 9 ) 2 o 年 l 蛙 舨 图 9 导管法灌芯 5 2 1 灌芯混凝 土 混凝 土要求供应 厂家提供强度高 、 和易性能好 的材料 ， 混 凝 土坍 落度为 2 0 c m2 c m 。商 品混凝土 中的水泥、砂 、 石 子、 水、 掺合料、 外加剂等原材料技术指标除符合国家现行标 准规定外 ， 还有补偿 收缩的要求 ， 我们 在其 中掺入 了适量膨 胀剂， 使混凝土浇灌后微膨胀， 待补偿收缩后达到了密实。 5 2 2 施 工机具 导 管( 配储 料斗 ) 接头采 用法兰盘接头 ， 用 8 M 2 9螺栓进 行连接 。 其要求为 ： 应平直 无损 ， 接头处密封性要好。浇捣架 ( 配卷扬机 ) 类似与地下连续墙浇捣架。 汽车泵是根据其停放 的位置来选择合理的机械型号。 5 2-3 施 工 流 程 安装 浇捣 架一 卷扬机 下导 管一安 装储料斗一 浇筑混凝 土( 用卷扬机上下抽动导管) 一卷扬机起拔导管( 拆导管) 一 卷扬机下导管一 浇筑混凝土 ( 用卷扬机 上下抽 动导管 ) 浇筑完毕。 5 2 4 灌芯 ( 1 )横隔板处浇捣孔及透气孔的设置 与超长 串通 浇捣 法相 同的设置 。 ( 2 )导管插入 到离 柱底 3 0 0 m m4 0 0 m m左 右 ， 导管 顶端安装漏斗。在浇筑过程中要采用卷扬机上下抽动导管， 在柱顶部 1 5 m范 围要采 用振 捣机械进行振 捣， 以确保混凝 土的浇筑 密实 。 ( 3 )在提升导管前 ， 要用标准测深锤测好混凝土表面 的深 度 ， 以控 制导管提升 高度 ， 并始终将导 管底 口埋于已灌 入混凝土液面下不小于 2 m处 。 ( 4)首灌混凝土后， 要保持混凝土连续地灌注 ， 并尽量 缩短间隔时间。 当导管内混凝土不饱满时， 应徐徐地灌注 ， 以 防止导管内形成高压气囊。 6 结语 通过对京沪高速铁路上海虹桥站工程中 ， 大量 巨型方钢 管劲性混凝土柱 内灌芯施工方法的研究与实践 ， 获得 了很 多 宝贵的实践经验。 实践证明， 采用非自密实混凝土、 汽车泵接 超长串通和导管法的施工方法浇筑钢管柱芯混凝土施工， 其 施工速度快 、 操作 简便 ， 在既保证 了钢 管柱内灌芯混凝 土的 密实度 ，又减 少了钢管内壁 与管内混凝土产生 间隙的同时， 还大大地节约了施工成本。 这不但为大型方钢管柱内灌芯建 立了理论基础 与实践经验 ， 更为今后类似 的工程施 工创造了 条件 。 2 7