超高层建筑箱型钢管柱混凝土浇筑技术.pdf

第4 3 卷第1 期 2 0 1 6 年 1 月 工程技术 En g i n e e r i n g a nd T e c h n o l og y 建筑技术开发 Bu i l d i n g T e c h n o l o g y De v e lo p me n t 超高层建筑箱型钢管柱混凝土浇筑技术 朱维香 ( 浙江广厦建设职业技术 学院，浙江东阳3 2 2 1 0 0 ) 摘要 钢管混凝土结构作为一种新型的组合结构，具有 良 好的性能，在超高层建筑中得到了广泛应用，但其混凝土浇筑 及质量控制一直是个难题 。本丈结合实际工程项目，对钢管柱混凝土的施工方法、材料及配合比设计、浇筑工艺、质量检测等 进行探索，希望能对今后类似工程施工提供参考与借鉴。 关键词 超高层建筑 ；箱型钢管柱 ； 混凝土浇筑技术 中图分类号 T U7 4 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 1 5 2 3 X ( 2 0 1 6 )0 1 _ 0 l 0 4 一 J o 3 Co n c r e t e Ca s t i n g Te c h n o l o g y o f Bo x Ty p e S t e e l T u b e Co l u mn o f S u p e r Hi g h Ri s e Bui l di ng Z h u We i - x i a n g 【 Ab s t r a c t As a n e w t y p e o f c o mp o s i t e s t r u c t u r e ，c o n c r e t e fi l l e d s t e e l t u b u l a r s t r u c t u r e h a s g o o d p e r f o r ma n c e ，wh i c h i s wi d e l y u s e d i n h i g h - r i s e b u i l d i n g，b u t i t h a s a l wa y s b e e n a d i ffic u l t p r o b l e m i n t h e c o n s t r u c t i o n a n d q u a l i t y c o n t r o l o f c o n c r e t e i n t h i s p a p e r ，c o mb i n e d w i t h t h e a c t u a l e n g i n e e r i n g p r o j e c t ，t h e c o n s t r u c t i o n me t h o d s ，ma t e r i a l s a n d mi x p r o p o r t i o n d e s i g n ，c o n s t ruc t i o n t e c h n o l o g y ， q u a l i t y i n s p e c t i o n a n d S O o n ， h o p i n g t o p r o v i d e r e f e r e n c e f o r s i mi l a r e n g i n e e r i n g c o n s t ruc t i o n i n t h e f u tur e K e y wo r d s s u p e r h i g h r i s e b u i l d i n g： b o x s h a p e d s t e e l tub e c o l u mn； c o n c r e t e c a s t i n g t e c hno l o g y 钢管混凝土结构作为一种新型的组合结构，承载力高， 有很好的抗震性、防火性、耐腐蚀性 ； 施工过程中不需模板， 节约了施工时间，降低了施工成本，实现节约化施工，具有 良好的经济效果 ；随着超高泵送、高强高性能混凝土技术发 展，该组合结构在超高层建筑中的应用也越来越多。钢管混 凝土结构虽然具有诸多的优异特点，但钢管 内混凝土的浇筑 及质量控制一直是个难题，限制了钢管混凝土在施工方面优 势的发挥； 而工程项目又千变万化，每个工程都有其自身特点， 所以制定相应的钢管混凝土施工方案，创新施工技术，确保 钢管混凝土的施工质量，是值得研究的课题。本文结合 J J 金 融中心项 目的实际施工，对箱型钢管混凝土柱的施工方法、 材料及配合比设计、浇筑工艺、质量检测等进行探索，以期 对类似 工程 施工提供借鉴。 1 工程概况 J J 金 融 中心项 目包 括地 下室 、裙楼 、附楼和 主塔楼 四大 部分， 是集写字楼、 酒店、 商业、 住宅为一体的大型综合建筑群， 总建 筑面积 5 8 5 万 m 。主塔楼 金融大厦共9 8 层，高4 3 9 m， 其外框结构为 l 6 根箱型钢管混凝土柱，通过腰桁架、巨型斜 撑将外框连成一体，再 由伸臂桁架和楼层钢梁连接外框结构， 与剪力墙内2 2 根钢柱连接成一体，形成高耸的空间稳定结构 ( 见 图 1 ) 。 J J 金融中心箱型钢管混凝土柱的施工难点为 ： 箱型钢管 柱两种基本材料的性能差异太大，收缩变形不一致，而且钢 管柱 内空间狭小，混凝土浇筑时不便振捣，要求混凝土自密 实性及膨胀性，来保证钢管混凝土的密实度，所以高性能混 凝土 的试配及施工是个难点。箱型钢管混凝土柱的钢结构安 装一般每次2 3 层，安装高度 8 2 m 1 6 2 m，混凝土浇筑落差 高达到1 6 m，在浇筑过程中混凝土不发生离析是施工中需解决 的。箱型钢管内设竖向立板、水平拉筋、纵向钢筋，钢管柱 截面见图2 ，操作空问狭小，障碍多，增加了施工难度。箱型 钢管内每隔一定的间距设置水平隔板，排走隔板底部空气保 证混凝土浇筑质量也是一个施工难点。 收 稿 日期 ： 2 0 1 5 1 2 1 4 课题项目 ： 2 0 1 5 年浙江省教育厅科研课题 超高层建筑钢管混凝土浇 灌技术研 究( Y2 0 1 5 3 4 5 7 7 ) 。 作者简介 ： 朱 维香 ( 1 9 7 5 一 ) ，女，浙江 东 阳人 ，讲 师 ，工 程师 ，主 要研 究方 向为工程管理 。 1 0 4 图1 J J 金融中心示意图 拉 筋 。 1 褪 。 纵筋 一 ： 6 o J g ! 隔板 、 栓钉 、 ， 1 3 5 0 1 3 5 0 ， 2 7 0 0 图2 箱型钢管柱平面图 2 施工方法 比选 目前市场上比较常用的钢管混凝土施工方法有三种，其 工作原理、施工特点及适用性见表 1 。 通过对常用钢管混凝土施工方法的施工特点及适用性进 行比较， 都不太适合本工程施工， 为此项 目部依据本工程特点， 对钢管混凝土浇筑方法进行创新改良，提出了串筒浇筑机械 建筑技术开发 B u i l d i n g T e c h n o l o g y De v e l o p me n t 工程技术 En g i n e e r i n g a n d Te c h n o l o g y 第4 3 卷第1 期 2 0 1 6 年 1 月 振捣法。此方法施工特点有 ： ( 1 )材料选用高流态 自密实混 凝土，考虑到隔板存在，不高抛，采用串筒浇筑 ；( 2 )为了 达到密实性，通过电动绞车调节振捣棒，实施辅助机械振捣 ； ( 3 )在钢管外搭设操作平台，操作人员在操作平台上进行施 工控制，不需进入钢管 内操作 ； ( 4 )选用德国威克 I R E N6 5 型 高频振动棒，其振捣有效半径达到 1 2 0 0 mm，而振捣最远距离 为8 0 0 mm，所以能有效振捣密实混凝土。 表1 钢管混凝土浇筑施工方法 序号 施 工方法 原理及特 点 适用性 1 泵送 利用泵送的压力将高流态自 本工程一段钢管一次性浇筑量 顶升法 密实混凝土由底到顶注入钢 较大，泵送顶升法需在 1 5 小 管，由混凝土自重、泵送压 时内完成注浆，这一点难以保 力、自身良好性能达到密实 证，所以此方法不太适合本工 的状 态， 不用 振 捣混 凝 土， 程施工 。 施工人 员不 必进入混 凝土管 内，解 决 了空间小 ，人无法 进管内操作的困难。 2 高抛自 根据一定的抛落高度，利用 本工程钢管柱内设在立板、隔 密实法 混凝土坠落时的动能及混凝 板、 拉筋、 纵向钢筋， 受此影响， 土自身的良好性能达到密实 混凝土坠落时的动能损失很大， 的效果，不用振捣混凝士 。 达不到高抛效果。 3 串筒浇 利用人工和振捣器械振捣混 本工程钢管被立板、横隔板， 筑人工 凝土来达到密实的效果。人 拉筋以及纵向钢筋分割成很小 振捣法 工操作，施工灵活 的空 间，施工 人 员很难进 入钢 管内施工，钢管底部距离上口 太远，且炎热天气时钢管底部 内作业环境恶劣，所以此方法 也不适合本工程施工。 3 优化施工工艺及加强施工过程控制 3 1 原材料选用及混凝土配合比 本工程钢管内混凝土设强度等级为 C 6 0 ，属高强高性能混 凝土，强度高、黏性大 ； 泵送距离长，坍落度损失大，需采 取有效措施降低坍落度泵送损失，保证混凝土具有 良好的可 泵性，不泌水、不离析、自密实等 ； 为保证混凝土顺利进入钢 管内每个空间并充满， 要求混凝土具有 良好的流动性、 和易性、 填充性和膨胀性等。施工前成立高强高性能混凝土攻关小组， 通过大量的配合比、模拟浇筑试验，最终原材料及配合 比确 定为 ： 水泥为珠江水泥厂生产的P I I 4 2 5 R水泥 ； 砂细度 模量为2 5 、含泥量不大于O 6 ；石子为花岗岩碎石，粒径为 5 3 l mm， 含泥量不大于0 4 ； 掺加 $ 9 5 矿渣， KJ J S减水剂等； 水胶比0 2 8 ，含砂率3 2 5 ，坍落度 1 8 01T I 1T I ； 配合比 ( 水泥 ： 水 ： 混合材 ： 砂 ： 石 )= 1：0 3 0 ：0 0 5 ：0 ， 9 3 ：1 9 3 。 3 2 钢管柱 内钢筋施工 由于在钢管内施工，钢管又被立板、拉筋、横隔板分割， 钢管 内空间小、深度深、空气流动性不好，施工环境差。为 了提供 良好的施工环境，在施工人员进入钢管安装钢筋前， 先安装通风空调设备，对施工钢管内通风，调节钢管内气温。 做好施工现场准备工作，配备了如下施工机具 ： 切断机2 台、 剥肋滚丝机2 台、力矩扳手6 把、带灯头盔 l 2只、电焊机4 只、 空调通风机2 台、操作跳板1 2 个、简易爬梯 1 2 套、操作平台。 本工程钢管柱内纵向钢筋，根据钢管的焊接情况，三层 安装一次，由下到上，由里侧向中间进行安装，边安装边加固。 安装中采用人工接力传递为主，电动绞车吊运为辅。因设计 中未设置箍筋和其他水钢筋，为保证钢管内纵向钢筋在后续 施工中不偏位，采取每2 m间距设道水平固定钢筋并与立板 焊接成整体的措施。 3 3 钢管柱 内混凝土浇筑 钢管混凝土浇筑前，要求施工人员认真熟悉施工图纸及 相关施工方案等资料，进行技术安全交底，把握浇筑过程中 的关键点，机械、材料准备充分，人员全面到位。主要旋工 机具配备为 H B T 9 0 砼输送泵3 台，HG Y - 1 3 型布料机2台，漏 斗2 个，3 m 吊斗6 个，3 m 吊斗6 个，1 5 m长串筒4 8 节，德 国威克I R E N6 5 型高频振动棒 1 5 根，K XD电动绞车2 台，照 明碘钨灯 l 2只，钢管上监控摄像头 1 2 个。浇筑时按两个班组 进行，人员组织安排如下 ： 混凝土施工员1 人，混凝土班组长 2 人， 泵机司机4 人， 信号员4 人， 布料员8 人， 振捣棒手 1 2 人， 维 修 人 员 2人 ， 电工 2人 。 外框箱型钢管混凝柱 1 6 个，混凝土浇筑在平面上分成四 个区， 采用两台布料机浇筑， 由1 布料机负责浇筑一区、 三区， 2 布料机浇筑二区、四区，保持同向、中心对称浇筑，各区 分布见 图2 。 因箱型钢管内空间狭小，施工人员没法进入管内进行浇 筑振捣等操作，为了有效解决此问题，项 目部通过研究讨论， 决定在钢管外搭设一个操作平台。钢管的安装及混凝土浇筑 以三层标准层作为一个单元，先安装此单元箱型钢管柱，再 安装型钢梁，最后安装操作平台。作用一是作为纵向钢筋安 装平台，二是作为混凝土浇筑平台，三是作为上层钢管焊接 平台。另外在安装钢管和浇筑混凝土时，在钢管口安装一个 型钢套架，用于架设电动绞车，安装照明、串筒及监控设备， 此套架在混凝土浇筑完成后拆除。 施工前制作典型的1 ：1 箱型钢管样板柱，进行混凝土模拟 泵送施工，检验样板柱混凝土各项性能指标，并制作标准养护 试件，养护要求时间后对试件先进行检测，根据试验结果，进 一 步优化配合比、 施工工艺等， 从而确保钢管混凝土的浇筑质量。 因钢管混凝土柱浇筑最大高差达到 1 6 m左右，落差大， 为保证混凝土浇筑过程不发生离析，并以优良状态入模，一方 面是要求混凝土拌合物具有 良好的自密实性能，送来混凝土须 逐车检验，目测有无泌水离析现象， 检测坍落度是否符合要求。 另外一方面现场专门配置了漏斗、串简以及3 m长软管等，来 减少落差，混凝土拌和物流径为布料机导出一进入钢管口漏 斗一进入串筒一导入钢管柱内，串筒每节长 1 5 m，一般串筒 连接长度在7 5 m至9 m：当混凝土面浇筑到串筒底部时，此时 吊离串筒，混凝土从布料机导出后，先进入漏斗，再通过3 m 长软管导入钢管柱内。 在浇筑过程中，前后台间要保持 良好沟通，合理调配混 凝土运输车辆、浇筑人员，并控制好浇筑速度，混凝土浇筑 及间歇时间总和不得超过混凝土的初凝时间，防止混凝土等 待时间过长，影响混凝土质量。同一根钢管柱 内混凝土应连 续浇筑，分层浇筑时不得出现冷接缝，在下层混凝土初凝之 前上层混凝土务必完成浇筑。 因钢管柱内每层都有水平隔板、竖向隔板、拉筋等，在 这些节点处的混凝土很难振捣密实，所以需合理控制浇筑速 度，尽量放慢，并加强振捣。另外空气易在水平隔板底部聚 集，使混凝土振捣不密实，为此在隔板上设置直径2 0 mm、间 距 3 0 0 mr n的排气孔 ，以便有效排走空气 。对节点处混凝土面 ， 在钢管内混凝土浇筑完成面标高低于钢管接驳面4 0 0 m m且将 要初凝时，采用球面棒将接触面压成球面凹窝的措施来保证 混凝土面接触 良好。对混凝土施工过程进行全过程有效控制， 在钢管 内安装摄像头，监控人员操作是否规范，混凝土浇筑 质量是 否满 足要 求，对发现 问题能及时整改 。 4 加强质量检测，确保钢管混凝土的强度和密实度 钢管混凝土质量问题主要有蜂窝离析、孔洞、脱黏等，钢 管混凝土施工是隐蔽工程，对管内混凝土质量无法进行直观 检测，所 以采取有效的方法，对钢管混凝土结构进行质量检 测是很有必要的。目前市场上应用较为广泛的钢管混凝土内 部检测方法一般有人工敲击法、 超声波检测法、 钻芯取样法等， 另外随着无损检测技术的发展，也出现了冲击反射法、音频 检测法等新型检测方法。 本工程钢管柱 内混凝土质量检测，首先用小铁锤敲打钢 ( 下转第1 4 2页) 1 0 5 第4 3 卷第1 期 2 0 1 6 年1 月 安全质量 S a f e t y a n dQ u a l i t y 建筑技术开发 Bu i l d i n g T e c h n o l o g y De v e l o p me n t 认真分析和研究，编制了 E P S板现浇混凝土大模内置的施工 方案，然后进行首层结构样板间施工，对己浇筑完混凝土的 样板间再进行现场检测，对易出现的质量 问题进行调查研究， 做出统计并进行分析如下表 1 所示 ： 从上表 1 可以看出，E P S保温板安装的主要质量问题是外 墙面浮浆流坠现象严重和外墙面垂直度偏差过大，是本次 E P S 板现浇混凝土外墙外保温主体结构施工阶段质量控制 的要 点。 3 2 2 实施过程 ( D 阶段) 根据外保温板安装存在 的主要质量 问题，在进行认真的 原因分析上，对操作人员、材料裁剪、施工工序等各个环节 进行系统管理，在保温板安装过程中由专职人员负责检查安 装质量，对每道工序严格按照施工方案和技术交底精心施工， 对不符合质量要求的地方及时调整，经过循环最终使保温板 安装质量达到了预期 目标。 ( 1 )针对 E P S板安装前的措施。 E P S板的长度由供货商在出厂前按材料计划表进行加工。 采用铜丝通电加热法。用墨斗弹出每块保温板上的插接栓位 置线，间距3 0 0 ramx 3 5 0 mm，呈梅花形布置，以方便工人安装， 保证插接栓的位置准确，满足图集和规程的构造要求。 ( 2 )针对 E P S板安装过程中的措施。 在墙体钢 筋 上部增加 水泥砂 浆垫块 ( 5 0 ramx 5 0 minx 1 5 ram)数量，加大对 E P S板的预压力，避免了在混凝土浇 筑过程 中，由于墙体下部栓侧压力过大而导致 E P S板向内 倾斜，有效地保证了外墙面的垂直度和混凝土外墙的设计截 面尺寸。在门窗洞 口模板和保温板的侧边粘贴一层宽1 0 m m、 厚5 mm 的海绵胶条，压实顺直，粘贴紧密。大模板在支立 的过程中，在保温板上开穿墙螺栓孔时，不是用穿墙螺栓直 接将 E P S板戳穿，而是将钢 筋头加热后对准模板上穿墙螺 栓孔烫穿保温板即可，保温板上的开孔宜略小于穿墙螺栓直 径。用2 mm 厚矩形镀锌铁皮弯折成 “ 丌”型盖板 ( 尺寸为 ： 1 5 0 0 m m X 6 0 0 mm X 2 ram) ，在浇筑墙体混凝土之前扣在保温板 和大模的上口，操作简便，遮盖严密，很好地解决了墙体上 部落灰的问题，避免了从大钢模板与E P S板之间漏入混凝土 而污染 E P S板 。 3 2 3 效果检查 ( C阶段) 该工程通过了由质量监督站、设计院、建设单位、监理 单位联合进行的主体结构验收并受到好评，同时也顺利通过 了北京市 “ 始构长城杯”评审小组的两次检查验收。 3 2 4 经验总结 ( A阶段) 上述各项技术措施，较好地解决了外保温板在结构施工 过程中的表面流坠污染、垂直度偏差大、错台和夹渣等问题， 保证了外墙混凝土截面尺寸及外保温垂直度，使 E P S板与混 凝土结构之间形成了良好的结合效果，确保 了其作为外墙饰 面的受力基层的承载能力，为日后的外立面装修打下了坚实 基础 。 3 3 E P S 板 保 温体 系挂 网抹灰 贴砖 措施 ( 1 )明确施工衔接次序，使各构造层次充分发挥功能和 作用 。 试验表明，热镀锌钢板网在聚合物砂浆层中的位置不同， ( 上接第1 0 5 页) 管，检查者根据不同音色找出异常点，即第一步采用人工敲 击法 ；第二步对异常部位再进行超声波检测，采用对测法， 检测点沿钢管柱长边布置6 个点，每边3 个点对称布置，对检 测数据按照 超声法检测混凝土缺陷技术规程进行整理分 析，通过声时、幅值、频率来判断混凝土是否密实均匀，是 否存在缺陷，再结合异常点分布确定缺陷位置及范围。最后 对 测 出的缺 陷部位 ，采 用局 部钻孔 压浆法进 行补 强 ，对 钻孔 部位钢管进行补焊封闭。 1 4 2 tC ,tL o o 垫 套 蓄 钢 I 垫 毫 差 挚 叫- 咖 - k 钢丝 网施工过程不 意图 钢丝网施工成活不意图 图 1 ( 2 )抗裂 防护砂 浆层厚度为 1 5 mm，分底层和 面层 ，抹面 时 以自上而下施工 。 ( 3 )在外保温面层上粘贴面砖与在坚实的混凝土基层上 粘贴面砖的情形是不一样的，面砖与保温层的热膨胀系数相 差较大，因此在选择面砖胶结砂浆时，除要考虑耐候性、耐 水性、抗老化性好等因素 以外，还必须考虑由温度变化而引 起的不同变形差异而造成的内应力，故外墙贴砖应选用专用 粘结砂浆 。 4 外保温施工的建议 ( 1 )高层住宅建筑在主体结构施工中外防护律系多选用 外挂架。由于 E P S保温板的存在而使外挂架的桂点与结构混 凝土墙体的支撑点产生较大距离，这将使外挂架的钩头螺栓 处于悬臂受力状态，其悬臂长度为一个保温板的厚度。同时 在外挂架提升时要注意防止磕碰损坏外墙保温，外挂架固定 时要在挂架下支点部位加垫矩形木板或通长方木，以防止 E P S 板由于受挤压而产生局部凹陷。( 2 )在封闭阳台处是设置 E P S 板和不设置 E P S板的交界部位，外墙的截面厚度将在此发生 变化。( 3 )E P S板虽然为阻燃型聚苯板，但其遇高温后会变形 甚至熔化。 5 结束语 E P S板现浇混凝土外墙外保温系统通常是在现场完成，其 施工质量受多方面因素的影响，高层住宅建筑对其的用运提 出了更为严格的要求。确保该外保温体系的施工质量，就要 按设计及规程要求控制改体系涉及的各类材料的品质及性能， 应该采取有效措施在结构施工过程中控制好外保温的流坠污 染、垂直度偏差及错台，在后期装饰施工中控制好施工的衔 接顺序、界面处理、抹灰厚度，做好养护及成晶保护等工作。 参考文献 1 J G J 1 4 4 2 0 0 4 外墙外保温工程技术规程 s 【 2 】 8 8 J 2 9 建筑构造通用 图集 ( 墙身一外墙外保温节能 6 5 ) 3 外墙外保温技术百问 M( 第二版 )北 京： 中国建筑工业 出版社 ， 2 0 0 7 5 结束语 金融中心工程箱型钢管混凝土柱施工，通过选择合理的 施工方法，制定科学的施工方案，有序组织、精心施工、严 格检测，确保 了钢管混凝土的施工质量，在进度、质量、经 济效益控制方面取得了良好的效果，为今后类似工程的施工 提供了成功的经验。 参考文献 1 张栋 棵 南 京南 站 钢 管混 凝土 施 工技 术研 究 J 铁道 工 程学 报， 2 01 】 ( 3)