多层隔板小孔钢管柱的自密性混凝土施工技术.pdf

第 3 3卷第 5期 Vo 1 3 3 No 5 建筑施1 - B U I L D I N G C 0 N S T R U C T I O N 多层 隔板 小 孔 钢 管柱 的 自密 性 混 凝 土 施 工 技 术 C o n s t r u c t i o n T e c h n o l o g y o f S e l f - C o mp a c t i n g C o n c r e t e( S C C) f o r S t e e l Pi p e Co l u mn wi t h M ul t i pl e Se pa r a t o r s a nd Po r e s 口张 利 ( 中铁建工集 团北京有限公司 1 0 0 0 7 0 ) 【 摘 要】 新建山西太原南站工程的钢柱结构形式复杂，且钢管柱中内隔板上最小混凝土浇筑孔径仅有 1 5 0m m。针对此情 况 ，施工 中采用导管挽振 方法浇注 自密性混凝 土施 工技术 ，保证 了工程质量 ，顺利地 完成 了工程任务。 【 关键词】自密性混凝土 导管浇筑钢管柱 浇筑试验 【 中图分类号 T U 7 5 5 6 文献标识码 B 【 文章编号】 1 0 0 4 1 0 0 1 ( 2 0 1 1 ) 0 5 0 3 7 3 0 3 1 工程概况 新建太原南站是我国铁路“ 十一五” 规划石家庄至太原 铁路客运专线上最大的客运站，是山西省十大建筑之一 ， 建 筑面积为 1 8 3 9 5 2 m z 。 站房主体结构为地上 2 层， 地下 1 层 ， 局部有夹层。采用“ 上进下出” 的进出站流线模式， 平面布置 分为东、 西站房、 高架站房、 无站台柱雨棚等区域 ， 地下结构 为钢筋混凝土结构 ， 地上结构为钢结构。 车场分为石太( 石家 庄 太原 ) 、 大西( 大同西安 ) 车场两部分， 站场内设 1 O台 2 2线， 其中基本站台 2座， 中间站台 8座 ； 太原南站最高聚 集人数为 5 0 0 0人。 太原南站站房工程采用钢管混凝土结构形式， 其中异型 钢管柱( 也称花瓶柱 ) 4 8根 ， 方钢管框架柱 3 8根， 雨棚柱 7 O 根 ， 钢管柱混凝土设计强度等级为 C 5 0 。钢柱结构形式复杂 多样 ， 且钢管柱中有内隔板 ， 隔板上最小的混凝土浇筑孔径 只有 1 5 0 m m 。 为保证混凝土的浇筑质量， 结合以往施工钢管 混凝土的经验及前期对 自密实混凝土配比及浇筑方法进行 实验 ， 多隔板小孔钢管柱 内混凝土采用导管免振 自密实混凝 土进行施工。 2 自密性混凝土施工的优点 ( 1 )自密实混凝土是不需人工振捣即可达到密实的混 凝土， 主要依靠混凝土拌合物 自重， 属于一种高性能混凝土。 该混凝土具有良好的流动性、 间隙通过性、 抗离析性、 均匀 性、 稳定性和自填充性。 【 作者简介】 张利( 1 9 7 2 一 ) ， 男， 工程师。联系地址： 北京市丰 台区南四环 西路 1 8 8号 1 2区 1 8号楼 ( 1 0 0 0 7 0 ) 。 【 收稿日期】 2 0 1 0 0 4 1 9 ( 2 )钢管混凝土结构结合钢材的高强度、弹塑性好、 混 凝土抗压性高的特点， 大大提高了结构的承载能力。 ( 3 )能够降低工人劳动强、 改善工作环境、 利于环境保 护、 节省能源和降低施工噪声以防止扰民。 ( 4 )自密实混凝土施工有利于保证质量、 加快施工进度 和提高工程效率， 可解决形体复杂的钢管混凝土工程受操作 空间限制而造成的浇筑施工困难。 ( 5 )采用导管浇筑 ， 速度快且不浪费混凝土。 ( 6 )自制施工模具 ， 周转使用， 节约施工成本。 3 自密实混凝土的试配 自密实混凝土特点是自然密实， 要求混凝土具有较大的 流动性、 较好的稳定性和优良的填充性。设计中应严格控制 混凝土的含气量， 要将混凝土扩展度控制在 6 0 0 m m7 0 0 m m 范围内。自密实混凝土作为结构受力材料使用， 必须具备一 定的力学性能要求和耐久性要求。从以上特性不难发现， 自 密实混凝土各种性能之间存在一些相互矛盾之处， 主要体现 在两方面： 一为流动性与稳定性的矛盾， 大流动性混凝土容 易离析 ；二为混凝土的工作性与硬化混凝土性能的矛盾， 由 于自密实混凝土工作性有特别高的要求， 在混凝土的组成上 必须作较大调整， 这将引起硬化混凝土性能的变化， 如较多 的用水量会影响混凝土的强度， 较多的胶凝材料会导致硬化 混凝土的体积稳定性变差， 外加剂的掺加会影响混凝土的耐 久性等。 自密实混凝土工作性的显著特征是非常小的屈服剪应 力， 而集料的粒径是对屈服剪应力影响最大的因素。集料粒 径越大，配制出混凝土的屈服剪应力也越大，集料粒径越 小， 它在混凝土中的沉降速度也越慢， 这有利于保持混凝土 第5期 张 利 ： 多层隔板小孔钢管柱的自密性混凝土施工技术 的稳定性。因此 ，自密实混凝土的集料最大粒径应控制在 1 5 m m2 0 m m 。混凝土的流动性取决于液体的数量和黏度， 在保证混凝土流动性的前提下， 砂浆的黏度越大， 需要的砂 浆量越多， 所以要以较大的砂浆黏度来保证混凝土的稳定性 和以较大的砂浆量来提供流动性。 化学外加剂和矿物外加剂 的作用主要体现在调节水泥浆的黏度和体积含量上，因此， 调节混凝土的强度， 可提高混凝土的稳定性。 我们通过现场对混凝土性能进行试验约出配合比。 具体 方法是： 选用3个搅拌站进行自密实混凝配合比的配置工 作， 每个搅拌站进行两组试验。一组检验自密实混凝土的抗 离析性、 微膨胀性； 另一组检测混凝土施工的工艺。3 个搅拌 站的配合比见表 1 。 配 比 1 ： 表 1 3组混凝土配比数据 石 粉煤 膨胀荆 泵送 荆 水灰 强度 水泥 砂 水 矿粉 砂率 子 灰 U E A T T L B 比 C5 O 3 3 9 8 5 3 8 5 3 1 7 8 5 O 1 1 1 5 6 1 6 7 0 -3 2 5 o 配 比 2 粉煤 膨胀脐 聚羧 砂 率 强度 水泥 砂 石子 水 矿粉 水灰比 灰 UE A T 酸 C5 O 2 2 0 7 7 6 9 8 8 1 5 2 2 0 0 4 8 5 2 8 8 4 O 3 2 4 4 配 比 3 粉煤 膨胀剂 减水剂 强度 水泥 砂 石子 水 水灰 比 砂率 灰 U EA T UNF 一 3 B C5 0 4 3 7 5 8 8 1 0 9 3 1 7 6 6 4 4 3 1 9 O O- 3 3 3 5 ( 1 )制作钢模具 ： 采用 3 m m厚钢板及 4 0 钢焊接 6个 柱模型 ， 规格为 1 2 mX 1 2 mX l m ， 其中 3 个增加内隔板， 内 隔板上开 1 5 0 m m孔， 在内隔板四周设置排气孔( 图 1 ) 。 l l1 ，一一 拼 一_i L 一一 徽 图 1 柱模型加工 ( 2 )制作试验钢柱：按照图纸尺寸 1：1 比例J mI高度 3 m的试验方钢柱， 向钢柱内浇筑 自密实混凝土。 ( 3 )抗离析性、 微膨胀性 ： 在钢板模具上方放置一个钢 筋篦子， 钢筋间距为 5 0 m m ， 用塔吊吊起灰斗从 8 m高将混 凝土通过篦子抛入模具中， 看混凝土是否离析 ， 若混凝土无 离析现象，对混凝土进行养护，混凝土初凝后在模具内蓄水 1 O c m ， 防止混凝土早期失水产生收缩现象。3 d后检查混凝 土与钢板问是否有缝隙，无缝隙则初步表示混凝土未收缩， 3 7 4 具有微膨胀性( 图 2 ) 。 ( 4 )施工工艺检验：在有隔板的模具上方搭设钢管架 子 ，将长 8 m 、 西 1 0 0 m m的钢导管通过隔板插入到模具内， 用灰斗通过导管上的漏斗将混凝土灌入到模具内， 直至混凝 土上溢出至隔板上 1 0 0 m m处停止浇筑( 图 3 ) 。 图 2 抗离析 、 微 膨胀性检测 图 3 导管模具 浇筑试验 ( 5 )配合比选择 ： 通过上述两组试验的检测， 配比 3配 置的自密实混凝土在高抛过程中未发生离析， 打开钢板模具 后其与混凝土间未出缝隙， 并且具有足够的流动性满足导管 浇筑的要求， 最终选择瑞东搅拌站配置的自密实混凝土进行 试验钢柱试验( 表 2 ) 。 表 2 1 3 5 0自密实混凝土配合比 粉 煤 膨胀 荆 UNF 一 3 B 强度 水泥 砂 石子 水 水灰比 砂率 灰 UE A T 减 水剂 C5 0 4 3 7 5 8 8 1 0 9 3 1 7 6 6 4 4 3 1 9 0 O_ 3 3 3 5 4 施工工艺 4 1 钢管柱清理 在钢管柱内混凝土浇筑施工前 ， 应将钢管内异物、 积水 清除干净， 不得有明水。 4 I 2 安装导管 根据自密实混凝土试验及以往施工经验， 我们采用导管 浇筑法 ： 利用塔吊或吊车将制作好的导管( 上端装有混凝土 料斗 ) 吊装于钢管柱内， 导管下口伸入钢管柱下端内隔板下 2 0 0 m m处， 并根据钢结构柱的形式 ， 在导管上标注好尺寸， 以确保提升导管过程中导管下口不会露出混凝土面。 4 8 混凝土运输 采用搅拌车运送自密实混凝土， 在混凝土装入搅拌车之 前必须仔细检查， 筒体内应保持干净、 潮湿， 不得有积水、 积 浆。要防止混凝土在运输过程中发生分层离析现象， 以确保 自密实混凝土的质量和保持运输车滚筒慢速转动。 从搅拌到 浇筑结束的时间限制原则上应为 1 2 0 ra i n 。 4 4混凝土浇筑 采用导管自下而上浇筑 ，在向上提升导管的过程中， 管 口始终埋在已经浇筑的自密实混凝土内部，在内隔板处， 连 续、 慢速下料， 待混凝土溢出隔板上不小于 1 0 0 m m时， 提升 导管至该隔板上继续浇筑上一层混凝土 ，严格控制提升高 张利 ： 多层隔板 小孔钢 管柱 的 自密性 混凝 土施 工技术 第 5期 度， 依次类推。为防止钢管柱顶端焊接作业高温影响混凝土 质量， 混凝土浇筑到距钢管上端口5 0 0 m m处应停止浇筑。 4 5浮浆处理 混凝土浇筑施工完成后，混凝土表面会有气泡排出， 并 在混凝土表面泛起浮浆。采取的办法是： 应在混凝土初凝前 将浮浆舀出， 并在混凝土终凝后， 将混凝土表面剔毛， 至外露 石子为止( 图 5 、 图 6 ) 。 图5 混凝 土浇筑前 图 6 混凝土浇筑后 4 6 混凝土养护 自密实混凝土泌水性小， 为了减少混凝土的水分散失和 塑性开裂， 应加强养护。 混凝土初凝后应及时蓄水养护， 以使 混凝土能够及时散热 ， 降低水化放热的峰值温度， 并遮盖管 口以防止异物掉入钢管内。 4 _ 7 混凝土检测 应对钢管柱内混凝土密实度采用超声波检测。 根据合理 布设检测点对钢管混凝土的密实程度和均匀性， 进行全面而 细致地检测。检测钢管混凝土是否存在缺陷及缺陷位置， 做 好详细的记录和标记 ， 对不密实的部位应采用局部钻孔和压 浆法进行补强， 然后将钻孔补焊封闭牢固。 5 结语 本工程所用钢管柱内混凝土已经全部施 工完毕 ， 并且通 过混凝土试块检测及超声波检测。 钢管柱内混凝土无质量缺 陷， 满足设计要求， 得到了建设方、 设计院及监理公司的致 好评。 ( 上接 第 3 7 0页) 众厅区域空间跨度较大， 施工的换撑主要位于这一区域( 图 9 ) 。 ( 2) 待换撑 3施工完成并养护至设计强度后， 开始拆除 第三道钢筋混凝土支撑 2 。在第三道支撑与将要施工的剧场 结构相 中突的部分， 应采用爆破拆除。位于舞台及观众厅区 域的支撑 应保 留( 图 1 O ) 。 卜一 一 。 _ 。 。 I f 1 _ T T I _ I I 图 9 1 2 1 O 0 I n换撑施工示意 l 图 1 0 保 留部 分 一1 1 0 0 0 m 支撑 示意 1 一格 构挂 2一 辟 智支撑 3 一 暂换置撑 4 一 主体蛄构 1 一 幡 袖柱 2 -保 留支撑 3 一新挟 主撑 4 一主体 蛄构 ( 3 )在第二道混凝土支撑 2 ( 支撑底标高 一 1 6 0 0 0 m) 的 下方 ， 施工混凝土换撑 3 ( 顶标高 一 7 ， 5 7 0 m o与 一 1 2 1 0 0 m 换撑相同， 本道施工的换撑主要位于这区域。待本道换撑 3 施工完成并养护至设计强度后， 开始拆除混凝土支撑 2 。 混 凝土支撑 2与将要施工的剧场结构相冲突的部分， 应采用爆 破拆除。位于舞台及观众厅区域的支撑应保留 ( 图 1 1 、 图 l 2 J 。 ( 4 )在第一道混凝土支撑( 支撑底标高 一 2 i 0 0 m) 的下 方， 应进行混凝土换撑施工( 顶标高 一 3 1 0 0 m o至此， 由三 道混凝土换撑、 两道混凝土支撑和格构柱形成的组合式换撑 体 系施 工完成 。 图 1 1 - 7 5 7 0 m 挟撑施工示意 ： 嚣 ： ： 繁 嚣 。 缝 霹 x 一 _I I 。 。 f 1 I l 图 1 2 保 留部分 一 6 0 0 0 lty 1 支撑示意 1 - 格构 柱 2 一 铱冒支肆 3 - 新接 支撑 4 一主体 蛄构 4 3 换撑拆除 剧场结构施工至 士O 0 0 0 m并养护至设计强度后，开始 拆除组合式换撑体系。本工程组合式换撑体系采用爆破拆 除。 爆破强度等级为分离式爆破。 爆破拆除时， 要特别注意成 品保护和爆破碎石直径的控制。 5 结语 实践表明：组合式换撑体系采取立体式的换撑架构， 适 用于基坑规模大、 地下空间大的基础工程施工。地下大空间 工程的施工，均可采用或这借鉴这种组合式换撑体系的思 路， 既可节约施工成本、 又可加快施工进度， 对于提高建筑施 工企业的经济效益具有十分明显的作用。 3 7 5