钢管柱内自密实混凝土高抛法灌芯技术.docx

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1、钢管柱内自密实混凝土高抛法灌芯技术目录1.序言1?工程概况1?施工难点2?施工方法3?高抛法灌芯试验4?钢柱选型4?混凝土配合比5?试验柱施工流程5?试验参数及数据分析6?应用效果71 .序言钢管混凝土柱钢管混凝土就是把混凝土灌入钢管中并捣实以加大钢管的强度和刚度。一般的，我们把混凝土强度等级在C50以下的钢管混凝土称为普通钢管混凝土；混凝土强度等级在C50以上的钢管混凝土称为钢管高强混凝土；混凝土强度等级在C1OO以上的钢管混凝土称为钢管超高强混凝土。钢管混凝土柱具有承载能力高，延性性能好，抗震性能优越等特点，已被广泛应用于大型会展工程及高层结构建筑中。由于钢管柱内部结构复杂，横向及竖向内隔

2、板较多，按传统做法是采用导管法浇筑，将长导管从钢柱顶端插入钢柱，混凝土从导管内自由下落至钢柱底部，利用混凝土自身的动能达到自密实免振捣的目的，但施工过程中，由于上部混凝土倾倒的侧压力及长导管自身的重力，混凝土浇筑期间导管易发生晃动、移位、下落等现象，给施工带来极大不便，严重影响柱芯混凝土浇筑质量。工程概况国家会议中心二期主体工程地上为钢管混凝土框架组合抗震墙结构，共有270根钢管混凝土柱，其中序厅13根钢柱生根于基础底板，其余257根钢柱均生根于地下1层底板。钢管柱主要分布在会议区和展览区结构四周，作为展厅大跨度桁架的竖向承载构件。会展区的中柱采用截面尺寸2500mm2500mm的田字形组合钢

3、柱，会议和展览区边柱为截面2500mm1500mm的日字形和截面150OmmX150Omm的口字形组合钢柱，最厚的钢柱壁厚达80mm,钢管柱中内部结构复杂，横竖内隔板较多(图1)。日字形500150080日字心250050080字形120040田字形2500X2500X80I1字形1200x40900X50(a)(b)(c)(d)图1典型钢柱截面规格及位置口字形15005080040钢管柱位置示意；(b)田字形钢柱截面；口字形钢柱截面；(d)日字形钢柱截面?.施工难点(1)钢管柱内构造设计复杂，特别是加劲肋板上下及矩形边角处混凝土浇筑不易密实；混凝土抛落高度大，且地下室钢柱外包覆有厚20Omm

4、的混凝土，无法采用敲击法和超声波法检测密实度。(2)自密实混凝土拌合物的良好性能主要体现在流动性、均匀性、稳定性和填充性，要实现无收缩性及强度性能，必须设计最优的混凝土配合比。(3)本工程体量较大，工期紧且场地有限，必须结合工程特点确定合理的抛落位置，以确保施工安全及施工进度。?.施工方法本工程地下2层，地上3层，基坑深13.45m,檐口高52m且顶板高差较大，若随钢柱分段安装顺序进行混凝土施工，需全时段占用塔式起重机，造成混凝土用量分散，人员窝工，影响钢结构吊装施工，且会延长工期，增大费用。经综合考虑，钢管柱灌芯采用C50自密实混凝土立式高抛法施工，分三次浇筑，第一次在首层(标高1200m)

5、浇筑地下钢柱柱芯，最大浇筑高度13.15m；第二次在二层(标高21050m)浇筑标高20.00Om以下的地上钢柱柱芯，最大浇筑高度20.58m；第三次浇筑至设计标高。(2)浇筑钢柱混凝土时搭设操作平台，基坑周边采用汽车泵进行浇筑，汽车泵无法覆盖的范围采用塔式起重机+料斗进行浇筑。(3)由于钢管柱灌芯浇筑时周边多处无楼板，为确保施工安全及施工进度，研发了一种可调工具式浇筑平台(图2),该操作平台稳定性好且装拆方便，可重复利用，降低了劳动强度和安全风险。图2浇筑平台应用情况(4)考虑到SRC构件柱芯混凝土浇筑密实度无法检测，为便于检查成型质量和表面气泡情况，经对SRC构件柱进行1：1开启式钢结构模

6、型灌芯浇筑试验，确定了C50自密实混凝土的配合比及施工工法，作为现场施工的工艺评定标准。通过控制施工流程，保证了矩形钢管混凝土质量符合规范要求。?.高抛法灌芯试验?.1.钢枉选型采用与现场实体相同的1:1模型进行灌芯浇筑试验，钢柱尺寸、加劲肋板及浇筑孔位置、尺寸均参照正式工程中具有普遍性及最易出现质量缺陷的代表性部位进行设计，以确定高抛免振混凝土的最不利施工区域。为此设计了1.5m1.5m25m和1.5m2.5m5m2个模型，钢板厚度为20mm（图3、图4）。图31.5m15m25m试验柱三维图；（b）实体照片(a)(b)图41.5m2.5m5m试验柱(a)三维图；(b)实体照片?.2.混凝土

7、配合比混凝土配合比见表Io表1C50自密实混凝土施工配合比kgm3水泥水砂石粉煤灰矿粉外加剂水股比砂率4401558628295050140.290.5098?.3.试验柱施工流程预埋测温导线及声测管T柱底密闭T吊装T在拼缝部位粘贴密封条T在可拆侧涂刷脱模剂T合模固定T浇筑混凝T温度监测T密实度检测T拆模养护T分析数据，得出试验结论(图5)。(a)(b)（c）（d）图5试验柱施工过程预埋测温导线及声测管；（b）合模固定；（C）拆模；（d）超声波检测?.4.试验参数及数据分析（1）浇筑前检测到场混凝土的坍落扩展度、扩展时间、混凝土拌合物的离析率、混凝土间隙通过率及U形箱高差指标，并检测各项指标（

8、图6）。(a)(b)(C)(d)图6混凝土检测坍落扩展度；(b)混凝土拌合物的离析率；(C)混凝土间隙通过率检测；(d)U形箱高差检测(2)拆模前对试验钢结构柱芯混凝土进行常规测温及养护，并邀请国家工业建构筑物质量安全监督检验中心对试验柱的角部和水平隔板的边角处进行超声波检测，待达到龄期后再对混凝土实体强度进行试压及回弹检测，全部检测结果均无异常。(3)达到拆模条件后拆除试验柱钢模板，混凝土表观质量良好，钢柱水平隔板下方混凝土密实无气泡，混凝土质量合格。按高抛法灌芯技术工艺施工流程，结合试验柱的试验效果，经各方对柱芯混凝土原材料、浇筑工艺及各种检测措施的评定，明确上述工艺流程可保证钢结构柱芯混凝土的浇筑质量，混凝土施工配合比科学合理，高抛法灌芯工艺切实可行，满足国家会议中心二期项目的施工质量要求，同意将该工艺应用于国家会议中心二期主体工程施工。?.应用效果根据上述高抛法灌芯试验结论并针对国家会议中心二期项目的特点，编制了一套完整的具有指导意义的灌筑方案，并于项目中实施。国家会议中心二期项目270根管混凝土柱浇筑过程中未发生安全事故，浇筑施工未影响钢结构安装进度，于2023年8月31日完成结构封顶，比原计划工期提前76d；钢管混凝土柱抽测结果全部合格，证明钢管柱内高抛法灌芯技术成功。