1、1钢管柱柱芯砼泵送顶升施工技术摘要：分析钢管柱柱芯混凝土施工的特点和难点，采取改进混凝土配合比、设置混凝土止回阀、泄压孔等措施，解决了泵送顶升混凝土浇筑的难题，满足混凝土施工质量要求。 中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号： 1 工程概况 柳钢 100 万 t/a 冷轧带钢工程主厂房建筑总面积约 90000，属钢排架结构工业厂房。基础下部采用冲孔灌注桩，上部为杯形独立基础，柱子为由双肢钢管组成的格构柱，共计 458 根，柱子钢管为55010mm 与60010mm 两种，柱肢高度为 10.3m 至20.1m，单肢柱管最大顶升混凝土量约为 5.7m3，钢管柱内混凝土为 C30微膨胀混凝土
2、。 2 施工特点与难点 钢管混凝土柱泵送顶升混凝土是利用混凝土输送泵，将混凝土从钢管柱下部预留的圆孔连续不断地自下而上顶入钢管柱内。具有混凝土无需振捣自流密实，劳动强度低，施工工效高，施工工期短，经济效益好等特点。由于目前国内尚无直观、明确的钢管内混凝土密实度的检测方法，钢管柱内混凝土一经隐蔽，浇筑质量便难以检查，因此控制混凝土的密实度、管壁与混凝土之间的缝隙便成为钢管混凝土柱泵送顶升施工的重点与难点。 23 施工原理 在钢管柱肢下部与泵车输送管相适应的位置割一圆孔，加焊一节短钢管，在短钢管与混凝土输送管间连接一止回阀门，短钢管外端与止回阀门、止回阀门与混凝土输送管通过泵管卡具连接，混凝土通过
3、泵车下料口、输送管、止回阀门、短钢管输送到钢管柱肢内，钢管柱肢顶部开混凝土溢流空或称排气孔，使混凝土排气后自然密实。阀门与钢管柱肢连接方式见图 1： 图 1 图 2 4 施工机具 4.1 混凝土泵车的选用 顶升混凝土需用有一定泵送压力的汽车泵或固定泵进行，在柳钢 100万 t/a 冷轧带钢工程主厂房工程中采用固定泵施工，混凝土输送管管径为125mm。 混凝土顶升时，泵车的压力由混凝土垂直静压力、顶升过程中混凝土之间的黏结阻力、水平输送管及弯管等的压力组成。顶升过程中应保证混凝土在钢管内呈“泉涌状”上升。 4.1.1 压力计算 压力损失包括：水平管压力损失、垂直管压力损失、90与 45弯管压力损
4、失、管路截止阀压力损失和橡胶软管压力损失。 在柳钢 100 万 t/a 冷轧带钢工程主厂房工程中，根据现场施工的实3际条件，水平管输送距离不大于 100m，垂直管输送距离不大于 1m，考虑最多使用 2 个 45弯管，3m 橡胶软管一根，管路截止阀 1 个。 压力损失合计为： （0.10 MPa/20m）100m（0.10 MPa/5m）1m（0.05 MPa/每只）20.80+0.21.62(MPa) 垂直静压力 P（取60010mm 最大高度为 20.1m 的钢管柱肢进行计算）：P=G/S G=2400kg/m33.14(0.6m/2)220.1m9.8N/kg=133600(N) S=3.
5、14(0.125m/2)2=0.0123() P=133600/0.0123=10.9(MPa) 压力损失与垂直静压力合计为： 12.52MPa。考虑到顶升过程中其他不可预见的因素，所以当混凝土顶升时高度在 20.1 米以内时，泵送压力应为 P 总 12.521.2= 15.0MPa。 4.1.2 混凝土泵车的确定 根据以上计算，所选用的混凝土泵输送压力必须大于 15.0MPa，在柳钢 100 万 t/a 冷轧带钢工程主厂房工程中选用的是 HBT60 混凝土输送泵，最大输送压力为 26.0 MPa,顶升效果比较理想。 4.2 混凝土搅拌运输车数量的确定 混凝土搅拌运输车的数量应根据搅拌站搅拌能
6、力和混凝土运输距离及混凝土泵车的泵送性能，在保证混凝土输送连续不间断的前提下来确定。在柳钢 100 万 t/a 冷轧带钢工程主厂房工程中，混凝土为现场搅拌，搅拌机为佛宇重工 JS1000 型自动控制搅拌机，混凝土运输距离约 500m，4选用两台（6m3）混凝土搅拌运输车，能保证混凝土输送泵连续作业。 4.3 混凝土输送管的选择与布置 在满足使用的前提下，选用小直径的输送管，搬运、拆装方便，混凝土不易产生离析，并能节约输送管内的润滑砂浆。顶升混凝土输送管直径为 125mm。 为减少混凝土管内压力损失，节约成本，输送的布置应结合现场场地情况，尽量缩短管线长度，少用弯管，尽量使输送管水平布置，地面不
7、平时，宜将输送管设于架空马凳上。 4.4 止回阀的制作与安装 止回阀即为防止拆除输送管时混凝土发生回流，在进料管与输送管间安装的闸板式止流装置。根据方便实用、操作简单、成本低廉的原则，在柳钢 100 万 t/a 冷轧带钢工程主厂房工程中，现场自制了图 2 所示闸阀。 300404mm 的扁铁为闸阀插片，进料管上沿圆周六等分位置所开的六个 5010mm 的方孔为闸阀插片孔。在混凝土输送时为防止漏浆，应采用尼龙布将闸阀插片孔包裹，并用 18铁丝牢固绑扎。当混凝土顶升完成后，用铁锤将闸片打入闸阀孔即可阻止混凝土回流。在柳钢 100 万t/a 冷轧带钢工程主厂房工程中使用效果非常好，且能重复回收利用，
8、大大节约了成本。 5 施工操作要点 5.1 钢管混凝土配制 5.1.1 选材 5(1)设计高性能微膨胀混凝土宜选择 42.5R 早强型水泥为主体，其用量不宜过大，初凝时间以 812h 为宜。 (2)配制高性能微膨胀混凝土须使用干净的河砂并严格控制云母含量、硫化物含量、含泥量和压碎值，一般选用细度模数 2.63.1 的中砂为宜。不宜用砂岩类山砂、机制砂、海砂，此类砂对混凝土的膨胀率影响极大。(3)粗骨料石质对高性能微膨胀混凝土影响很大，主要体现在骨料砂浆界面粘结强度、骨料弹性模量和骨料强度。在考虑混凝土可泵性的同时，要考虑混凝土的早强性和后期强度。碎石需二次破碎，使其基本无棱角，并减少针片状颗粒
9、的含量。选用时应严格控制含泥量、强度、弹性模量和粒径31.5mm。 (4)粉煤灰与水泥“二次水化反应”产生的凝胶封堵了混凝土的毛细管路，增强了密实性，提高了耐久性。 “二次水化反应”只有级粉煤灰和磨细粉煤灰可以彻底完成：“使混凝土升温降低 1535；应严格控制粉煤灰 SO3 含量，以 0.51.5”为宜；粉煤灰应符合现行国家标准用于水泥和混凝土中的粉煤灰规定。 (5)选择外加剂一定要经过多次试验。试验表明，缓凝型减水剂会降低混凝土膨胀率，所以应反复试验，膨胀率合适才可使用；高效减水剂还应具有缓效凝作用和缓凝剂掺配作用，且是非引气型、低气泡减水剂；其质量应符合现行标准混凝土外加剂规定。 (6)膨
10、胀剂在有钢管约束条件下，在结构中建立 0.20.3MPa 预应力，可抵消混凝土在硬化过程中产生的收缩应力，从而提高抗裂能力。选择6时一定要多试验几个品种，膨胀剂应对混凝土后期强度及质量无害，与所用水泥适应性好。我国主要使用 U 型膨胀剂、复合膨胀剂及明矾石膨胀剂。 5.1.2 混凝土配合比 在柳钢 100 万 t/a 冷轧带钢工程主厂房工程中，根据柳州当地材料供应情况，水泥选用 42.5 矿渣硅酸盐水泥，砂子选用含泥量小于 1的河砂，石子选用 5-31.5mm 的碎石，膨胀剂选用 UEA-2 膨胀剂。配合比见下表： 钢管混凝土配合比及试压强 考虑坍落度损失为 20-30mm， 设计坍落度 19
11、0mm，施工配合比根据砂石含水率进行调整。 5.2 混凝土泵车与泵管的安装 （1）混凝土输送泵的现场停放位置，应尽量缩小与浇筑地点的距离，便于配管并接近供电、供排水设施。输送泵停放场地应平整密实，道路通畅，以便固定泵车和拆装输送管道。 （2）泵车受料斗旁须有足够的场地，以保证混凝土运输车快速交替供料。 （3）输送管的布置 7输送管的布置应结合现场实际情况，尽量缩短管线的长度，少用弯管；应尽量使管路平直，当地面不平时，宜将输送管架设于架空马凳上；输送管管卡与管接口应保证良好的密封性，否则会增大管路压力损失，从而导致顶升失败。 5.3 混凝土顶升施工 （1）钢管柱开孔位置应考虑方便短钢管焊接和输送
12、的连接，开孔时割下的圆形板应编号保存，以便封孔时对号入座。 （2）进料短钢管直径必须与混凝土输送管相同，采用125mm壁厚 5mm 无缝钢管制作，与钢管柱必须焊接牢固，不得漏焊和花焊，以免顶升时因水平管颤动而脱焊，导致顶升失败。 （3）混凝土坍落度的大小直接影响混凝土的顶升效果和浇筑质量，实施顶升前应检查运至现场的混凝土的坍落度，坍落度必须保持在17020mm 范围内。现场设专人测试并记录。由于意外原因在现场停置时间过长、坍落度损失严重的混凝土不得用于泵送顶升施工。 （4）同一根钢管柱肢管内混凝土泵送顶升施工必须连续进行，直至顶端排气孔溢出混凝土为止。当碰到停电等突发事件导致混凝土顶升不能连续
13、进行时，应立即关闭止回闸阀，拆除并清洗泵管；待突发事件解除后，若混凝土已经终凝，应在钢柱未填充混凝土的部位重新开孔顶升混凝土，但应注意不得使孔口以下混凝土自由下落高度太大，避免造成混凝土离析导致混凝土不密实。 （5）顶升施工时用于润滑输送管的水泥砂浆不得替代混凝土注入钢管柱内。润滑用砂浆排空后，再将输送管与止回阀门连接。为减小顶升8过程中混凝土与钢管柱之间的摩擦，在顶升混凝土的同时可以从钢管柱顶排气孔向柱内注入适量与混凝土配合比相同的水泥浆润滑管壁，直到顶升结束。 （6）为防止顶升结束后混凝土回流，在短钢管与输送管之间安装止回阀门，泵送顶升时开启，顶升结束时关闭。泵管连接必须安全可靠，磨损严重
14、的泵管不得使用。 （7）钢管柱内混凝土不应振捣，以防堵管。当钢柱顶排气孔内有水泥浆溢出时，混凝土泵车应恒压 23min，以便排出因混凝土秘水产生的水泥浆，以保证柱内混凝土密实。 （8）混凝土输送管被堵塞时可敲击管路，找出堵塞管段，拆除堵塞管段，取出堵塞混凝土。当再次顶升混凝土时，必须将管内空气排除后才能将拆除过的管段接头卡拧紧，以防混有空气造成混凝土空鼓。 （9）钢管柱肢管顶部设排气孔，孔径应不小于混凝土输送管直径125mm，混凝土顶升结束时，将封顶板压紧与钢管柱点焊，待混凝土强度达到设计强度标准值的 50后，补焊封顶板并割除短钢管、补焊圆孔板。 （10）对从排气孔溢出的水泥浆应及时清理，以免
15、污染钢柱。 6 质量控制 6.1 泵送顶升混凝土的水泥、砂、石、水、掺合料、外加剂等原材料技术指标必须符合国家标准规定。特别是骨料粒径、含泥量、含水率应经常检测，根据检测结果及时调整配合比。 6.2 水泥掺合料、外加剂均应有合格证。 96.3 加强混凝土试件质量管理，专人负责制作、养护、保管及送检，以试验报告作为检验工程质量和交工的依据。 6.4 由于混凝土混凝土顶升后不振捣，故为保证混凝土密实，应严格按试验配合比掺加微膨胀剂，使混凝土浇筑后微膨胀，以补偿收缩，达到密实。 6.5 钢柱内混凝土的强度等级不应低于设计强度等级，其标准试样的取样频率、判定方法应符合相关规定。 6.6 钢柱内混凝土的
16、浇筑质量可用敲击钢管的方法进行初步检查，若有异常，应采用超声波检测。对不密实的部位，应采用钻孔注浆进行补强，然后将钻孔补焊封闭。当柱顶牛腿处出现空隙时，应采用水泥砂浆（掺加水泥用量 10的 UEA 膨胀剂）灌孔填实。在柳钢 100 万 t/a 冷轧带钢工程主厂房工程中，有个别柱顶牛腿部位出现空隙，采用上述水泥砂浆灌浆后，经过一年来的跟踪检测，在已达到设计荷载 110的条件下，尚未发现异常情况。 7 结论 钢管混凝土施工技术虽然八十年代就已在我国的某些工程中被采用，但这一施工技术需要研究的问题还很多，例如对柱内混凝土密实度的检测没有一个准确的量化标准等，这就需要我们广大工程技术人员积极探索，不断完善，使这一先进技术在工程建设施工领域发挥更大作用。
