劉煒

（山西建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 太原 030006）

1 引言

以箱型鋼柱為最重要受力構(gòu)件的鋼框架結(jié)構(gòu)已廣泛應(yīng)用到現(xiàn)代民用與工業(yè)建筑中，如需要大空間、大柱距、層高要求較高的一些商場、超市、汽車4S 店及大型加工車間、倉庫等建筑，為了提高鋼框架結(jié)構(gòu)鋼柱豎向承載力、穩(wěn)定性及使鋼柱內(nèi)部腐蝕、生銹降到最低程度，設(shè)計單位往往要求在箱型鋼柱中灌入無收縮的高強度混凝土。但是箱型鋼柱成品每節(jié)的加工長度都在15 米左右甚至更長，而且箱型鋼柱在柱內(nèi)部長度方向每隔一定間距均安裝著柱的加勁隔板，加勁隔板只有在中心部位會留一個較小的進(jìn)料孔，使得在鋼柱內(nèi)順利澆灌混凝土且保證混凝土較高的充盈度及密實度難度大大增加。本文結(jié)合實際施工案例，詳細(xì)闡述了箱型鋼柱內(nèi)澆灌高強混凝土一些成功的材料應(yīng)用及技術(shù)方法。

2 工程概況

本工程位于太原市許東村，項目為多層鋼框架重鋼結(jié)構(gòu)，總體結(jié)構(gòu)平面形狀呈L 形，共兩層，地上一層，地下一層，其中一層局部設(shè)夾層，一層頂局部設(shè)二層。工程建設(shè)規(guī)模較大，總建筑面積25000m2。鋼柱平面布置及規(guī)格見圖1，其中鋼柱為箱型柱，鋼柱底標(biāo)高-4.63m，截面尺寸為四種規(guī)格，分別為550*550*18*18m（10個），450*450*16*16mm（42個），400*400*16*16mm（16個），400*400*14*14mm（80個），共148個箱型鋼柱，材質(zhì)均為Q345B，柱長最長達(dá)到16.5m,單個柱最大灌注量4.36m3混凝土。箱型柱內(nèi)每隔2.0m 做矩形隔板，隔板開180mm 直徑圓孔。其中柱梁節(jié)點處開四個直徑25mm 排氣孔。設(shè)計要求柱內(nèi)灌注C40 無收縮混凝土，總澆筑方量約326.046 m3。

考慮到現(xiàn)場實際情況，本工程框架柱內(nèi)采用高拋法進(jìn)行混凝土的澆注，又考慮到混凝土灌入后在柱隔板附近不宜灌實且整個澆筑過程無有效的振搗措施，故選用了高流態(tài)自密實混凝土進(jìn)行澆筑，使?jié)仓蟮南湫弯撝_(dá)到很好的抗壓性、防止失穩(wěn)、增加抗銹蝕性，提高鋼柱的承載能力。本次施工主要難點在于C40 無收縮混凝土的配制及混凝土高拋下落后箱型柱內(nèi)的空氣排出。

圖1 箱型鋼柱柱頂形式

3 施工準(zhǔn)備工作及要求

3.1 技術(shù)準(zhǔn)備

要求參與施工人員熟悉圖紙，計算好工程量，制定好澆灌的順序及相應(yīng)機(jī)械的停機(jī)位置；由專人提出混凝土用料計劃、機(jī)械使用計劃以及其他工器具；并由專人督促、配合材料實驗室對本項目所用的高流態(tài)自密實混凝土做配比實驗，并提前檢驗實驗效果；編制專項施工方案、專項施工技術(shù)、安全交底；研究解決現(xiàn)場施工可能遇到的技術(shù)問題，及制定相應(yīng)的應(yīng)急措施。

3.2 場地準(zhǔn)備

混凝土澆筑準(zhǔn)備采用56m 臂長汽車泵及0.3 m3灌料漏斗配合澆筑；個別鋼柱距離停機(jī)面較遠(yuǎn)，泵車臂長無法達(dá)到的，采用兩臺最大工作半徑達(dá)到56m 的QTZ63 塔吊及0.7 方塔吊灌料斗、0.3 方灌料漏斗配合澆筑。機(jī)動汽車泵沿建筑北、西、南、東四個方向依次移動澆筑，建筑周圍提前準(zhǔn)備10m寬汽車泵支腿工作面，停機(jī)、支腿地面、混凝土攪拌運輸車經(jīng)過的路面應(yīng)提前平整、壓實。

箱型鋼柱柱頂蓋板均在工廠加工制作時已留存直徑180mm 的澆筑孔，在鋼柱灌注混凝土之前最好將此孔用較大的鋼板點焊在柱頂，將此孔堵住，避免柱內(nèi)澆灌混凝土之前被其他工種作業(yè)人員拋入雜物，將灌注孔堵塞。箱型鋼柱澆筑混凝土前由專人敲去柱頂堵洞鋼板，并在夜間用強光手電檢查柱內(nèi)是否有雜物妨礙混凝灌入，如有雜物，必須在澆筑混凝土之前將其清除，檢查無誤后，用粉筆對檢查過的鋼柱做記號，避免做重復(fù)工作。

3.3 機(jī)具準(zhǔn)備及要求

1）選用56m 臂長汽車泵一臺，基本覆蓋縱軸4 跨軸線范圍、橫軸6 跨軸線范圍；考慮到箱型鋼柱內(nèi)澆灌混凝土速度不宜太快，否則可能由于氣體無法及時排出而導(dǎo)致堵管，故僅配套4 臺混凝土攪拌運輸車即可；

2）0.7方塔吊灌料斗一個；由現(xiàn)場工人焊接制作0.1 方灌料漏斗一個，見圖2；

3）振搗棒一根，可在鋼柱外表面做輔助振搗；

4）輔助工具：12 號鐵絲一捆；木方、墊板若干塊；

5）1.2m高移動式簡易腳手架兩副，用于高于屋面1.5m 的邊柱澆筑混凝土工作平臺；

6）C40高流態(tài)、自密實、無收縮混凝土。

圖2 自制錐形灌料漏斗實物及重要尺寸

3.4 勞動力準(zhǔn)備

混凝土布料工人4人，汽車泵員1人，汽車泵司機(jī)1人，鋼筋工2人，輔助敲擊檢查工人2人，現(xiàn)場管理人員2人，技術(shù)員1人。

人員要求：在澆灌前根據(jù)施工方案對參與施工人員進(jìn)行全面的技術(shù)及安全交底，管理人員應(yīng)分工明確，提前打印柱平面布置圖，并保證在澆灌現(xiàn)場至少有一名管理人員做澆灌記錄，主要記錄內(nèi)容包括：柱的編號、澆灌起止時間、預(yù)計澆筑方量、采用的澆筑機(jī)械、是否出現(xiàn)異常等內(nèi)容。

4 自密實混凝土基本技術(shù)特性

自密實混凝土是具有較高的流動性、不易離析、澆筑時依靠其自重流動，無需振搗，澆筑后具有較高均勻性和穩(wěn)定性的特殊混凝土。

應(yīng)用于本工程的自密實混凝土基本技術(shù)性能指標(biāo)及原材料要求如下：

4.1 自密實混凝土性能控制指標(biāo)

1）坍落擴(kuò)展度要求等級SF1，技術(shù)要求550~620mm;

2）擴(kuò)展時間級別T50：性能等級VS，技術(shù)要求大于等于2s≤T50≤5s；

3）砼抗壓強度大于等于C40級。

4.2 自密實混凝土原材料要求

1）水泥采用標(biāo)號不小于42.5 的普硅水泥，有相關(guān)質(zhì)量證明文件及檢驗報告；

2）砂采用中砂，含泥量不超過3%；

3）石子粒徑不大于20mm，含泥量不超過1.0%；

4）摻合料宜采用比表面積450m2/ kg 的?；郀t礦渣粉及Ⅱ級粉煤灰摻合料；

5）外加劑符合相關(guān)規(guī)范的規(guī)定。

4.3 強度C40等級自密實混凝土配合比

本次自密實混凝土正式澆筑前，由商品混凝土攪拌站提前對所用自密實混凝土進(jìn)行試配，并對其中一根16.5m 長箱型鋼柱進(jìn)行了試澆筑，以檢驗自密實混凝土的材料性能及施工方案的可行性。

表1 C40無收縮高強度混凝土配比

表2 混凝土試配試澆筑試塊強度

5 施工部署及施工順序

本次箱型柱內(nèi)混凝土澆筑雖單根型鋼柱混凝土工程量較小，但柱距較大，需在建筑周邊提供汽車泵的工作面，并對泵車在臂長范圍內(nèi)采取多次移動、支設(shè)、澆灌等工作，完成鋼柱柱芯砼澆筑。工人以屋面板及搭設(shè)的簡易移動式腳手架為施工作業(yè)工作面，進(jìn)行漏斗的臨時安裝、汽車泵澆筑軟管的對位、布料。

利用結(jié)構(gòu)主體外側(cè)地面支設(shè)汽車泵進(jìn)行型鋼柱砼泵送施工。

5.1 基本施工順序

汽車泵沿建筑周邊移動，從場地北側(cè)鋼柱開始澆筑，隨后西側(cè)、南側(cè)、東側(cè)依次停機(jī)澆筑。澆筑前按照場地布置要求對場地進(jìn)行平整、壓實。

5.2 施工前提

1）箱型鋼柱柱芯砼施工前，相關(guān)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件安裝結(jié)束、所有焊縫焊接完畢，焊縫探傷及相關(guān)驗收合格。

2）根據(jù)圖紙及施工現(xiàn)場，對項目各類型箱型鋼柱柱芯砼工程量進(jìn)行統(tǒng)計，并制成表，便于現(xiàn)場管理人員控制澆筑質(zhì)量。

3）澆筑前，由專人對箱型鋼柱柱內(nèi)檢查是否有異物堵塞澆灌孔。

4）高拋混凝土落入箱型鋼柱內(nèi)，鋼柱內(nèi)空氣由柱頂及柱身排氣孔迅速排出，施工前應(yīng)由專人檢查鋼柱、鋼梁節(jié)點附近的排氣孔是否通暢；并通過試澆筑最長鋼柱檢驗已有排氣孔是否能及時排出空氣，避免由于柱內(nèi)空氣無法排出造成柱內(nèi)部分位置無法灌入混凝土。如已有排氣孔排氣不通暢可采用磁力鉆在鋼柱個別位置補開排氣孔，孔形為圓孔，見圖3。

圖3 磁力鉆現(xiàn)場開洞

6 主要施工方法及要求

箱型鋼柱、鋼管柱的柱芯混凝土澆筑一般采用高拋法及頂升法兩種，由于本項目鋼柱整體澆灌高度不大、澆筑工程量也較小、整體澆筑難度不大，故本次鋼柱柱芯砼澆筑主要采用高拋法澆筑，由于澆筑口較小，振搗操作較為困難，故為保證澆筑后砼質(zhì)量達(dá)到設(shè)計要求，采用特制高流態(tài)、自密實、無收縮、微膨脹混凝土，預(yù)計澆筑量為326.046方。此次澆筑采用56m 臂長汽車泵澆筑，沿建筑物周邊地面多次移動、多次支泵，澆筑臂完全伸長后可澆筑四至六排鋼柱柱芯混凝土。施工方法及要求：

1）澆筑前嚴(yán)格檢查特制混凝土配比、外加劑種類、合格證書；檢查混凝土坍落擴(kuò)展度及擴(kuò)展時間；每根鋼柱澆筑時，用振搗設(shè)備對澆筑范圍內(nèi)的混凝土在型鋼柱外側(cè)進(jìn)行輔助振搗，振搗時間不少于20s，隨即以小錘輕敲鋼柱已澆筑高度范圍，敲擊聲音低沉、均勻即可。設(shè)專人負(fù)責(zé)監(jiān)督。

2）施工前，應(yīng)將泵管接好，檢查其密封性，不允許漏水，檢查合格后用砂漿潤滑泵管。混凝土澆筑之前，應(yīng)將泵管內(nèi)異物、積水盡量清除干凈；澆筑前，先將自制灌料斗伸入都箱型鋼柱柱頂板內(nèi)，灌料斗底板兩根鋼管支撐在鋼柱頂，使灌料斗支撐穩(wěn)定、方便工人抬動灌料斗以及避免灌料斗底部全部落在柱頂灌漿孔及排氣孔上使空氣無法排出箱型鋼柱。

3）通過對最長箱型鋼柱試澆筑混凝土，發(fā)現(xiàn)在箱型鋼柱柱、梁節(jié)點處的隔板以下部分，由于排氣孔排氣不通暢，使混凝土灌入較為困難、混凝土有局部被空氣頂死無法下降的現(xiàn)象。采用磁力鉆對梁柱節(jié)點附近的隔板下方，柱四塊鋼板上各補開一個直徑25mm 的圓形空洞，孔開成后及時清理產(chǎn)生的金屬碎屑，避免落入鋼柱內(nèi)。在澆筑完畢后，將原位置圓形鋼板滿焊至鋼柱開孔位置，并及時清理焊縫涂刷防腐油漆。

4）自密實砼澆筑過程盡量保持連續(xù)，中間間隔時間不得超過混凝土初凝時間。自密實混凝土的供應(yīng)速度應(yīng)保證施工的連續(xù)性。澆筑過程中視不同時間段增減澆筑參與車輛數(shù)目，在道路擁堵時段，應(yīng)盡量增加發(fā)車數(shù)量，如8 公里運距，平峰時兩輛8 m3容積攪拌運輸車，高峰時應(yīng)增加發(fā)車數(shù)量至4-5 輛。

5）根據(jù)箱型鋼柱柱內(nèi)隔板的自然分割段，采用每段一次澆筑成型。澆筑過程中，應(yīng)控制澆筑速度、均勻澆筑，速度宜控制在0.1m3/10min。防止?jié)仓俣冗^快而造成混凝土中產(chǎn)生氣泡影響混凝土密實性、或造成柱內(nèi)空氣不能及時排出造成混凝土柱內(nèi)堵塞。

6）當(dāng)混凝土正式澆筑前，檢查自密實混凝土相關(guān)性能不能滿足要求時，應(yīng)停止?jié)仓鳂I(yè)，及時與攪拌站聯(lián)系，根據(jù)砼現(xiàn)場情況、運輸機(jī)械類型、運輸時間調(diào)整砼配比。

7）自密實混凝土的澆筑應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，因中止?jié)仓r間過長，混凝土無法達(dá)到規(guī)范規(guī)定的工作性能時，應(yīng)立即組織人員清除澆筑泵和泵管中的殘留混凝土，并加壓注水清洗，恢復(fù)作業(yè)后重新澆筑。

8）箱型鋼柱柱芯混凝土澆筑前，應(yīng)由專人對鋼柱各位置排氣孔數(shù)量及通暢程度做檢查；并保證鋼柱柱頂灌料孔被臨時覆蓋，以防作業(yè)人員將雜物落入；鋼柱柱芯混凝土澆筑完畢后，隨著柱芯內(nèi)空氣排出、混凝土自然下沉密實造成的混凝土位置下降，必須在已澆筑混凝土初凝前補充澆筑同類型混凝土至要求的標(biāo)高。

9）自密實混凝土澆筑至柱芯內(nèi)，隨著澆筑量的不斷增大，利用其流動性高的特點會使混凝土自然填充至柱內(nèi)空間，保證混凝土密實、均勻。箱型柱柱芯內(nèi)混凝土的澆筑質(zhì)量，可采用敲擊鋼管聽音辨別法來檢查其密實度，也可在澆筑完成3 天后采用超聲波檢測內(nèi)部混凝土密實度及均勻性。

10）箱型柱柱芯內(nèi)混凝土由于不拆模、無外露混凝土面，可省略養(yǎng)護(hù)過程。

7 質(zhì)量保證措施

1）自密實混凝土施工質(zhì)量控制及檢驗應(yīng)嚴(yán)格按《混凝土結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量驗收規(guī)范》（GB50204）、《自密實高性能混凝土技術(shù)規(guī)程》（JGJ/T283-2012）規(guī)定執(zhí)行。自密實混凝土攪拌所需原材料必須達(dá)到相應(yīng)質(zhì)量要求且嚴(yán)格把握原材料的稱量，商品砼供應(yīng)企業(yè)應(yīng)在混凝土到現(xiàn)場同時，隨車附帶相關(guān)的產(chǎn)品合格證及質(zhì)量合格證明文件。

2）現(xiàn)場施工人員應(yīng)對自密實混凝土澆筑速度嚴(yán)格控制，特別在澆筑初期更不應(yīng)澆筑過快，現(xiàn)場速度控制可參考下料漏斗中保持的混凝土量，一般應(yīng)使混凝土量占下料漏斗體積的1/3 即可。

3）由專人嚴(yán)格監(jiān)控自密實混凝土澆筑前質(zhì)量，經(jīng)現(xiàn)場檢測混凝土坍落擴(kuò)展度低于550mm 時不得使用。

4）箱型鋼柱柱芯內(nèi)混凝土澆筑采用汽泵逐段逐根澆筑，混凝土由汽泵泵管運輸?shù)街敯惭b好的漏斗，保證漏斗管中心與鋼柱中灌料孔中心對齊，通過漏斗管將混凝土送入鋼柱中心孔，使?jié)仓幕炷撂畛涞絻?nèi)壁的各個角落。

5）應(yīng)采用混凝土攪拌運輸車運輸自密實混凝土，夏季高溫區(qū)段應(yīng)對滾筒采取防曬措施，冬季采取棉氈覆蓋等防寒措施。攪拌運輸車應(yīng)徹底清理滾筒，除去舊混凝土殘留物，并嚴(yán)格沖洗且不得有積水。

6）自密實混凝土在運輸途中，攪拌運輸車應(yīng)控制好滾筒旋轉(zhuǎn)速度，速度應(yīng)控制在4 轉(zhuǎn)/min 左右，并嚴(yán)禁向車內(nèi)加水。運輸車裝料至澆注的時間應(yīng)小于80min，若超出此時間，由攪拌站出具技術(shù)措施，且通過試驗檢驗。澆注前，運輸車罐體應(yīng)中速旋轉(zhuǎn)超過20s 再卸料。

7）混凝土施工后標(biāo)準(zhǔn)試塊強度：

表3 施工后正式標(biāo)準(zhǔn)試塊強度

經(jīng)混凝土試塊強度評定，本次澆筑C40 無收縮自密實混凝土抗壓強度滿足設(shè)計要求。

8 結(jié)語

箱型鋼柱柱芯混凝土采用高流態(tài)、自密實、無收縮混凝土，并通過高拋法進(jìn)行澆灌，此做法在很多工程中都在應(yīng)用，此方法只要對原材質(zhì)量有較好的控制、前期準(zhǔn)備工作做足、現(xiàn)場管理人員嚴(yán)格按方案組織實施澆筑，澆筑質(zhì)量還是較易保證。但這一施工方法仍有許多問題需要解決，例如對柱內(nèi)混凝土密實度的檢測沒有較好的檢測及監(jiān)控方法等，這就需要工程技術(shù)人員在實踐中不斷探索、不斷創(chuàng)新，共同研究，為工程質(zhì)量的提高做出更大的努力。