秦超寧

摘要：結(jié)合蘭州中川機(jī)場(chǎng)二期擴(kuò)建工程航站樓工程，C60微膨脹自密實(shí)鋼管混凝土的應(yīng)用施工技術(shù)，從鋼管混凝土施工方法選擇、C60微膨脹自密實(shí)鋼管混凝土原材料的選用到鋼管混凝土施工等情況。本文簡(jiǎn)要介紹C60微膨脹自密實(shí)混凝土在鋼管混凝土柱中的的應(yīng)用施工技術(shù)。

關(guān)鍵詞：航站樓；鋼管柱；自密實(shí)；施工技術(shù)

一、工程概況

蘭州中川機(jī)場(chǎng)二期擴(kuò)建工程航站樓工程，位于蘭州市永登縣中川鎮(zhèn)。總建筑面積61100m2，總長(zhǎng)526.9m，總寬163.5m，建筑高度為42.6m。基礎(chǔ)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30； 航站樓主體結(jié)構(gòu)部分為兩部分，下部及地下室為鋼筋混凝土框架，主體結(jié)構(gòu)為框架二層，框架高度7.80m，上部鋼結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)下弦中心標(biāo)高15.603m～40.2m，整個(gè)屋蓋由50根圓鋼管混凝土柱、28根方鋼管柱支承，鋼管柱柱頂標(biāo)高為20.332～37.479m。主體框架結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度等級(jí)C40。50根圓鋼管混凝土為C60自密實(shí)混凝土，設(shè)計(jì)合理使用年限50年。

二、鋼管混凝土柱施工難度大

1、混凝土為C60自密實(shí)混凝土，高強(qiáng)度混凝土本身對(duì)試配、原材料及施工工藝要求高，且由于地區(qū)差異，蘭州當(dāng)?shù)氐脑牧腺|(zhì)量不穩(wěn)定且沒(méi)有工程實(shí)例可參考，增加了工程施工的不確定性和難度；

2、鋼管柱高度較高，不能一次澆筑，需要分次澆筑，施工縫處理較難；鋼管柱的截面尺寸較大，均屬大體積混凝土的范疇，溫度控制不易；

3、鋼管柱混凝土的施工按照計(jì)劃，第一次施工至9.000m處，即框架面上1.2m，從此位置至20.332～37.479m標(biāo)高，第二次施工的鋼管柱高度為11.332～28.479m，在如此高度的范圍內(nèi)施工單立獨(dú)聳的鋼管柱的混凝土，施工難度比較大；

三、混凝土配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)：

針對(duì)這一關(guān)鍵技術(shù)，進(jìn)行大量關(guān)于外加劑與水泥、摻合料的試驗(yàn)，專(zhuān)門(mén)配置專(zhuān)用外加劑，進(jìn)一步提高了流動(dòng)性的保持能力，混凝土的流動(dòng)性在4h之內(nèi)基本穩(wěn)定，為連續(xù)泵送高強(qiáng)度混凝土提供了良好的材料保證，根據(jù)配合比設(shè)計(jì)的思路，考察省外工程，借鑒先進(jìn)技術(shù)，采用“雙摻”技術(shù)，通過(guò)多次正交試驗(yàn)優(yōu)化出最佳配合比，最終確定了施工配合比：

試配性能指標(biāo)如下：

四、自密實(shí)混凝土頂升施工工藝、操作要點(diǎn)及質(zhì)量控制

1、混凝土攪拌運(yùn)輸車(chē)輛的確定

按照流體力學(xué)能量方程，取進(jìn)料口與頂部出口為1、2截面建立如下方程：

由于混凝土頂升過(guò)程中速度很小，簡(jiǎn)化后的：

根據(jù)計(jì)算，選用理論輸送壓力8MPa的混凝土輸送泵車(chē)可以滿(mǎn)足要求。

為了保證混凝土輸送連續(xù)，混凝土供應(yīng)必須連續(xù)不斷，按照每根柱子混凝土頂升量計(jì)算，需要配備3輛9m3的混凝土罐車(chē)，可保證混凝土連續(xù)供應(yīng)。

2、逆止閥的安裝

防止在拆除輸送管時(shí)混凝土回流，在進(jìn)料短管與泵輸送管之間安裝1個(gè)止流裝置，其形式為閘板式。為防止頂升時(shí)閘板縫漏氣，需用黃油涂縫。

3、鋼管柱頂端排氣、溢流孔開(kāi)設(shè)和溢流管安裝。

（1）鋼管混凝土柱頂端開(kāi)設(shè)排氣、溢流孔是為了保證鋼管柱在頂升混凝土?xí)r的一個(gè)關(guān)鍵裝置，該裝置在頂滿(mǎn)前，作為鋼管柱的排氣孔，因?yàn)殇摴苤鶅?nèi)在混凝土往上頂升時(shí)，隨著混凝土的上升而空氣外排，若排氣量與混凝土的進(jìn)料量不成比例，進(jìn)料量大于空氣的排出量，會(huì)造成阻力增加，故要求鋼管柱端排氣孔排氣量要大于混凝土的進(jìn)料量。

（2）溢流管的安裝泄壓孔與排氣孔的設(shè)置。在鋼管柱的頂部原設(shè)計(jì)所留的4個(gè) 20的排氣孔，還需要在頂部增加泄壓孔，保證在最后階段頂升過(guò)程中混凝土泵的的壓力能夠釋放，不集中在鋼管內(nèi)部造成將鋼管壓爆的現(xiàn)象，需要在每個(gè)柱子的頂部開(kāi)設(shè) 159mm的孔（大于進(jìn)料孔直徑），并在上部焊接長(zhǎng)度200mm的 159的鋼管，做泄壓溢流使用。

（3）在距鋼管混凝土柱底部300mm～500mm開(kāi)一Φ145mm圓孔，以清除柱內(nèi)積水、雜物及焊接單向閥。焊接單向閥，單向閥伸進(jìn)鋼管混凝土柱內(nèi)的位置見(jiàn)圖中所示。單向閥的蓋板與水平方向的夾角宜為60°～70°，可通過(guò)伸出鉸鏈背后的鋼板調(diào)節(jié)固定。

（4）進(jìn)料短管與柱肢的連接。基礎(chǔ)頂面標(biāo)高為-0.700m，而柱子插入基礎(chǔ)內(nèi)的深度不一，為防止混凝土自由下落的高度過(guò)高，在管柱±0.000標(biāo)高開(kāi)一進(jìn)料孔。進(jìn)料口的尺寸要稍大于進(jìn)料短管直徑3mm。焊接的進(jìn)料短管為Dg125無(wú)縫鋼管，焊接時(shí)一定要保證進(jìn)料短管與鋼管柱向下呈45°，進(jìn)料短管的出口面呈水平，以減少混凝土進(jìn)入鋼管柱內(nèi)直接噴射到管內(nèi)壁，減少混凝土向上的頂升阻力。

4混凝土的頂升施工

（1）實(shí)施頂升前，必須要對(duì)已運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)的混凝土的坍落度進(jìn)行檢查，要求混凝土的坍落度必須保持在規(guī)定要求的范圍內(nèi)?，F(xiàn)場(chǎng)要設(shè)專(zhuān)人對(duì)混凝土坍落度進(jìn)行測(cè)試，對(duì)檢測(cè)結(jié)果予以記錄。通過(guò)對(duì)鋼管混凝土頂升施工和混凝土坍落度是影響混凝土頂升澆筑最關(guān)鍵的一環(huán)。

（2）進(jìn)料短管與鋼管必須焊接牢固，焊肉飽滿(mǎn)，不得有漏焊和花焊，防止在頂升過(guò)程中因水平管的顫動(dòng)而脫焊，造成頂升失敗。

（3）澆筑時(shí)，計(jì)算好每個(gè)單元柱混凝土量，待所需混凝土運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)后方可頂升（每個(gè)頂升單位的混凝土宜在2～3h內(nèi)連續(xù)頂升完畢），防止混凝土在運(yùn)輸過(guò)程中耽擱造成頂升中斷。

（4）非特殊要求的鋼管柱內(nèi)混凝土不需振搗，以防堵管，進(jìn)料短管管口以下部分混凝土靠自由下落填滿(mǎn)。為保證混凝土密實(shí)，采用附著式振搗器在鋼管柱外部振搗時(shí)間不少于1min。在頂升過(guò)程中，要派專(zhuān)人對(duì)泵壓進(jìn)行計(jì)錄，及頂入的實(shí)際混凝土量，并與理論計(jì)算混凝土量進(jìn)行比較。

（5）在混凝土輸送管與截止閥連接前，先泵送砂漿進(jìn)行潤(rùn)滑，用于潤(rùn)滑輸送管的水泥砂漿，不得替代混凝土注入鋼管內(nèi)。待砂漿泵送完畢，甭管口流出混凝土后再把泵管與截止閥用套箍連接好。endprint

（6）在泵送頂升過(guò)程中，嚴(yán)禁反泵，在更換車(chē)輛時(shí)要保證泵壓連續(xù)。泵送時(shí)，料斗內(nèi)混凝土不得少于其容量的2/3，以免在泵送過(guò)程中吸入空氣。同時(shí)，頂升的速度不宜過(guò)快，應(yīng)根據(jù)排氣孔（鋼管柱加強(qiáng)板上應(yīng)留有開(kāi)孔直徑不小于158mm孔）的出漿情況控制頂升速度。

（7）混凝土頂升到位后（8.0m，其他柱端標(biāo)高），輸送泵衡壓5min先讓混凝土自由下沉5min左右，然后再泵送至相應(yīng)虛高度，關(guān)閉截止閥，及時(shí)停泵，最后再拆除截止閥與混凝土泵管的輸送管，關(guān)閉截止閥，將水平管拆除，將利用水平管內(nèi)的剩余混凝土制作一組試塊，作為觀(guān)察是否初凝和終凝及同條件混凝土強(qiáng)度的依據(jù)，以便及時(shí)將逆止閥和進(jìn)料短管拆除清洗，以備后用，混凝土頂升施工完畢。

（8）頂升完后，要及時(shí)清理被從排氣孔流出的水泥漿污染的鋼結(jié)構(gòu)。

（9）在頂升過(guò)程中，采用小型監(jiān)視器從柱頂部伸入柱內(nèi)進(jìn)行觀(guān)察，隨時(shí)掌握泵送頂升的全過(guò)程。

5、柱端細(xì)部施工技術(shù)

依據(jù)鋼結(jié)構(gòu)深化后的要求，柱端由8塊-25×430× 754Q345C隔板形成八個(gè)空腔，如何充分有效的完成這部分的混凝土澆筑，是鋼管柱混凝土澆筑的關(guān)鍵和最大的困難：

（1）從正截面的φ50中注意觀(guān)察，當(dāng)有混凝土漿液從空腔底部流出時(shí)，減慢澆筑速度，緩緩澆筑，待混凝土充盈整個(gè)空格，在這個(gè)過(guò)程中，剖面的φ20所在空格應(yīng)從空腔隔板所留孔中流入直到完全充盈。自密實(shí)混凝土的塌落擴(kuò)展度試配達(dá)到了680mm，可滿(mǎn)足空格的要求；

（2）澆筑時(shí)，通過(guò)上下貫通的φ186導(dǎo)入混凝土；

（3）利用小振動(dòng)棒通過(guò)正截面中的φ50孔加以振搗，也可通過(guò)該位置導(dǎo)入混凝土，以滿(mǎn)足要求；

（4）澆筑完畢后，清除表面的浮漿，直到孔中露出石子。

（5）覆蓋澆水養(yǎng)護(hù)。

五、混凝土的溫度控制及養(yǎng)護(hù)

（一）大體積混凝土的熱工計(jì)算

水泥為甘肅祁連山水泥有限責(zé)任公司生產(chǎn)的P·O 52.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，鋼管柱直徑在1.2m至2.0m?；炷翉?qiáng)度等級(jí)為C60，混凝土澆筑3d后為水化熱高峰期，計(jì)算混凝土內(nèi)部中心溫度，由此判斷混凝土出現(xiàn)溫度裂縫的可能性。

1、最大絕熱升溫

Th=（ Mc +K·F）Q/C·P =76℃

2、混凝土中心溫度

T1（3）=Tj+Th·ξ（3） =64℃

3.混凝土表層（表面下50～100mm處）溫度

1）采用外包鋼板養(yǎng)護(hù)：

hw=x·M（Tmax-T2）Kb·λw/（700Tj+0.28mc·Q） =0.084 m

2）混凝土表面保溫層的傳熱系數(shù)

β=1/[Σδi/λi+1/βq]= 4.5

3）混凝土虛厚度

h'=k·λ/β=0.345m

4）混凝土計(jì)算厚度

H=h+2h' =2.69m

5）混凝土表層溫度

T2（t）=Tq+4·h'（H-h'）[T1（t）-Tq]/H2=42.44℃

4.混凝土內(nèi)平均溫度

Tm（t）=[T1（3）+ T2（t）]/2=53.22℃

5.混凝土內(nèi)部中心溫度與表面溫度差△T（t）1、混凝土表面溫度與大氣溫度差△T（t）2

△T（t）1= T1（3）- T2（t） =21.56℃

△T（t）2= T2（t）- Tq=17.44℃

由此可見(jiàn)混凝土內(nèi)部中心溫度與混凝土表面溫度差異、混凝土表面溫度與大氣溫度差異沒(méi)有高出不安全溫差25℃的界限。

（二）鋼管柱混凝土的養(yǎng)護(hù)

鋼管柱混凝土澆筑后基本與外界隔絕了濕交換，除了頂升完成初凝后，即在混凝土的頂部表面蓄水養(yǎng)護(hù)，在蓄水時(shí)不應(yīng)對(duì)表面產(chǎn)生沖刷，應(yīng)將養(yǎng)護(hù)用水緩慢地倒在混凝土的表面，及時(shí)對(duì)養(yǎng)護(hù)用水更換，并記錄其溫度的變換。

在柱核心、距柱外皮50mm以?xún)?nèi)、柱頂2m以下設(shè)置一組測(cè)溫點(diǎn)，測(cè)溫線(xiàn)從柱頂留出，按照大體積混凝土的測(cè)溫要求測(cè)溫并作好記錄，以控制和驗(yàn)證混凝土溫度變化。

由于鋼管的約束及隔絕了濕交換，采用了自密實(shí)混凝土，大體積混凝土的溫度應(yīng)力及自收縮得到了控制，所以這部分混凝土的溫度控制只控制溫度下降的速度，根據(jù)測(cè)溫的情況，如果溫度降溫速度大于2℃·d-1

則采用對(duì)鋼管柱包棉毯的辦法，以控制鋼管柱內(nèi)混凝土的溫度變化。

六、結(jié)語(yǔ)

該工程于2012年3月15日開(kāi)工，2012年11月16日框架結(jié)構(gòu)封頂，2012年11月20日地基與基礎(chǔ)分部驗(yàn)收，2013年10月16日主體結(jié)構(gòu)驗(yàn)收，蘭州中川機(jī)場(chǎng)二期擴(kuò)建工程航站樓工程的混凝土結(jié)構(gòu)工程的施工質(zhì)量完全滿(mǎn)足設(shè)計(jì)文件及相關(guān)驗(yàn)收規(guī)范的有關(guān)要求。

本工程B、F區(qū)段共設(shè)有42根鋼管柱，直徑最大2m，最小1.2m，高度最高37.479m，最低20.332m。鋼管內(nèi)充填C60自密實(shí)混凝土。進(jìn)行了多次試配，從原材料的優(yōu)選，施工工藝的改進(jìn)等方面入手，最終使各項(xiàng)性能達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。 為確保混凝土施工質(zhì)量，澆筑前由項(xiàng)目部試驗(yàn)員對(duì)每一罐混凝土的擴(kuò)展度進(jìn)行檢測(cè)，全部達(dá)到要求。為及時(shí)準(zhǔn)確掌握混凝土水化熱的產(chǎn)生和發(fā)展情況，施工人員在鋼管內(nèi)埋置了測(cè)溫傳感器，實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，并用棉毯包裹鋼管柱以控制溫度變化。

本工程所處地域?yàn)闀円箿夭畲?、氣候干燥的地區(qū)，裂縫控制是本工程的一項(xiàng)重點(diǎn)。組織了“主體混凝土工程控制裂縫施工技術(shù)措施”專(zhuān)題專(zhuān)家論證會(huì)，從配合比、混凝土拌合、澆筑、養(yǎng)護(hù)等方面分析裂縫產(chǎn)生的原因，并提出相對(duì)應(yīng)的防治措施。預(yù)拌混凝土在配合比上精益求精，在配料、攪拌方面嚴(yán)格控制；從澆筑、振搗、抹壓、養(yǎng)護(hù)四大方面進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)交底，在過(guò)程中嚴(yán)格控制標(biāo)高和平整度，梁板等水平構(gòu)件表面采用電動(dòng)抹壓機(jī)抹光壓平，覆蓋塑料薄膜和無(wú)紡布進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，由專(zhuān)人負(fù)責(zé)混凝土養(yǎng)護(hù)作業(yè)，確?；炷翉?qiáng)度的增長(zhǎng)，避免了裂縫的出現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]李新國(guó)，郭卿平，李新峰.雙摻法配置高性能自密實(shí)混凝土柱施工技術(shù)[J].施工技術(shù)，377（41）；27-29.endprint