段俊 胥悅 袁文俊

【摘要】大直徑鋼管傾斜柱均為變截面維形柱，管柱內(nèi)部有管道和鋼管柱加勁環(huán)板等，且混凝土一次性澆筑高度15 m，施工難度大，質(zhì)量難以控制，國(guó)內(nèi)也無(wú)同類(lèi)工程經(jīng)驗(yàn)可借鑒，目前現(xiàn)有檢測(cè)手段也無(wú)法準(zhǔn)確反映鋼管柱內(nèi)部情況。為確保鋼管柱質(zhì)量，在場(chǎng)外進(jìn)行了鋼管混凝土柱等效模擬對(duì)比試驗(yàn)，模擬實(shí)際工況，為鋼管柱混凝土澆筑施工提供數(shù)據(jù)支撐，通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)確定最佳的配合比、膨脹劑摻量和施工工藝。

【關(guān)鍵詞】梭形柱;鋼管混凝土;對(duì)比試驗(yàn);脫空檢測(cè);等效模擬對(duì)比試驗(yàn)

【中圖分類(lèi)號(hào)】 TU528.59????????? 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】 B

1工程概況

成都天府國(guó)際機(jī)場(chǎng)位于成都簡(jiǎn)陽(yáng)市蘆葭鎮(zhèn)附近，在成都市東南方向，龍泉山脈東側(cè)的山區(qū)與丘陵結(jié)合地帶。T2航站樓地上主體4層，局部有4層上夾層，地下2層（局部 B2層為 APM），建筑面積約27.16萬(wàn) m2，陸側(cè)高架橋檐口最高點(diǎn)34.15 m， 空側(cè)檐口高度17.35～19.35 m， 屋面最高點(diǎn)44.85 m。

本工程鋼管混凝土柱為屋蓋體系的支撐結(jié)構(gòu)，共164根，包括豎直柱和傾斜柱兩種形式，其中結(jié)構(gòu)外側(cè)的室外鋼管柱為傾斜柱，傾斜角度有8。、10。、14。3種形式，并通過(guò) V 型撐與混凝土結(jié)構(gòu)連接，結(jié)構(gòu)內(nèi)部設(shè)置豎直柱，穿越混凝土結(jié)構(gòu)樓層，混凝土梁角部縱筋穿柱。鋼管柱內(nèi)澆灌 C50自密實(shí)混凝土或泡沫混凝土。

T2航站樓屋面鋼管混凝土柱柱頂標(biāo)高14.206～39.177 m，其中變截面柱共146根，最大截面尺寸為小1200～2200～1000 x45 mm，等截面柱18根，最大截面尺寸為小2300 x 55 mm。

2研究方案

2.1研究目的

本工程鋼管混凝土柱有豎直柱和傾斜柱2種形式，傾斜柱均為變截面錐形柱，管柱內(nèi)部存在大量安裝管道和鋼管柱加勁環(huán)板等，且混凝土一次性澆筑高度達(dá)到15 m，施工難度大質(zhì)量難以控制。鑒于航站樓鋼管混凝土柱特殊性和重要性，國(guó)內(nèi)也無(wú)同類(lèi)工程經(jīng)驗(yàn)可借鑒，加之目前現(xiàn)有檢測(cè)手段也無(wú)法準(zhǔn)確反映鋼管柱內(nèi)部情況[1]。

由于航站樓質(zhì)量要求高，在場(chǎng)外進(jìn)行了鋼管混凝土柱對(duì)比試驗(yàn)，以模擬實(shí)際工況。為后續(xù)鋼管柱混凝土澆筑和今后類(lèi)似工程提供數(shù)據(jù)支撐，并通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)確定最佳的配合比、膨脹劑摻量和施工工藝[2]。

2.2研究方法

根據(jù)不同配合比、不同摻量膨脹劑和振搗與否3個(gè)條件分組進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，設(shè)3組，每組3根共計(jì)9根試驗(yàn)柱，試驗(yàn)柱采用1000 x10 mm的鋼管制作，每根鋼管柱高4 m，對(duì)比試驗(yàn)設(shè)置工程樣板區(qū)內(nèi)，效果見(jiàn)圖1。為了能更真實(shí)模擬實(shí)際工況，在試驗(yàn)柱內(nèi)設(shè)置一根 DN100鋼管，并在試驗(yàn)柱中部設(shè)置加勁板，做法見(jiàn)圖2。

2.2.1配合比對(duì)比方案

通過(guò)調(diào)整水和粗細(xì)骨料等用量設(shè)計(jì)成不同的配合比，通過(guò)試驗(yàn)選擇最佳的配合比，選用3個(gè)不同配合比進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，具體配合比見(jiàn)表1。

2.2.2膨脹劑摻量對(duì)比方案

通過(guò)調(diào)整膨脹劑摻用量以驗(yàn)證混凝土的收縮性能，以確定最佳的膨脹劑摻量，選用3個(gè)不同膨脹劑摻量進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，具體配合比見(jiàn)表2。

2.2.3振搗對(duì)比方案

本對(duì)比試驗(yàn)驗(yàn)證施工振搗對(duì)混凝土施工質(zhì)量的影響，配合比采用膨脹劑摻量對(duì)比方案中配合比，共計(jì)3根，此3根試驗(yàn)柱在施工過(guò)程中無(wú)需振搗，通過(guò)與第二組試驗(yàn)柱進(jìn)行對(duì)比。

3對(duì)比試驗(yàn)

3.1試驗(yàn)柱編號(hào)

試驗(yàn)柱采用1000×10 mm的鋼管制作，每根鋼管柱高4 m，設(shè)3組，每組3根共計(jì)9根試驗(yàn)柱，按1-9號(hào)進(jìn)行編號(hào)，對(duì)比試驗(yàn)設(shè)置工程樣板區(qū)內(nèi)，平面見(jiàn)圖3。

3.2試驗(yàn)柱配合比選用

本次對(duì)比試驗(yàn)共計(jì)5個(gè)配合比，按 P1-P5進(jìn)行編號(hào)。

（1）1號(hào)、4號(hào)和7號(hào)鋼管試驗(yàn)柱選用配合1，見(jiàn)表3。

（2）5號(hào)和8號(hào)鋼管試驗(yàn)柱選用配合2，見(jiàn)表4。

（3）6號(hào)和9號(hào)鋼管試驗(yàn)柱選用配合3，見(jiàn)表5。

（4）2號(hào)鋼管試驗(yàn)柱選用配合4，見(jiàn)表6。

（5）3號(hào)鋼管試驗(yàn)柱選用配合5，見(jiàn)表7。

3.3鋼管試驗(yàn)柱對(duì)比分類(lèi)

鋼管試驗(yàn)柱分組進(jìn)行，1-3號(hào)進(jìn)行不同配合比對(duì)比，4-6號(hào)進(jìn)行不同膨脹劑摻量對(duì)比，7-9號(hào)進(jìn)行施工工藝對(duì)比，因此1-6試驗(yàn)柱在混凝土澆筑過(guò)程中均需振搗，而7-9試驗(yàn)柱在混凝土澆筑過(guò)程中無(wú)需振搗（圖4）。

3.4混凝土澆筑和養(yǎng)護(hù)

澆筑前用水將試驗(yàn)柱適當(dāng)潤(rùn)濕，采用汽車(chē)泵澆筑混凝土，自密實(shí)混凝土澆筑至離試驗(yàn)柱頂約5-10 cm，澆筑完成待混凝土初凝后蓄水養(yǎng)護(hù)。澆筑前測(cè)得各配合比混凝土塌落度見(jiàn)表8。

4鋼管脫空及CT檢測(cè)結(jié)果

鋼管混凝土試驗(yàn)柱2018月11月30.上午10：00澆筑，于2018月12月6和2019年1月3日進(jìn)行檢測(cè)。

4.1 第一次檢測(cè)（2018年12月6日）

現(xiàn)場(chǎng)共計(jì)測(cè)試9個(gè)墩柱，24個(gè)CT剖面。墩柱直徑為1m，鋼管壁厚0.01 m，直徑為1.02 m，周長(zhǎng)約為3.2 m，本次測(cè)試一個(gè)圓周剖面布置16個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)間距為0.2 m，測(cè)線采用部分交叉，共計(jì)40條測(cè)線（圖5～圖7）。

1 ～3號(hào)墩柱測(cè)試2個(gè)剖面，A剖面距離柱底1.5 m，B剖面距離A剖面1.5m;4～9號(hào)墩柱測(cè)試3個(gè)剖面，A剖面距離柱底0.9 m，B剖面距離A剖面1.1 m，C剖面距離B剖面.1.1 m（圖8）。

本次測(cè)試除5號(hào)墩柱B剖面、6號(hào)墩柱A剖面和B剖面、8號(hào)墩柱B剖面9號(hào)墩柱A剖面和B剖面測(cè)試環(huán)線上無(wú)脫空的現(xiàn)象外，其他剖面測(cè)試環(huán)線上均存在脫空的現(xiàn)象，存在脫空的現(xiàn)象的剖面未獲取到的首波穿射柱的直達(dá)波導(dǎo)致無(wú)法準(zhǔn)確判定內(nèi)部自密實(shí)混凝土質(zhì)量。6號(hào)墩柱B剖面存在2處不密實(shí);5號(hào)墩柱B剖面、6號(hào)墩柱A剖面.8號(hào)墩柱B剖面.9號(hào)墩柱A剖面和B剖面自密實(shí)混凝土質(zhì)量較好。

4.2 第二次檢測(cè)（2019年1月3日）

現(xiàn)場(chǎng)共計(jì)測(cè)試6個(gè)墩柱，16個(gè)環(huán)形CT剖面。墩柱直徑為1 m，鋼管壁厚0.01 m，直徑為1.02 m，周長(zhǎng)約為3.2 m，本次測(cè)試一個(gè)圓周剖面布置16個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)間距為0.2 m，測(cè).線采用部分交叉，共計(jì)45條測(cè)線（圖9、圖10）。

1號(hào).2號(hào)墩柱測(cè)試2個(gè)剖面，A剖面距離柱底1.5 m， B剖面距離A剖面1.5m;4號(hào)5號(hào).6號(hào)、8號(hào)墩柱測(cè)試3個(gè)剖面，A剖面距離柱底0.9 m，B剖面距離A剖面1.1 m，C剖面距離B剖面1.1 m（圖11）。

所測(cè)試的16個(gè)環(huán)形剖面中，較多處疑似存在脫空，可能是自密實(shí)混凝土收縮、或者天寒引發(fā)，宜引起注意;疑似存在脫空區(qū)域，因媒介無(wú)法穿透混凝土，固無(wú)法準(zhǔn)確判定內(nèi)部混凝土質(zhì)量;現(xiàn)場(chǎng)使用激振錘進(jìn)行聽(tīng)聲辨別，確實(shí)較多區(qū)域（尤其是4A .4B、5A存在較多脫空） ，聽(tīng)聲辨別僅作參考，不作判定依據(jù);前后2次測(cè)試，存在部分差異，但所測(cè)環(huán)形切面，前后兩次測(cè)試的鍵全部平均值（平均波速）差距不大。2次檢測(cè)的結(jié)果見(jiàn)附表。

5結(jié)論

對(duì)現(xiàn)場(chǎng)鋼管試驗(yàn)柱進(jìn)行實(shí)體剖切后，剖切情況與 CT檢測(cè)結(jié)果吻合，部分鋼管試驗(yàn)柱確實(shí)存在脫空現(xiàn)象，但脫空尺寸較小在2 mm以?xún)?nèi)，且脫空部位混凝土密實(shí)成型質(zhì)量好。鋼管混凝土柱脫空情況無(wú)法全部避免，但通過(guò)試驗(yàn)柱得到其脫空尺寸在2 mm以?xún)?nèi)，經(jīng)分析對(duì)承載力影響較小，鋼管混凝土柱承載力仍能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求;后期將通過(guò)調(diào)整配合比、膨脹劑摻量和施工工藝等措施可以有效控制混凝土收縮，減少鋼管混凝土柱脫空現(xiàn)象產(chǎn)生。根據(jù)上述結(jié)果得出結(jié)論：

（1）后續(xù)鋼管混凝土柱內(nèi)自密實(shí)混凝土配合比。每立方混凝土中各組分配比含量：水泥395 kg，砂820 kg，石888 kg， 水180 kg，高效減水劑12.5 kg，膨脹劑40 kg（8%），煤粉灰50 kg，礦粉25 kg，微硅粉30 kg。

（2）鋼管柱內(nèi)混凝土澆筑采用串管加振搗施工工藝。

（3）后續(xù)鋼管混凝土采用敲擊法檢測(cè)，若對(duì)敲擊法檢測(cè)有疑義部位則采用 CT法進(jìn)行復(fù)測(cè)。

參考文獻(xiàn)

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