倪劍波

（浙江天工建設(shè)集團(tuán)有限公司，浙江 紹興 312000）

0 引言

我國建筑行業(yè)發(fā)展速度較快，工程體量大，促進(jìn)了施工技術(shù)的進(jìn)步和創(chuàng)新。鋼管柱混凝土集混凝土的抗壓強(qiáng)度高和型鋼的抗彎能力強(qiáng)于一身，實(shí)現(xiàn)了良好的彈塑性，可使混凝土處于側(cè)向受壓狀態(tài)，其抗壓強(qiáng)度可成倍提高。同時(shí)由于混凝土的存在，提高了鋼管的剛度，兩者共同發(fā)揮作用，從而大大地提高了承載能力。鋼管柱混凝土作為一種新興的組合結(jié)構(gòu)，被廣泛使用于框架結(jié)構(gòu)中（如廠房和高層）。鋼管柱混凝土結(jié)構(gòu)具有良好的受力性能和施工性能，這是其發(fā)展迅速的根本原因。其性能優(yōu)勢主要表現(xiàn)在承載力、延性和抗震性能方面。鋼管柱混凝土柱中，鋼管對(duì)其內(nèi)部混凝土的約束作用使混凝土處于三向受壓狀態(tài)，提高了混凝土的抗壓強(qiáng)度；鋼管內(nèi)部的混凝土又可以有效地防止鋼管發(fā)生局部屈曲。研究表明，鋼管柱混凝土柱的承載力高于相應(yīng)的鋼管柱承載力和混凝土柱承載力之和。鋼管和混凝土之間的相互作用使鋼管內(nèi)部混凝土的破壞由脆性破壞轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄云茐?，?gòu)件的延性性能明顯改善，耗能能力大大提高，具有優(yōu)越的抗震性能。

鋼管柱混凝土的澆筑方法有泵送頂升澆筑法、高位拋落免振搗法、自密實(shí)混凝土澆筑法三種，目前也有一些創(chuàng)新方法用于實(shí)踐。本文在介紹鋼管柱混凝土結(jié)構(gòu)的性能優(yōu)勢的基礎(chǔ)上，根據(jù)建筑工程實(shí)例，僅對(duì)鋼管柱混凝土澆筑高拋法施工技術(shù)進(jìn)行分析。

1 工程概況

以某住宅工程項(xiàng)目10#居住樓以及5#配套裙房為例，該工程采用筏形基礎(chǔ)，包括地下3層和地上19層，總建筑面積256599m2。其中，地下部分為混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu)，地上12～16層部分采用鋼結(jié)構(gòu)框架體系，主要由小截面鋼管柱、工字鋼梁組成。在進(jìn)行鋼梁連接時(shí)，主要采用高強(qiáng)螺栓，配合焊接，鋼柱則采用焊接方式進(jìn)行連接，兩者焊接作業(yè)時(shí)焊縫等級(jí)為Ⅰ級(jí)。結(jié)合該工程施工規(guī)范，鋼管柱（9.45m高，即3層1節(jié)）內(nèi)混凝土澆筑采用高強(qiáng)自密實(shí)混凝土，即C40-C60。該工程鋼構(gòu)件規(guī)格見表1。

表1 鋼構(gòu)件規(guī)格及分段情況

2 施工方案選擇

在進(jìn)行建筑工程項(xiàng)目鋼管柱混凝土澆筑時(shí)，目前施工領(lǐng)域主要總結(jié)出高拋工藝和頂升工藝。結(jié)合表1中內(nèi)容可以看出，該工程鋼管柱截面比較有限，加之管壁相對(duì)較薄，頂升工藝施工過程中，容易發(fā)生鋼管柱變形，不僅影響后續(xù)施工，還有可能造成建筑物主體結(jié)構(gòu)破壞。與此同時(shí)，對(duì)于自密實(shí)混凝土來說，其澆筑高度通常低于9.0m，但是該工程每節(jié)鋼管柱長度達(dá)到9.45m，高于施工規(guī)范所要求的澆筑高度允許值。在此基礎(chǔ)上，鋼管截面小，也會(huì)相應(yīng)增加混凝土澆筑難度[1]。經(jīng)過綜合分析認(rèn)為，在進(jìn)行混凝土澆筑時(shí)，需要在兼顧上述因素的同時(shí)，進(jìn)一步考慮混凝土澆筑后密實(shí)度是否符合施工設(shè)計(jì)要求。經(jīng)過研究分析決定，該工程鋼管柱混凝土澆筑采用高拋法工藝。高拋法的施工工藝原理是通過采用一定的配合比，使混凝土拌合物在自由落下時(shí)不泌水、不離析，利用混凝土拌合物從高處自由拋落時(shí)產(chǎn)生的強(qiáng)大動(dòng)能，不經(jīng)振搗或輕微振搗就能夠達(dá)到自行密實(shí)的效果。

3 施工準(zhǔn)備

3.1 機(jī)具準(zhǔn)備

建筑主體鋼管柱部位的混凝土主要由塔式起重機(jī)吊進(jìn)行運(yùn)送，為避免運(yùn)送過程中對(duì)混凝土造成影響而出現(xiàn)施工質(zhì)量問題，該工程采用專用漏斗，并在漏斗上配置可伸縮導(dǎo)管，此種導(dǎo)管可自由伸縮，并且深入到鋼筋柱內(nèi)部0.6m，從而將C40-C60混凝土自由下落高度下降到8.86m，小于澆筑高度允許值9.0m，符合混凝土高拋施工工藝的實(shí)施要求。

3.2 材料準(zhǔn)備

鋼結(jié)構(gòu)裝配式建筑鋼管柱混凝土結(jié)構(gòu)在施工時(shí)，主要施工材料包括鋼筋、水泥砂漿、摻合料、預(yù)埋件等，嚴(yán)格根據(jù)結(jié)構(gòu)施工相關(guān)要求，對(duì)上述材料進(jìn)行質(zhì)量管控，確保進(jìn)場材料質(zhì)量。結(jié)合該工程施工設(shè)計(jì)中的相關(guān)要求，混凝土材料要求[2]見表2。

表2 混凝土材料施工質(zhì)量要求

3.3 現(xiàn)場準(zhǔn)備

為保證混凝土澆筑施工質(zhì)量，需要關(guān)注施工現(xiàn)場可能產(chǎn)生的影響因素，通過勘察分析施工現(xiàn)場是否存在鋼管柱混凝土澆筑施工風(fēng)險(xiǎn)，并且準(zhǔn)確分析是否存在不利于混凝土澆筑作業(yè)的其他因素。除了關(guān)注施工現(xiàn)場條件外，為促進(jìn)澆筑施工有序開展，在澆筑混凝土前應(yīng)對(duì)建筑項(xiàng)目所處地區(qū)氣候、降雨、地質(zhì)等情況加以勘察，保證澆筑作業(yè)與環(huán)境因素相符合，提前將潛在的施工風(fēng)險(xiǎn)排除。

3.4 技術(shù)準(zhǔn)備

在鋼管柱混凝土結(jié)構(gòu)施工時(shí)，要關(guān)注鋼筋加工質(zhì)量，為后續(xù)開展混凝土澆筑提供更多保障。加工鋼筋的方式比較多，該工程結(jié)合實(shí)際需要，主要采用三種加工方法，分別為冷拉、除銹和焊接方式。對(duì)于不同級(jí)別的鋼筋，冷拉率存在一定差異。例如，HPB235級(jí)別鋼筋，冷拉率要控制在4%，HRB335、HRB400以及HRB400級(jí)別鋼筋，冷拉率均為1%[3]。與此同時(shí)，在進(jìn)行鋼筋焊接作業(yè)時(shí)，關(guān)注環(huán)境溫度，盡量避免在低于-5℃的條件下進(jìn)行焊接施工，如無法改變溫度環(huán)境，則及時(shí)調(diào)整焊接工藝及相關(guān)參數(shù)，避免造成焊接質(zhì)量下降。此外，結(jié)合混凝土澆筑高拋施工操作規(guī)范，明確混凝土澆筑技術(shù)相關(guān)指標(biāo)，包括混凝土拓展度、強(qiáng)度等，澆筑前及時(shí)確定施工流程，避免對(duì)澆筑作業(yè)產(chǎn)生不良影響。

4 混凝土澆筑高拋法施工

4.1 施工前試驗(yàn)

因該工程特殊情況，混凝土澆筑施工高度相對(duì)較高，在進(jìn)行高拋混凝土澆筑時(shí)，要關(guān)注混凝土自由下落度，并將其控制在合理范圍內(nèi)，以免發(fā)生離析現(xiàn)象而對(duì)總體澆筑質(zhì)量帶來不良影響。該工程C40-C60混凝土采用預(yù)拌混凝土，施工前嚴(yán)格按照混凝土擴(kuò)展度、出入模溫度、運(yùn)輸距離，詳細(xì)與攪拌站進(jìn)行技術(shù)交流，制定最佳施工方案。同時(shí)，施工前于現(xiàn)場開展?jié)仓?，為確保澆筑質(zhì)量，確定澆筑速率，明確拓展度，從而保證澆筑方法符合實(shí)際需要。在此基礎(chǔ)上，對(duì)料斗進(jìn)行濕潤處理，漏斗插入到鋼管柱內(nèi)后，塔式起重機(jī)、料斗共同協(xié)作開展混凝土澆筑[4]。根據(jù)施工現(xiàn)場實(shí)際情況，在進(jìn)行高拋澆筑前，劃分3個(gè)區(qū)域，同時(shí)對(duì)3個(gè)區(qū)域混凝土澆筑的速率進(jìn)行合理控制，具體見表3。

表3 不同區(qū)域混凝土澆筑速率

4.2 質(zhì)量控制

在進(jìn)行混凝土澆筑時(shí)，詳細(xì)觀察透氣孔狀況，對(duì)出氣、冒漿情況進(jìn)行分析，當(dāng)出氣孔冒漿后，及時(shí)對(duì)混凝土澆筑量進(jìn)行查看，如果發(fā)現(xiàn)與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)存在較大誤差，則及時(shí)對(duì)澆筑施工進(jìn)行改進(jìn)。結(jié)合該工程澆筑施工規(guī)劃，對(duì)每個(gè)鋼管柱混凝土充盈系數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算，澆筑結(jié)束后由專門技術(shù)人員負(fù)責(zé)全面檢查，常規(guī)檢查發(fā)現(xiàn)異常情況后，及時(shí)采用超聲波檢測技術(shù)，對(duì)鋼管柱內(nèi)混凝土密實(shí)度進(jìn)行確定。完成混凝土澆筑后，在適宜時(shí)間開展養(yǎng)護(hù)工作，防水混凝土澆筑結(jié)束并凝固后，馬上進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，按要求養(yǎng)護(hù)時(shí)間超過2周。該工程混凝土養(yǎng)護(hù)按照不同位置，采用不同養(yǎng)護(hù)方法，其中地下框架和墻體噴灑養(yǎng)護(hù)液，底板位置采取澆水方法進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，頂板澆水后采用塑料薄膜對(duì)其進(jìn)行覆蓋。

為進(jìn)一步加強(qiáng)混凝土澆筑施工質(zhì)量，應(yīng)做好如下施工質(zhì)量控制：

（1）粗骨料、細(xì)骨料等材料進(jìn)場時(shí)，對(duì)材料進(jìn)行質(zhì)量檢查，確?；炷敛牧腺|(zhì)量。針對(duì)混凝土強(qiáng)度、擴(kuò)展度、配合比等要求，澆筑前開展試驗(yàn)。

（2）由于施工環(huán)境復(fù)雜，對(duì)施工過程中可能存在的阻礙因素進(jìn)行分析，做好各方面施工準(zhǔn)備工作，合理設(shè)計(jì)施工方案，評(píng)估施工技術(shù)的適用性，從而完善混凝土施工工藝。

（3）混凝土澆筑過程中，施工人員密切關(guān)注出氣孔狀況，為進(jìn)一步加強(qiáng)高強(qiáng)自密實(shí)混凝土的密實(shí)度，可采用鋼管輕敲鋼管柱。

（4）為保證混凝土密實(shí)度，除了常規(guī)判斷方法外，對(duì)混凝土實(shí)際用量與施工設(shè)計(jì)用量進(jìn)行對(duì)比計(jì)算，提供一定參考依據(jù)[5]。

（5）混凝土澆筑施工結(jié)束后，對(duì)排氣孔進(jìn)行封堵，采用防火涂料噴覆方法進(jìn)行處理。

5 施工效果分析

該工程10#主樓共使用380根鋼管柱，1370根方柱，混凝土澆筑過程中專人負(fù)責(zé)對(duì)出氣孔進(jìn)行檢查，結(jié)合施工要求對(duì)每根鋼柱混凝土澆筑充盈系數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算，澆筑結(jié)束后根據(jù)計(jì)算值開展全面檢查，結(jié)果顯示，柱體根部混凝土密實(shí)度滿足施工要求，且未出現(xiàn)離析，腹板下側(cè)無漏澆和空洞狀況，檢查結(jié)果符合施工設(shè)計(jì)規(guī)范。同時(shí)，在進(jìn)行鋼管柱混凝土澆筑時(shí)，結(jié)合施工規(guī)范，對(duì)結(jié)構(gòu)收縮沉降情況進(jìn)行分析，根據(jù)混凝土自身性的收縮沉降作用，于初凝前對(duì)柱體上部位置開展二次振搗，從而進(jìn)一步加強(qiáng)柱體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與安全性，確保柱體結(jié)構(gòu)完整。

6 結(jié)束語

綜上所述，建筑工程項(xiàng)目中混凝土施工難度比較大，對(duì)澆筑施工技術(shù)水平的要求比較高，特別是小截面鋼管柱，為保證施工質(zhì)量，需要結(jié)合混凝土具體施工情況，做好施工方案選擇，同時(shí)不斷對(duì)施工技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)。與此同時(shí)，從機(jī)具、材料和技術(shù)三個(gè)方面做好施工準(zhǔn)備，并且對(duì)澆筑施工進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量控制，結(jié)合該工程施工情況，總結(jié)鋼管柱混凝土澆筑施工技術(shù)要點(diǎn)、施工注意事項(xiàng)，并且采取有效措施減少潛在安全風(fēng)險(xiǎn)，最大程度規(guī)避施工問題，切實(shí)提升建筑工程項(xiàng)目總體施工效益。通過完善澆筑施工工藝，改進(jìn)施工技術(shù)，可保證混凝土澆筑施工滿足設(shè)計(jì)規(guī)范以及施工要求，具有良好的施工效益。

值得一提的是，對(duì)于鋼管柱混凝土結(jié)構(gòu)的維護(hù)，由于裸露的鋼管在火災(zāi)高溫下會(huì)弱化鋼材的性能，需要在鋼管外表面噴涂防火涂料來解決鋼管柱混凝土的防火問題。