矩形钢柱自密实混凝土顶升施工中钢柱变形成因及施工控制

肖钊哲，田炫宏

（兰州宏建建材集团有限公司，甘肃 兰州 730050）

矩形钢柱自密实混凝土顶升施工中钢柱变形成因及施工控制

肖钊哲，田炫宏

（兰州宏建建材集团有限公司，甘肃 兰州 730050）

本文结合工程实例主要介绍 C60 自密实混凝土在矩形钢柱结构顶升施工中发生的钢柱变形问题，分析成因，总结施工控制要点并提出预防及处理措施。

矩形钢柱；自密实混凝土；顶升施工；变形；成因

0 引言

高性能自密实顶升混凝土应用在国外已经相对比较广泛，应用技术也相对比较成熟，已成功运用于铁路、隧道、水工大坝、地下结构等领域。其施工原理就是利用机械设备向钢柱内由下而上填充自密实混凝土，通过泵压及混凝土自身的流动使钢柱内混凝土自动密实，最后将两种不同性质的材料混合成为一体的复合结构。我国自密实顶升混凝土应用相对较晚，主要应用于形体复杂，配筋密集、薄壁、钢管（柱）混凝土等受空间限制的结构；环境噪音要求较小和工程进度紧张的工程结构；普通混凝土受振捣限制无法密实的工程结构；以及国家重点工程项目和对工程质量耐久性有特殊要求的建筑项目。顶升施工的一般做法是：在钢结构的下壁上开设一个孔洞，加装一节带有开关功能的输送管，使用时与混凝土泵管连接，利用高压泵将高性能自密实混凝土依靠泵压通过管线连续注入管柱内，使混凝土由柱底部向顶部均匀填充，混凝土注满后关闭连接管，待混凝土凝固后拆除焊接封堵。国内顶升混凝土的特点主要是：（1）钢柱形状大多为圆形，矩形钢柱使用较少。（2）钢柱结构简单，柱内开孔直径较大，多大于 200mm，且四周开有透气孔，混凝土顶升阻力小。（3）顶升使用混凝土强度等级低，一般 C40 左右。（4）顶升施工高度低。

1 控制要点

顶升混凝土施工是混凝土施工中难度较大的一种施工工艺，对混凝土生产单位及施工单位技术要求相对较高。根据施工要求、结构设计、施工环境、混凝土原材料品质等施工条件的不同，其质量的关键技术控制要点是：第一，混凝土品质满足自密实混凝土的相关要求；第二，生产、供应环节必须连续稳定；第三，泵送过程各项技术参数必须稳定可控；第四，柱内混凝土顶升速度、高度、位置等参数控制及监控措施必须齐全；第五，泵送点与监控点通信联络通道必须畅通及时；第六，钢柱内部结构及检验必须满足图纸要求；第七，钢柱外加固措施及监测措施必须可靠准确。

顶升施工使用的混凝土工作性能品质是决定施工成败的关键。由于混凝土在钢柱内填充上升受到横向筋板等的制约，因此混凝土必须有很好的流变性能和粘聚性能，实际生产中按照 CECS203:2006《自密实混凝土应用技术规程》、CECS207:2006《高性能混凝土应用技术规程》控制，主要控制扩展度必须大于 650mm，T50≤10s，不得出现泌水、离析、分层、抓底等现象，混凝土凝结时间控制在 12h 以上，限制膨胀率必须通过试验实现准确控制，防止混凝土与钢柱之间黏结出现质量隐患。

混凝土生产供应环节必须的连续稳定，杜绝出现扩展度忽大忽小或者中断运输导致停泵现象。顶升一旦开始必须顶到计划位置，中途不得出现停泵。如果中途停泵再次起泵爆管风险很大，如果出现停泵马上停止施工，补救措施是在停泵位置略高于 50cm 位置再次开孔进入下道工序。泵送过程各项技术参数的监控具有指导意义，必须专人负责泵送设备参数记录指挥，同时及时联络工作面监控人员使顶升高度可控。为了准确掌握柱内混凝土顶升速度、高度、位置等参数，必须专人负责柱内摄像头监控录像的控制。监控人员与泵送点监控人员的通信联络通道必须畅通及时，使泵送监控人员及泵工能在第一时间掌握柱内混凝土的顶升情况，防止发生意外。

钢柱内部结构检验是必须的，主要检查钢柱内部结构是否满足图纸要求、筋板开孔及排气孔尺寸及位置是否准确、柱内垃圾特别是钢丝团等加工垃圾是否清理干净，确保不留下堵塞等重大隐患，保证柱内混凝土顶升流动顺畅。

钢柱外加固措施及监测措施必须可靠准确。顶升施工最常发生的故障就是中断顶升和爆管，由于受力的原因矩形钢柱相比圆形更容易发生爆管，除了前面提到的几个控制点以外，为了监控和克服钢柱在顶升过程受力产生的形变，钢柱外部采取适当的临时加固和加装千分表等测量装置措施是非常有必要的。我们在某工程顶升施工中发生的矩形钢柱变形爆管后采取加固监测措施效果非常理想。

2 工程实例

某工程建筑高度 156m，结构柱全部采用矩形钢柱，其最大截面尺寸为 (1200×800)mm2，最小为 (800×600) mm2，钢柱结构钢板厚度最大 40mm，柱内间距 2m 设置横向加强筋板，筋板中心开孔 ø200，四周设置 4×ø20 排气孔（见图 1），每次顶升高度为两层 11m，混凝土强度等级为C60～C40。顶升过程中发现有柱内排气孔不符要求的（见图2），在底部混凝土施工过程中，混凝土严格按照《自密实混凝土应用技术规程》中的一级自密实混凝土进行控制，混凝土主要性能参数要求如下：

（1）C60 混凝土不离析、不泌水、不分层，流动性、匀质性、稳定性保塑性能良好。

（2）现场坍落度 250～270mm 之间， 4 小时坍落度平均损失≤10mm，坍落扩展度 650～750mm 之间，4 小时扩展度损失≤100mm，顶升入口扩展度最小值≥650mm，泵送坍落度损失≤10mm，初凝时间≥12h，终凝时间≯24h，经试验确定的膨胀率控制在 0.02%～0.05% 之间。

图 1 柱内开孔图

图 2 排气孔不符要求的开孔

3 变形特点

开始施工时钢柱只采取简单外加固，没有设置测量装置，施工也比较顺利，每根柱顶升所用时间平均 15 分钟左右，泵压 8～13MPa，排量 10% 左右。就在一层施工快要结束的最后三根柱施工时，某根柱作业中突然发现的泵送监控中泵压达到 18MPa，楼上监控发现混凝土上升停止，观察人员近距离听到钢柱有异常声响，各系统立即通知停止泵送，但为时已晚，钢柱发生了严重变形。事后测量发现钢板厚度达到 40mm 的矩形钢柱四面出现不同程度的膨胀变形，长面最大变形达到 40mm（见图 3）。

图 3 变形后的钢柱

4 成因分析

停泵后立即对混凝土工作性能、施工工序、钢柱加固等环节及时进行了检测分析论证，得出导致钢柱变形的原因主要有以下几个方面：

（1）入模混凝土坍落度扩展度过小，实测只有580mm，可能是惯性思维所致，认为扩展度 750mm 顶升正常，720mm 顶升正常，650mm 也正常，最小时 600mm 也正常，就轻视甚至放弃了扩展度指标控制，导致出现低于600mm 也不采取措施仍然在泵送。

（2）钢柱外加固达不到要求。该变形柱截面为矩形，几何尺寸达到 (1200×800)mm2，受力相比圆形有不均匀受力面，需要加固。

（3）钢柱观测不及时。因刚开始顶升顺利就去掉了专门用于测量钢柱变形的千分表，同时，观察人员马虎大意，未能及时发现钢柱内部变化察觉发出的异常声响。

5 控制措施

针对分析出的原因制定出以下预防及处理措施：

（1）顶升施工中混凝土严格按照既定要求指标控制，不符合要求的混凝土不得用于顶升，逐车检查测量记录数据备查。

（2）现有钢柱外加固采用的临时脚手架扣件紧固明显不满足要求，必须设计使用专门的槽钢螺栓加固，并且安装测量型变的千分表，安排专人负责监视。

（3）安排专人负责及时监控泵送设备技术参数并做好记录。

（4）对已变型的钢柱在征得设计单位同意的情况下采取切割更换处理（更换处理需专门制定具体方案并且通过专家组论证）。

6 结语

在后续的顶升施工过程中由于严格按照制定的措施执行，顶升工作非常顺利，顶升高度由两层逐渐提高到四层，最大顶升高度达到了一次顶升四层（强度等级为 C40）近16m，特别是标高在 134m 以上的楼顶 10 根花架立柱，其层高超过 22m，由于措施到位也实现了一次顶升完成，整个过程十分顺利。我们还及时总结经验并制定出了《高性能混凝土生产及应用技术规程》来指导以后的工作，还就变形柱的切割更换为课题进行了课题研究总结。

我们认为虽然矩形柱顶升施工难度大，国内工程实例较少，受地域原材料限制可借鉴经验空白，但只要科学合理的坚持按既定方案施工，不随意更改方案，再简单的工序也不省略，严谨认真，就能获得成功。

［通讯地址］兰州市七里河区河湾堡西街 25 号兰州宏建建材集团有限公司（730050）

Steel columns deformation cause and construction control points in the construction of rectangle steel pillars self-compacting concrete jack-up

Xiao Zhaozhe, Tian Xuanhong
( Lanzhou HongJian Building Materials CO., Ltd, Gansu Lanzhou 730050)

Combined with engineering examples which will introduces C60 self-compacting concrete occurred steel pillars deformation in the construction of rectangle steel pillars structure jack-up. Analysis of causes, and summarize the construction control points and put forward prevention and treatment measures.

rectangular steel pillar; self-compacting concrete; jack-up construction; the deformation; cause

肖钊哲（1970—），工程师，长期从事混凝土及水泥制品技术管理及研究工作。