高抛免振捣钢管自密实混凝土施工质量控制技术

中建一局集团第五建筑有限公司 北京 100024

1 工程概况

杭政储出（2004）69#地块工程是杭州钱江新城的重点工程，建成之后将成为江干文体中心的配套酒店设施。工程结构采用钢框架—钢筋混凝土剪力墙结构，箱型柱为主要受力构件，单段柱高13.2 m（详图1）。

箱型钢柱截面尺寸有500 mm、600 mm、700 mm、800 mm、1 000 mm见方的5 种。内部每隔一定间距增设有加强隔板带，最大间距达到1.8 m，隔板带中央预留Φ250 mm圆孔（图2），箱型柱内使用混凝土灌芯。如何保证柱内混凝土特别是隔板下混凝土浇筑的密实性是施工的关键。

2 施工工艺的选择

目前，箱型柱混凝土的传统浇注方法主要有2种[1-5]：导管浇筑法和泵送顶升法。导管浇筑法是最为传统的施工方法，该方法操作笨重、浪费工时，不适合较高的箱型柱混凝土浇筑。泵送顶升法施工工序较为繁杂、同时设备费用较高。

图1 箱型柱剖面示意（每隔一定间距增设有隔板加强带）

作为第3种方法，高抛自密实混凝土施工技术是一种全新的施工方式。该方法对采用的自密实混凝土根据其黏聚性、保水性、流动性、保塑性及低气泡含量的需求预先设定好配合比，使其达到高处抛落不离析的效果，并且能通过抛落的动能达到自密实的效果。经过对比分析，本工程箱型柱混凝土选用高抛自密实混凝土浇筑工艺。为确保高抛自密实混凝土的浇筑质量，从工艺上列出两个方面需严格控制[6-8]：

（a）箱型柱内每隔一定间距设有隔板加强带，最大间距达到1.8 m，混凝土浇筑时不易保证加强带部位混凝土的密实性。因此，本工程采用塔吊吊运的方式以便控制混凝土的浇筑速度，确保加强带底部混凝土密实。

（b）由于采用高抛混凝土，靠从高处下抛产生的动能流满箱型柱，若采用这种施工方法，混凝土浇筑至柱顶时，下落时动能不足会给混凝土浇筑的密实性带来又一隐患，因此需要在柱顶一定高度范围内对混凝土进行振捣。

图2 箱型柱顶部预留孔平面示意

3 设备与材料的准备

3.1 混凝土的选择

本工程胶凝材料选用P.O 52.5水泥，该水泥具备较低的需水性以及与高效减水剂之间的相容性，并采用高活性、低需水性的掺合料。高抛免振混凝土的骨料采用粒径5～25 mm的石子、粒径5～10 mm的小石子，细度模数为2.6～3.0的中砂。选用的外加剂需满足以下3 个要求：

（a）避免箱型柱壁与混凝土间的微小空隙，因此需选用微膨胀剂；

（b）能增强混凝土的耐久性，且对混凝土的硬化无不良影响；

（c）能保证混凝土良好的流动性、合适的凝结时间。

掺合料采用Ⅰ级粉煤灰。与同强度等级的普通混凝土相比，高抛免振捣混凝土的配合比具有浆骨比大、砂率大、细掺料用量多的特点，且其水胶比一般不宜大于0.4，以保证其耐水性。

根据本工程特点以及自密实混凝土的各项性能指标，根据工程需求制定所需混凝土的各项指标，即水胶比≤0.35、砂率42%～46%、扩展度≥750 mm，且具有良好的和易性、不离析、不泌水及气泡含量少的特点，然后据此为标准进行试配试验。

由于影响高抛免振捣混凝土实现存在几个最重要的因素为高强度等级的混凝土减水率不够、坍落度和流动度经时损失大，经过试配，坍落度测试、U型仪试验及现场原位试验，最终配合比为表1所示。

表1 施工配合比

3.2 设备的选择

振捣棒（须准备超长振捣棒，以解决箱型柱隔板部位发生的不密实状况）、立式圆锥形混凝土料斗、3号钢锤。

4 施工过程

4.1 工艺流程

施工工艺流程如图3所示。

图3 施工工艺流程

4.2 操作要点

4.2.1 混凝土坍落度检测要点

根据试配试验确定的各项指标，对刚进场准备浇筑的混凝土应及时做好坍落度、和易性的检测，取样检测次数为每台班混凝土取样不少于2 次。

4.2.2 混凝土浇筑要点

（a）浇筑时，确定箱型柱内无杂物和积水后，先在箱型柱底部浇筑1 层厚10～20 cm水泥砂浆，强度等级与所浇筑混凝土强度等级相同，以防止混凝土粗骨料自由下落时产生弹跳，应注意水泥砂浆配合比中用水量的控制，避免产生“烂根”现象。

（b）浇筑混凝土使用的料斗应保证其下口伸入箱型柱内，依靠混凝土下落产生的动能达到自密实的效果。

（c）在混凝土浇筑过程中，采用测绳测量液面高度的方法量测混凝土的浇筑高度，当混凝土液面高度达到箱型柱隔板以下20～50 cm位置时暂停浇筑，停留至少5 min方可继续浇筑。

（d）为了防止焊接下一节钢柱时产生的高温影响混凝土质量，每段钢管柱（最后一节箱型柱除外）中的混凝土浇筑高度需要控制在离箱型柱顶端50 cm位置处。

4.2.3 柱顶部位混凝土的振捣要点

柱顶部位，即混凝土的抛落高度≤4 m时，为避免由于混凝土下落动能不足导致柱顶部位混凝土浇筑不密实，除按普通混凝土的振捣方法振捣外，特采取以下措施：

（a）振捣棒振捣应做到逐层振捣，密插短振；

（b）管内振捣的同时，管外采用人工木槌敲击进行配合。

待混凝土表面平齐、无明显下降、无气泡溢出、表面泛浆即可判断混凝土已振捣密实，方能停止振捣。

4.2.4 混凝土养护要点

（a）每节箱型柱浇筑完（最后一节箱型柱除外），第一步应及时清除掉表层浮浆，灌水养护应在混凝土初凝之后进行，然后用塑料布将管口封堵严实，避免异物掉入。将管内的积水，浮浆，松动的石子及杂物清除干净完毕，方可安装上一节钢柱。

（b）待混凝土分段浇筑到柱顶时，即最后一节浇筑完毕，宜敞口3～4 d，待管内混凝土收缩后，用与混凝土强度相同的水泥砂浆抹平后，盖上端板并焊好，详见图4～图7。

图4 塔吊吊打箱型柱混凝土

图5 抛落高度不足时振捣

图6 浇筑完毕之后，柱顶灌水养护，并用盖板盖上保护

图7 现场坍落度试验

4.3 注意事项

（a） 现场浇灌混凝土前应做好充足的施工准备，采用快辅料、快振捣和及时覆盖的快速施工法。

（b） 混凝土浇筑前，须对钢管柱内的杂物和积水进行清理，为了湿润混凝土结合面，应灌入厚10～20 cm同强度等级的水泥砂浆，此做法能够防止骨料产生弹跳离析。

（c）在浇筑时混凝土表面抬升过程中，随时用3#钢锤敲击检查密实情况，发现问题立即插入振捣棒进行补振，并及时检查效果。

（d） 箱型柱外壁隔板下四周设置透气及观测孔，在混凝土浇筑之前须逐一检查是否清孔，避免无法通过观察孔洞的流浆情况来判断混凝土密实性。

在施工过程中如发现隔板部位有不密实的情况，应立即停止混凝土浇筑，并采用超长振捣棒对该部位振捣密实后再进行浇筑。

（e） 严禁在混凝土中加水，混凝土浇筑尽量安排在晴天，中到大雨天气避免进行混凝土的浇筑，小雨天气如需进行混凝土浇筑，须加设防雨棚进行遮挡。

（f） 在混凝土浇筑过程中，必须设专人对混凝土的质量进行监控，及时做好坍落度和扩展度性能的检测，不符合要求的禁止使用，并且按规定留置试块。

（g）如检测发生密实性不理想的情况，须对不密实部位，采用钻孔高压注浆法补偿，再将钻孔补焊封堵。

5 结语

（a）通过本次实践，充分体现了在混凝土自密实的情况下，依靠下落动能实现自流平并充满钢管柱，再通过少许的振捣，也能达到实际效果，但需要保证混凝土的流动性。

实际施工过程中，部分混凝土水泥浆较多，流动性虽然保证了，但是产生了流浆、拌合物稳定性差等新的问题，这些混凝土都采取了退场措施，不予使用。实际效果证明，除了水泥浆用量方面，适当的含砂率和表面光滑、少棱角的卵石集料等，都能提高混凝土的流动性。

（b） 在浇筑过程中，箱型柱下部可能会出现空缺部分无法流满混凝土的突发情况，所以还是需要超长振动棒备用。发生这种情况的主要原因在于粗骨料直径过大，应在根源上解决骨料问题，箱型柱混凝土中粗骨料粒径过大则不准使用。

（c） 由于采用新方法、新工艺才能达到更好的经济效益和社会效果，所以在今后的施工过程中要充分利用这些方法所体现出来的优点。