钢管混凝土顶升作业监理控制措施

李宗文+薛锋

摘 要：阐述了钢管混凝土结构的变电站构架泵送顶升混凝土作业的特点及难点、监理控制措施，主要把施工前的方案审查、构架的进场验收、自密实混凝土的质量控制、构架污染控制、应急处置、质量检查及缺陷处理等作为监理的控制重点，以期为钢管混凝土顶升作业和现场监理提供参考。

关键词：钢管混凝土；顶升作业；监理；控制措施

1 钢管混凝土构架概况

某变电站750KV屋外配电装置区构架柱采用A型钢管混凝土柱，钢管内混凝土待所有构架吊装完成后，采用泵送顶升法浇筑自密实混凝土，混凝土最大顶升高度42m。变电站构架采用钢管混凝土结构及泵送顶升法浇筑钢管混凝土在我国输变电领域尚属首次。

该750KV构架需采取泵送顶升法灌注混凝土的构架柱，主要有（直径m×壁厚mm×高度m）：0.6×8×42、0.63×10×42、0.3×6×27三种规格。构架柱采用Q345B钢板卷制而成，纵向焊缝采用全熔透坡口對接焊缝，焊缝质量等级要求为一级。

2 混凝土顶升作业的特点及难点

2.1 混凝土性能要求高

泵送顶升浇筑混凝土需要采用自密实混凝土，性能要求如下：

（1）自密实性：浇筑时不振捣，混凝土凝结硬化后密实良好。

（2）微膨胀性：补偿混凝土硬化过程中的收缩，确保钢管和混凝土形成整体受力构件。

（3）初凝时间：保证混凝土在整个施工过程中始终保持良好的流动状态。

（4）抗离析性：确保混凝土在泵管中不嵌锁堆积而产生堵管现象，不导致钢管中混凝土分层形成局部薄弱层。

混凝土拌合物需要满足的指标多，如果各项性能达不到要求，混凝土顶升作业就不可能完成或顶升完毕后的钢管混凝土质量达不到设计要求。

2.2 构架钢管焊缝现场验收难度大

需顶升混凝土的750kV构架钢管柱焊缝达3500m，焊缝检查量大；进场验收时只能验收焊缝的表面缺陷不具备现场探伤手段，对于焊缝的内部缺陷和钢管原材料只能通过出厂保证资料进行核对。

焊缝局部存在缺陷的部位，其抗拉强度将小于其母材抗拉强度，在混凝土顶升过程中该部位有引起焊缝爆裂的风险。

2.3 泵送混凝土所用设备选择计算复杂

混凝土泵的选择要考虑多种因素，其荷载的取值既有经验数据也有理论数据，既有材料力学计算也有流体力学计算。泵的压力过小混凝土就不可能顶升至钢管顶部，泵的压力过大顶升过程中有可能混凝土对钢管壁的压强大于钢管的抗拉强度则引起钢管爆裂。

2.4 溢出的混凝土污染构架

构架泵送顶升浇筑混凝土时，第一次顶满后需要复顶第二次，观察到混凝土从溢流管中溢出，停泵时已有大量的混凝土喷出溢流管，喷出的混凝土从42m的高空喷洒将污染大面积的构架，清理工作量将非常大且困难。

2.5 质量检查及缺陷处理复杂

混凝土不密实或者混凝土与钢管壁结合不紧密是钢管混凝土容易产生的缺陷，钢管混凝土现场质量检测主要靠敲击听声音辨别是否存在缺陷及缺陷程度。

质检人员检查经验少，往往对顶升完毕的混凝土不能全部检查或者检查判断不准确；检查的时机掌握不准确，在混凝土干缩未停止前进行检查时没有脱黏的区域随着干缩的不断发展，可能发生混凝土与钢管结合不紧密的情况。

钢管混凝土局部不密实需要在管壁上钻孔焊钢管嘴，注浆后切除钢管嘴，并将钻孔补焊封固。该作业需要高空多工种配合，工作难度大。

2.6 顶升过程中的应急处置不及时

钢管混凝土采用泵送顶升混凝土浇筑是一项新的工艺，施工及应急处置经验相对较少，一旦需要应急处置时需要在混凝土初凝前处置完毕。这就要求操作及指挥人员熟悉处置流程，同时，施工前准备好应急物资及设备。

3 监理控制措施

3.1 施工方案审查

除了一般施工方案审查内容，根据钢管混凝土泵送顶升作业的特点及难点，监理主要应对以下内容进行审查。

3.1.1 溢流管安装、质量检查、缺陷处理等作业均需高空进行，核查需要高空作业的各岗位人员是否具有高空作业资格。

3.1.2 混凝土运输车辆组织是否充分考虑了运输距离、移泵时间、单根钢管混凝土量等因素，应确保满足连续施工的需求。

3.1.3 泵车选型过程中，荷载取值及满足条件验算是否准确、全面。以顶升高度42m，直径600mm，壁厚8mm构架柱为例，泵车型号选择时应满足以下三个条件。

（1）混凝土顶升至42m高度时钢管底部混凝土对钢管壁的拉应力？滓t，max应小于钢材的设计抗拉强度。

混凝土顶升至42m高度所需要的压力P1：

垂直静压力+构架钢管内的粘结阻力+混凝土的沿程压力损失。

混凝土垂直静压力，将混凝土输送至钢管顶部时的最小压力C为：

C=P+？籽gh+■？籽v2

式中：v为该点流体的流速，？籽为液体密度，g为重力加速度，h为该点所在高度。

混凝土顶升过程中在钢管内呈“泉涌状”上升，假设混凝土上升至管顶时的流速：v=0.008m/s，高度：h=42m，密度：？籽=2.4×103kg/m3，重力加速度为：g=9.8N/kg，外力对其产生的压强：P=0MPa。

则：C=0+2.4×103×9.8×42+■×2.4×103×0.0082=0.99MPa

混凝土顶升至最大高度42m时钢管底部侧壁拉应力：

通过验算混凝土顶升至42m高度时，其对钢管壁的侧向拉应力小于钢材的设计抗拉强度。

（2）所选用的混凝土泵的最小压力P应能把混凝土顶升至42m高度。

混凝土输送泵分配阀损失0.05MPa，混凝土泵内损3.0MPa，安全输送系数取1.2，则总压力为：

P=（1.47+0.1+0.6+0.05+3）×1.2=6.264MPa

即所選择混凝土泵最小压力应不小于6.264MPa。

（3）所选用的混凝土泵达到最大压力P时，应保证构架钢管内混凝土对钢管侧壁的拉应力？滓t，max小于构架钢管钢材的设计抗拉强度，不至于破坏构架钢管。

？滓t，max按焊缝设计值310MPa取值，

算得：P=8.37MPa。

为安全起见，假设混凝土泵内压力无损失，则混凝土泵最大压力为8.37MPa。

故选择泵的理论输送压力不小于6.252MPa，不得大于8.37MPa。

3.1.4 溢流管的设置是否满足以下功能及要求：钢管内混凝土向上顶升时空气外排，混凝土顶升至钢管顶部溢出的混凝土被导流而不污染构架，混凝土从溢流管溢出时构架柱内已灌满混凝土，溢流管的截面积不得小于进料口截面积（避免混凝土顶满瞬间混凝土不能排出管外管内压力激增爆管）。

3.1.5 进料口的设置是否便于操作和混凝土上涌。进料口设在构架底部，控制混凝土单向进入构架钢管内，在钢管内部应与钢管平行以有利于混凝土上涌；在顶满混凝土后承压情况下可以方便的关闭进止阀防止倒流。

3.1.6 泵车的布置是否合理。泵车的布置应尽量缩短水平导管的长度、减少弯头数量、方便接管、便于移动且停放在平整的场地上。

3.1.7 是否做好了泵送顶升过程中突发事件的应急处置措施及所需物资的准备。

3.2 构架进场验收控制

构架进场时应对以下内容进行验收：进料口、溢流管的型式、尺寸是否符合方案要求；焊缝质量是否满足设计要求及规范规定；构架加工原材料是否符合设计要求。监理验收采取了以下控制措施：提前熟悉施工方案、设计文件及相应的规范文件；检查实体的同时核查原材料质量证明文件、焊缝探伤报告等，核查所采用的原材料、探伤结果是否符合要求；对于虽然探伤报告合格，但表面有裂纹、焊瘤、气孔、夹渣、弧坑、未焊满、根部收缩等缺陷，明显不符合一级焊缝要求的焊缝，厂家现场处理后重新探伤，探伤合格后方准进场。

3.3 自密实混凝土质量控制

自密实混凝土是指具有高流动性、均匀性和稳定性，浇筑时无需外力振捣，能够在自重作用下流动并充满模板空间的混凝土。

3.3.1 施工准备阶段混凝土质量控制措施

（1）原材料质量监理控制

自密实混凝土对砂、石子等骨料质量要求严格，应进行见证取样试验，确保砂、石质量满足《自密实混凝土应用技术规程》（J/GJT 283-2012）的规定。

（2）混凝土施工周期较长

为避免聚羧酸减水剂的羧基与铁离子发生络合作用影响减水剂性能，应经常检查减水剂是否放在铁质容器内。

（3）混凝土搅拌站监理控制

自密实混凝土对原材料的计量要求精确，监理项目部应对搅拌站的生产资质、计量认证、试验仪器的检定报告、试验人员上岗证、试验室资质等进行审核，并实地考察其生产、管理水平。

（4）配合比设计监理控制

自密实混凝土配合比设计应经过：计算得出的初始配合比，初始配合比基础上调整得出基准配合比，强度、耐久性复核后的设计配合比三个阶段最后得出设计配合比。

（5）组织浇筑工艺试验

所有准备工作完成后，监理应组织施工、构架厂家、设计等有关单位进行浇筑工艺试验。验证：所选泵车的型号是否准确，混凝土的各项性能是否满足要求，按此工艺施工的工程质量是否满足设计及规范要求等。

3.3.2 泵送顶升过程中混凝土质量控制

（1）混凝土出厂温度控制

该工程位于茫茫的戈壁滩上太阳直射温度可以达到60多度。混凝土拌合物温度在25度时，其坍落扩展度损失达到50mm/10min，随着温度的升高坍落扩展度损失速度更快。为控制运至施工现场的混凝土合格，监理要求施工项目部采取措施降低混凝土拌合物温度出口，监理人员测量每一车混凝土出厂温度不得超过20度。

（2）混凝土进场后的监理检查

对运至现场的每一车混凝土进行坍落扩展度、坍落扩展时间（T500）等性能检验，检测合格后现场签署《浇灌通知单》同意施工。

3.4 溢出的混凝土污染构架防治措施

浇筑工艺试验过程中，暴露出原设计溢流管不能有效避免构架被污染的问题，监理部在多次实验的基础上，要求施工项目部采取以下措施：在原溢流管的基础上加塑料软管将溢出的混凝土导流至接收容器；要求专人观察溢流孔，混凝土溢出后及时停泵；对于少量的被污染构架，初凝前要求及时派高空作业人员进行清理。

通过采取以上措施，有效避免了溢出的混凝土污染构架的问题。

3.5 钢管混凝土验收及缺陷处理控制

钢管混凝土的验收工作量大且为高空作业，混凝土的干缩在一定的时间内会持续，检查人员经验欠缺。这些客观因素不利于质量检查，对此监理项目部采取了如下措施：

（1）监理人员做模拟检查试验，对试验用的钢管混凝土敲击听声音，在不同的声音部位做不同的标记，剖开验证缺陷情况，以积累、总结检查经验。

（2）监理项目部准确记录混凝土施工日期，在14天后混凝土收缩基本停止时再进行检查。

对于钢管柱内混凝土局部脱空、不密实面积大于40cm2的缺陷需进行压力灌浆处理，在处理过程中主要控制以下几点：

（1）全面性检查：对施工项目部报验的自检合格构架，监理项目部进行全面检查，尤其是法兰、柱顶、横撑等节点部位。

（2）规范性检查：对于需要开孔灌浆的局部脱空区域，严格检查其开孔距离、所灌浆的比例、溢浆情况、封堵及防腐处理，必须按批准的方案进行。

（3）有效性检查：处理完毕施工项目部自检合格后需再次报验，监理人员检查无空鼓、脱空后方视为处理完毕。

3.6 混凝土顶升的应急处置控制

（1）要求施工项目部开展应急处置演练。针对泵送顶升混凝土作业可能出现的堵管、顶升困难等事件的处理措施，监理项目部要求进行应急处置演练。通过演练验证：应急物资是否齐全，应急处置措施是否得当，应急人员操作是否熟练。

（2）监理人员在泵送顶升混凝土前先检查应急物资、设备、人员的准备情况，所有应急准备齐备后，方允许泵送顶升混凝土开始施工。

4 结束语

通过采取方案审查、构架进场验收、混凝土质量控制、混凝土泵选型、应急处置演练、质量检查及缺陷处理等控制措施，有效保证了构架混凝土的顶升质量。

参考文献

[1]JGJ/T178-2009.补偿收缩混凝土应用技术规程[S].

[2]GB50204-2015.混凝土结构工程施工质量验收规范[S].

[3]GB50666-2011.混凝土结构工程施工规范[S].

[4]GB50628-2010.钢管混凝土结构施工质量验收规范[S].

作者简介：李宗文（1974-），男，山东济南，工程师，本科，研究方向：土木工程。

薛锋（1986-），男，山东济南，助理工程师，本科，研究方向：土木工程。