超高层C70自密实混凝土方管柱定点高抛混凝土施工技术
2017-10-21贾兆楠田飞龙丛士超鲍晗
贾兆楠 田飞龙 丛士超 鲍晗
摘要：随着我国经济和科学技术的发展，超高层建筑逐渐盛行，作为现代城市中的地标，超高层建筑已表现出非凡作用。2013年～2018年我国建成250m以上超高层164座，且超高层建筑的建设数量逐年增加。而多数超高层建筑的结构形式多数钢管混凝土混合结构+框架核心筒，且钢管柱的尺寸越来越大、柱的隔板越发密集、柱内浇灌混凝土强度越来越高，为钢管柱混凝土浇筑带来了新的难题。
关键词：超高层C70自密实混凝土；钢管柱、框架核心筒
1前言
解决超高层C70自密实混凝土在方钢管柱密闭空腔的浇筑自密实的问题，且研发大尺寸钢管柱混凝土浇筑方式及钢管柱混凝土缺陷检测方法。我公司成立了科技攻关小组，结合工程实例，各施工过程总结经验，通过一系列技术措施，形成了一套技术上先进、经济上合理的完整的施工方法，经济效益和社会效益十分显著，极具推广应用价值。
2工法特点
适用于超高层方钢管柱，柱内浇筑高强自密实混凝土，且方钢管柱柱内隔板密集，局部会形成100mm的密闭空腔，造成高强自密实混凝土浇筑困难，采用定点高抛的方式，解决超高层高强自密实混凝土浇筑问题。
适用于泵送高度达到300以上的高压输送，采用超高压泵管，泵管固定采用附着方式，解决混凝土泵送及泵送过程中爆管问题。
对于1400mm方钢管柱内密闭空腔的混凝土是否有缺陷，通过超声波进行检测。
通过1：1高抛模拟试验，形成适用于超高层的高强自密实混凝土的适配工作。
3流程及操作要点
通过对密集隔板钢管柱内高强高性能混凝土顶位高抛法施工的深入研究，总结出了比较成熟的施工工法，其施工工艺流程如下：C70自密实混凝土适配；实体1：1高抛模拟试验；钢柱定位开孔深化设计；附着式泵管布置；定点高抛法钢管混凝土浇筑；超声波钢管柱混凝土检测。
3.1高强高性能混凝土适配
1、原材料的储存
C70高性能高抛免振自密实补偿收缩混凝土原材料设置专门的贮存仓库，级配砂石、中粗砂等不同品种、规格的骨料分仓贮存。
2、原材料的选择
本工程C70高性能高抛免振自密实补偿收缩混凝土原材选择如下：
1）水泥采用冀东P·O52.5级水泥；
2）磨细矿渣粉选用冀东S95级矿渣粉；
3）粉煤灰采用辽宁炳圻I级粉煤灰；
4）硅灰采用营口市展朋建筑化工科技有限公司生产的硅灰；
5）外加剂采用由沈阳市依力达建筑外加剂厂的外加剂；
6）砂采用于洪河砂，含泥量≤2.0、細度模数≥2.5；
7）碎石采用辽阳石灰质碎石；
8）膨胀剂由沈阳政泰外加剂厂生产的膨胀剂；
9）水选用地下深井水；
3、混凝土适配：通过多次试验调整混凝土配合比，最终确定最佳配合比。
4混凝土性能试验——U型箱试验
自密实混凝土U型箱（U型仪）用来评定自密实混凝土拌和物的填充性。其填充性可通过测量比较U型仪两腔混凝土的高度差来实现。当混凝土在U型仪中流动时，U型仪底部的障碍钢筋可仿真现场实际构件中隔板对自密实混凝土的阻碍作用，本次试验U型仪两侧空腔混凝土的U型箱高差△h<40mm，说明混凝土具有良好的填充性。
5混凝土性能试验——扩展度及T500试验
本试验主要进行三个方面的测量：测定扩展度达到500mm的时间T500——4.8s；用钢尺测量混凝土扩展后最终的扩展直径，测量在相互垂直的两个方向上进行，并计算两个所测直径的平均值——620mm；观察最终坍落后的混凝土的状况，有无粗骨料在中央堆积或最终扩展后的混凝土边缘有较多水泥浆析出的情况——无。
6混凝土性能试验——离析率试验
将高抛免振混凝土拌合物用料斗装入拌合物离析率检测筒内，平至斜斗口，垂直移走料斗静置1min，用抹刀匠多余的拌合物除去并抹平，且应轻抹，不得压抹；将拌合物离析率检测筒放置在跳桌上，每秒转动一次摇柄，使跳桌跳动25次；分节拆除拌合物离析率检测筒，并将每节筒内拌合物装入孔径为5mm的方孔筛中，用清水冲洗拌合物，筛除浆体，将剩余的骨料用海绵拭干表面水分，用天平称其质量，精确到1g，分别得到上、中、下三段拌合物中骨料的湿重。
高抛免振捣混凝土拌合物的离析率应按下列公式计算：
式中：fm拌合物离析率（%）
三段混凝土拌合物中湿骨料质量的平均值（g）
m1上段混凝土拌合物中湿骨料质量（g）
m2中段混凝土拌合物中湿骨料质量（g）
m3下段混凝土拌合物中湿骨料质量（g）
综上，本实验混凝土拌合物离析率9.6%<10%符合规范要求。
3.1实体1：1高抛模拟试验
1、根据结构设计图纸对试验用钢管混凝土柱进行深化设计，并按钢柱内隔板最不利情况进行组合设计——水平隔板间距150mm、竖向隔板间距260mm。
2、在试验钢柱上方设置隔板模拟混凝土下落至柱底部时隔板阻碍情况、通过设置等长水平管模拟C70钢管混凝土泵送至150mm高度的状况、顶部混凝土自由下落高度为20m模拟现场钢管混凝土3～4层一浇的情况。
3、对已浇筑混凝土的试验钢柱进行钢板割除及钻芯取样，密集隔板部位混凝土密实，钻芯取样石子分布均匀，说明混凝土在狭小密闭空间自密实性能良好。
6.2钢柱定位开孔深化设计
钢柱深化设计时，根据现场施工条件确定钢柱的开口位置和开孔尺寸。有利于混凝土浇筑，预留开口位置距楼板面500mm，钢柱侧预留开口尺寸200*200mm。具体开孔位置见下图。
6.3附着式泵管布置
本工程泵管、地泵选用均经过仔细测算，泵管选用内径125mm、壁厚9mm、钢材45Mn2经过高频淬火处理，保障管道的抗爆能力，寿命比普通泵管提高2～3倍；地泵选用HBT90CH-2122D拖泵，其理论最大水平输送距离Lmax=2437m大于现场实际布管管路换算水平长度L=1360m，确保混凝土一泵到顶。
（1）楼层水平泵管的布置
T1塔楼为钢柱混凝土布设一套超高压泵管用于混凝土输送，一套回水管系统用于洗泵水的排水，并在污水排至地下室三级沉淀池中。
（2）首层水平管的布置
首层水平段长度应为竖向长度的1/4～1/3，且为保证混凝土输送过程中泵管不发生任何的位移，必须保证水泵管稳固水平固定。采用8#槽钢并有地盘的方式预埋在混凝土蹲上的方式固定，间距2m一个。在弯头部位增加固定采用1m固定。
（2）竖向泵管的布置
竖向泵管附着在剪力墙上，在剪力墙浇筑前，预埋厚度为3mm的埋件。竖向固定采用8#槽钢与在混凝土剪力墙上预埋件焊接固定，预埋件竖向间距2m。
6.4定点高抛法浇筑钢管柱混凝土
钢柱定位高抛混凝土浇筑形式：即在当层楼承板混凝土浇筑完成后进行布设泵管，泵管沿着钢柱走向周圈布设，在保证接管质量的前提下将泵管接至钢柱（预留200*200mm洞口）中，逐个进行混凝土浇筑。此方法可不影响下层工序即钢结构吊装及楼承板铺设的工作，大范围进行流水施工
6.5超声波钢管柱混凝土检测
根据超声仪接收信号的超声声时或声速、初至波幅度、接收信号的波形和频率的变化情况，作相对比较分析，判定钢管混凝土各类质量问题。
在钢管混凝土超声检测工作中，超声波沿钢管壁传播的信号对检测信号是否有影响或影响程度，是检测人员所关注的问题，也是能否采用超声脉冲法检测钢管混凝土质量的关键问题，根据声波传播的距离及实测的结果可以归纳如下：
对穿检测法，超声波沿钢管混凝土径向传播的时间t混与钢管壁半周长的传播时间t管的关系为：
说明：R——钢管的半徑；
V混——超声波在钢管混凝土中传播的速度；
V管——超声波在钢管中传播的速度。
硬化的钢管混凝土中如果存在缺陷，超声脉冲通过这种结构材料传播的声速比相同材质的无缺陷混凝土传播的声速为小，能量衰减大，接收信号的频率下降，波形平缓甚至发生畸变，综合这些声学参量，评定混凝土的质量状况。超声参量的变化与钢管混凝土的质量关系，实际上是核心混凝土的密实度、均匀性及其与钢管内壁结合脱粘或局部空壳有关。
本工程钢管柱混凝土浇筑完毕后，统一进行混凝土内部密实度检测，应用对穿法非金属超声波检测仪进行检测，本工程经检测混凝土未发现异常。
7安全措施
7.1每次作业前，做好安全交底，作业人员带好安全帽，严禁酒后作业。钢柱浇筑前确保楼层边的定型防护完好。钢柱浇筑时禁止一切手持物件放置至临边位置，避免大风天气将物体吹落。
7.2夜间施工时，确保楼层内照明通畅。
7.3混凝土浇筑前对所有泵管及加固位置进行检查，防止出现爆管现象。
7.4砼浇筑过程天气炎热时，注意做好防暑降温工作，储备充足的防暑物品。
7.5输送管在漏乘铺设时要加垫墩（如道木）以便于装拆管道接头。管道接头必须紧固接牢。
7.6泵车料斗内的混凝土保持一定的高度，防止吸入空气造成堵管或管中气锤声和造成管尾甩伤人的现象。
7.7当发生堵管现象时，立即将泵机反转把混凝土退回料斗，然后正转小行程泵送，如仍然堵管，则必须经拆管排堵处理后开车，不得强行加压泵送，以防发生炸管等事故。
7.8车辆出入口处，宜设置交通安全指挥人员。夜间施工时，在交通出入口和运输道路上，应有良好照明。危险区域，必须设警戒标志。
参考文献：
[1]吴俊国.国内外自密实混凝土高性能混凝土研究及应用现状[J].施工技术，2012（05）.
[2]姜林.高性能自密实混凝土的配合比设计[J].北方工业大学学报，2013（17）.
（作者单位：中国建筑第八工程局有限公司）
