大直径高抛钢管劲性混凝土柱施工技术研究

贺凯 王志强

关键词： 劲芯柱钢管 自密实混凝土 模板 帽梁

钢结构以其工期短、施工方便、节能、环保、抗震、产业化生产等优势及以循环经济理念的推广被越来越多的建筑所采用。建筑结构形式由传统的钢筋混凝土结构逐渐向钢结构与钢筋混凝土结构相结合的结构形式转变。钢管混凝土结构是一种组合结构，具有充分利用材料特性、承载性能好、节省材料、施工方便的特点[1-4]。近年来，因其具有承载能力高、抗震抗性能优越、施工方便、耐火性能好等优点，已广泛应用于房建、冶金等行业工程建设的各个领域，尤其在高层建筑领域可以充分发挥其特点[5-6]。

钢管内的核心混凝土多采用微膨胀型的混凝土，其目的一方面是填补混凝土收缩的空间，另一方面是让钢管和混凝土更好地连接在一起共同发挥作用。如果微膨胀型的混凝土坍落度过大可能会带来离析后果。但是坍落度过小时会增大泵送压力，所以坍落度应保证在120～180 mm。随着科技的发展出现了自密实混凝土技术，有些地下工程的钢管混凝土柱也常采用这种新型技术；同时，核心混凝土的浇筑方法中高位抛落浇筑法和泵送项升法也是比较常用的方法。此外，还有导管浇筑法、手工逐段浇筑法[7-9]。但是，钢管混凝土柱与单纯的钢结构和混凝土结构相比，其施工工艺较为复杂，主要问题存在支模体系、劲芯混凝土柱浇筑等方面。

针对大直径钢管劲芯混凝土柱施工，依托宜宾中铁卓越城项目，该文提出了一种具有支模体系便捷稳定、承载力强、强度高、作业安全等特点的大直径高抛钢管劲芯混凝土柱施工技术，以期为今后类似工程提供借鉴。

1 工程概况

宜宾中铁卓越城项目五期一标段位于宜宾市临港区，北邻红星路及中元路，西临黄桷坪一段，南临滨江大道，东临宜宾长江大桥。总建筑面积约为733 000 m?，其中地上建筑面积约为533 000 m?，地下建筑面积约为200 000 m?。总部大楼工程基础形式包括主楼筏板基础和地库独立基础这两种，其中主楼基础筏板厚度为2 500 mm，核心筒部位筏板厚度为3 000 mm，均属于大体积混凝土范畴，基础筏板结构断面最小厚度远超过1 000 mm。其中，2#公寓外框结构设计24 根矩形钢管混凝土柱，核心筒设计28 根矩形钢管混凝土柱，通过楼层钢梁及伸臂桁架将外框与核心筒连接成整体，形成高耸的空间稳定结构。

2 大直径高抛钢管劲芯混凝土柱结构

该工程采用的大直径高抛钢管劲芯混凝土柱分内外结构，外观总体可为圆形或矩形，内置大直径钢管作为劲芯柱，劲芯柱钢管内置多道水平横隔板、外置密集连接筋，可有效增强钢管与混凝土的黏结性能，通过钢管角部增设透气孔来保证混凝土浇筑过程中气泡的充分释放和泌水，最后在钢管内外浇筑混凝土成型。

2. 1 内部结构

该工程中大直径高抛钢管劲芯混凝土柱的内部结构为内置水平横隔板、外置密集连接筋的劲芯柱钢管，水平横隔板和连接筋的设置有助于增强劲芯柱钢管与钢管内外现浇混凝土的黏结性能。如图1 所示，在安装内置劲芯柱钢管时，首先，在柱基础承台中心预埋钢板带定位环，其内径与劲芯柱钢管一致；其次，临时搭设扣件式钢管脚手架用于劲芯柱钢管的固定和垂直度调整，脚手架底部可采用已预埋好的柱脚锚栓进行卡固；最后，待劲芯柱钢管调节垂直，锚固于基础承台之上，拆除临时钢管脚手架。

2. 2 外部结构

如图2 所示，该工程中大直径高抛钢管劲芯混凝土柱的外部结构采用单元分离式木质圆（方）柱支模体系，模板表层涂刷有环氧树脂易于脱模，现场采用单元模板拼装成型，模板四周除了采用钢带抱箍加固以外，还设有钢管加强方木背楞，模板底部与柱基础承台之间的缝隙采用混凝土填补防止漏浆；待模板初步稳固定位后，可对其整体垂直度进行检测，不合格时可进行二次调整，最终采用水平固定卡完全紧固。

待单元分离式木质圆（方）柱支模体系搭设完成后，开始浇筑钢管内外混凝土，其中管内混凝土可采用自密实混凝土立式高位抛落免振捣浇筑技术，管外混凝土可采用插入式高频加长振捣棒辅助振捣技术。待混凝土浇筑完成后，依次拆除单元分离式木质圆（方）柱支模体系。

2. 3 上部结构

待大直径高抛钢管劲芯混凝土柱养护成型后，柱顶采用现浇环形帽梁施工技术，将呈环形分布的若干个钢管劲芯混凝土柱连接成为一个整体，如图3 所示。具体工艺原理为：采用依次焊接若干个单元拼接式的钢筋立体骨架形成完整的环形帽梁骨架结构，加固单元拼接式环形帽梁模板体系，采用底部脚手架与抱箍柱悬挑支架相结合的方式作为支模体系，其中悬挑支架抱箍于钢管劲芯混凝土柱顶部。

3 大直径高抛钢管劲芯混凝土柱施工关键技术

3. 1 劲芯柱钢管设计加工与吊装技术

根据设计图纸加工制作劲芯柱钢管，其内置多道水平横隔板，钢管四周密集均布有若干连接筋，浇筑孔为300 mm，4 个角部开有50 mm 透气孔，两端设置有连接锚固孔。

用塔吊起吊底节劲芯柱钢管，吊装时采用四吊点对称垂直起吊。吊装劲芯柱钢管至其底部恰好卡在承台预埋钢板带定位环，初步定位，待劲芯柱钢管垂直度满足设计要求，将其通过预埋螺栓锚固于基础承台之上，拆除临时钢管脚手架。

3. 2 单元分离式木质圆（方）柱支模体系搭设技术

待内部结构劲芯柱钢管安装完成后，开始外部结构的支模体系搭设。根据设计图纸中钢管劲芯混凝土柱的外观尺寸，确定单元分离式木质圆（方）柱木模板的尺寸，绘制放样图，并按照放样图进行模板加工，应严格控制模板加工尺寸，保证其精确性。木模板一般采用12～15 mm 厚杉木模板，龙骨采用50 mm×100 mm木方，等间距分布设置。

将单元分离式木质圆（方）柱木模板的內表层涂刷环氧树脂，依次拼接若干个单元模板形成完整的模板体系。模板四周依次采用钢带抱箍加固，以及设置钢管加强方木背楞。

模板底部与柱基础承台之间的缝隙采用混凝土填补防止漏浆。待模板初步稳固定位后，可对其整体垂直度进行检测，不合格时可进行二次调整，最终采用水平固定卡完全紧固。

3. 3 管内外混凝土浇筑养护技术

绑扎劲芯柱钢管与单元分离式木质圆（方）柱之间的钢筋笼骨架，采用自密实混凝土立式高位抛落免振捣技术开始浇筑管内混凝土，采用插入式高频加长振捣棒辅助振捣浇筑管外混凝土，先将柱混凝土浇筑至横隔板上方，隔板处辅助振捣，重复以上步骤直至浇筑完成。

当混凝土浇筑至加劲环处时，应控制浇筑速度，以便使加劲环下空气排出，防止加劲环下出现空隙。当混凝土浇筑高度距管口4 m 左右时，采用普通振捣棒辅助振捣。振捣棒垂直插入混凝土内，辅助振捣时间控制在10 s 内，以防混凝土出现离析。

3. 4 环形帽梁支模体系搭设技术

吊装下一根劲芯柱钢管，重复上述步骤，直至所有的大直徑钢管劲芯混凝土柱安装完成。沿着环形分布的大直径钢管劲芯混凝土柱四周，搭设底部脚手架。同时，在每根大直径钢管劲芯混凝土柱顶部安装抱箍柱悬挑支架，二者结合形成环形帽梁的模板支撑体系。环形帽梁采用定型化环形钢模板，依次拼装成型。

3. 5 环形帽梁钢筋笼绑扎技术

根据环形帽梁的设计图纸，将其分为若干节单元拼接式钢筋立体骨架，现场绑扎制作。吊装单元拼接式钢筋立体骨架入模，依次焊接将形成完整的环形帽梁骨架结构。节段之间的钢筋连接可采用焊接或直螺纹套管的形式。

3. 6 环形帽梁混凝土浇筑养护技术

浇筑环形帽梁混凝土，振捣持续时间应使混凝土表面全部泛浆、无气泡、不下沉为止。基础混凝土宜连续浇筑完成，控制好混凝土的下落高度，浇筑完成后应及时覆盖，喷水养护，养护时间不少于7 天。待环形帽梁混凝土强度达到设计要求时方可进行模板拆除。

4 结论

针对高层、超高层建筑结构中的钢管劲芯混凝土柱施工，该文提出了大直径高抛钢管劲芯混凝土柱结构及其施工关键技术，主要结论如下。

（1）在安装内置劲芯柱钢管时，采用钢板带定位环、脚手架钢管承重柱脚锚栓定位等精确控制钢柱安装精度技术；钢管内外混凝土浇筑时，管内采用自密实混凝土立式高位抛落免振捣浇筑技术，管外采用插入式高频加长振捣棒辅助振捣技术。

（2）大直径高抛钢管劲芯混凝土柱的外部结构采用单元分离式木质圆（方）柱模板体系，形成了表层环氧树脂二次涂刷、钢带加固、钢管固定四周方木、底部混凝土填缝、垂直度二次调整、水平固定卡紧固、先支后拆等关键技术。

（3）柱顶现浇环形帽梁施工技术将呈环形分布的若干个大直径高抛钢管劲芯混凝土柱连接成为一个整体。环形帽梁的支模体系采用底部脚手架与抱箍柱悬挑支架的组合支撑形式，内部通过焊接若干个单元拼接式钢筋立体骨架形成环形帽梁的主体框架。