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摘要：钢管混凝土柱是近年来研究应用的多元化结构形式之一，成功的应用被越来越多的建筑界专家所瞩目。它通过钢管与核心砼的共同作用，提高了钢管的刚度，从而大大提高了结构的承载能力，因而逐步被推广应用于建筑工程中。
关键字：施工技术；钢管混凝土；技术特点
中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：
1．形成过程
大连华锐推进器有限公司推进器厂房工程，为单层排架结构工业厂房，共计26榀。排架柱为四肢钢管混凝土柱肢组成的格构柱，钢管砼柱共计208根，钢管柱内径为300mm，相对标高15.310m。针对保证钢管砼密实度这一难题，我攻关小组，动脑筋、想办法优化并完善了顶升法浇筑钢管砼柱的施工工艺及相关施工工艺，形成了一套技术先进、经济合理的施工技术。
2.技术特点
2.1施工方法上的特点
混凝土浇筑速度快；混凝土施工勿需振捣，依靠顶升挤压自然密实；钢管是很好的受压杆件，其管壁还是合理的耐侧压模板，施工混凝土时可节省支模、拆模的人工和材料；
2.2先进性
多肢格构钢管混凝土柱是在圆形钢管内浇灌混凝土形成的组合结构构件，兼有钢结构和混凝土结构的优越性能，充分利用了混凝土受压性能好和钢管韧性、塑性好的优点，使管内混凝土受三向约束，充分发挥了混凝土的作用，提高了结构构件的承载能力、抗震能力，与钢筋混凝土柱比较，减小了柱子截面面积，增大了建筑使用面积。
3.工艺原理
在格构柱钢管混凝土柱底部管壁上适当位置(高度便于施工为宜)开孔、连接混凝土输送管，利用混凝土泵的压力将混凝土自下而上挤压顶升灌入钢管内，直至注满整根钢管柱。
4.施工工艺流程及操作要点
4.1工艺流程
施工工艺流程
4.2 操作要点
4.2.1 施工准备
1、技术准备：熟悉图纸，编制《钢管混凝土柱混凝土顶升浇筑施工方案》、《焊接作业指导书》，收集有关规范、图集、质量验收标准标准及内业资料。
2、材料准备：根据砼总浇筑量及工程实际情况，做出多肢格构钢管混凝土柱计划，编制详细的商品砼订货供应计划单。
3、施工机具：对电焊机等施工机具进行检查，确保其性能良好。根据砼日浇筑计划，焊接好砼输送短管、截止阀、套箍，并保证其尺寸准确无误与钢管外径相适应。
4、人员准备：对焊工、混凝土工等进行技术培训和交底，使其了解并掌握相关施工工艺流程及标准。
4.2.2 混凝土配台比的设计
1、确定砼坍落度
混凝土顶升后不经振捣，靠材料自重就达到密实状态，因此要求砼除必须具有良好的可泵性，满足设计强度外，还要有较大的流动性和扩展度。经试验人员多次研究试验，结合运输距离、泵送距离、钢管直径、顶升高度、气温等多种因素，最终确定砼坍落度以20～24㎝为宜。为获取较大的坍落度，优先选取减水率较高的以奈系减水成分为主的高效减水剂。但考虑到夏季高温、砼硬化过程中产生收缩的因素，同时掺加适量膨胀剂以补偿砼的收缩。
2、砼配合比设计
混凝土应符合《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2002）、《混凝土泵送施工技术规程》（JGJ/T10-95）、《自密实高性能混凝土技术规程》（DBJ13-55-2004）和《预拌混凝土生产施工技术规程》（DBJ13-42-2002）的规定，并应根据混凝土原材料、混凝土泵送性能与输送管径、泵送距离及气温等进行试配。
试配的砼既要满足可泵性要求，又要水灰比小、坍落度大，减少混凝土收缩，保证强度、均匀性和凝聚性均优于普通同强度等级的塑性砼，并与之做对比试验。在塑性混凝土中同时掺加减水剂和膨胀剂，可使混凝土拌和物泌水率减小，含气量增加，和易性改善，经试配使砼扩展度≥500mm，坍落度在20㎝-24㎝之间，从而满足泵送要求。
4.2.3泵送混凝土输送短管及截流装置焊接安装
1、在距钢管混凝土柱底部500mm～1000mm处开一Φ145mm圆孔，并清除柱内积水、杂物，将切割下的Φ145mm圆孔板编号存放。
2、焊接混凝土输送短管与钢管柱套箍（如图4.2.3-1所示）。短管分两部分，一端通过管卡连接砼输送管软管或弯头，另一端与钢管柱套箍焊接。为防止在拆除输送管时砼回流，需在连接短管上距套箍200㎜位置焊接、安装一个止流装置，其形式为闸板式截止阀。钢管柱套箍通过Φ18螺栓紧固在钢管柱上，使输送短管口与柱根部Φ145mm圆孔对接，对接处加设橡胶垫圈。在套箍与钢管柱之间加塞木楔，以保证输送短管口与钢管柱圆孔紧密接触不漏浆，从而使混凝土泵送顶升浇筑更加顺利。
图4.2.3-1 钢管柱套箍与泵送短管及截止阀连接示意图
4.2.4现场合理布设砼输送管道
1、泵车停放位置选择按泵车出料口与浇注钢管柱距离最近的原则，并尽量减少弯管的使用，以减弱砼回流的冲击力，减少砼输送阻力。在泵车3-5m处的输送管路下浇注一个体积为1m3砼基座用于固定砼输送管，减少输送管路的振动。
各管路保证联接牢固、稳定、严密，弯管处加设固定点，以免泵送时管路产生摇晃、松脱。
4.2.5顶升自密实混凝土
1、浇筑前，先计算好单根柱混凝土量，混凝土运送到施工现场后方可进行顶升作业。同时，及时做好混凝土坍落度及扩展度的检测，留好养护试块。
2、先泵送钢管柱套箍以下混凝土，并在钢管柱根部外壁振捣，1分钟后开始顶升上部砼。
3、砼顶升至柱顶后，及时停泵，并进行数次回抽，观察柱顶混凝土有无回落下沉，若有下沉，则用人工补浇柱顶砼；待5min后柱顶砼面无明显回落停止顶升，关闭止回阀门点焊封顶。
4、砼阻流装置止回阀门设置完成之后，就可以拆除砼输送管，利用砼输送软管移动就位于该格构柱的下根肢管，继续顶升浇筑。
5、在管内砼达到设计强度 70% 以后，拧松钢管柱套箍上螺栓，拆除钢管柱套箍，凿除钢管柱浇灌口部位多余的砼后，再用环氧树脂砂浆找平，用原有从该部位钢管上割下来的Φ145mm编号圆孔板开坡口后补焊恢复，并用手持砂轮磨平突出的焊缝后上漆。
4.2.6监测技术与分析
钢管砼密实度的关键是全过程监测到场砼坍落度的变化情况，及时测量砼坍落度、扩展度的动态变化数值，并与分析计算值比较，及时反馈指导施工。顶升浇筑后观测柱顶砼面有无明显回落，同时检查柱身砼密实情况。
5.材料与设备
5.1钢材均为10mm厚、20mm厚的Q345钢板。
5.2采用的机具设备见表
6.质量控制
6.1工程质量控制标准
1、《建筑工程质量验收统一标准》（GB50300-2001）
2、《混凝土结构工程施工质量验收规范》（ GB50204-2002）
3、《钢管混凝土结构技术规程》（DBJ13-51-2003）
4、《自密实高性能混凝土技术规程》（DBJ13-55-2004）
5、《建筑钢结构焊接技术规程》(JGJ81-2002)
6.2质量保证措施
6.2.1自密实混凝土应严格按《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2002）、《自密实高性能混凝土技术规程》（DBJ13-55-2004）、《钢管混凝土结构技术规程》（DBJ13-51-2003）的规定进行试配及施工。
6.2.2 自密实混凝土出机的指标，除应满足辽宁省工程建设地方标准《预拌混凝土生产施工技术规程》有关要求外，尚应满足自密实混凝土的工作要求，同时宜对自密实混凝土的表观密度进行测试，使自密实混凝土的表观密度在正常范圍内。
6.2.3混凝土搅拌车在装料及运输过程中，应保持运输车滚筒按3～6r/min低速转动，保持混凝土拌合物的均匀性，不产生分层、离析现象。
6.2.4加工制作截止阀使用的钢材、焊接材料和紧固件等应具有质量证明书，并符合《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205-2001）的规定。
6.2.5截止阀应严格按照图4.2.3-1要求加工制作，开启、关闭灵活。焊接质量应符合《建筑钢结构焊接技术规程》(JGJ81-2002)。
7.安全措施
7.1贯彻“安全第一，预防为主”的方针，组成专职安全员和班组兼职安全员以及工地安全用电负责人参加的安全生产管理网络，执行安全生产责任制，明确各级人员的职责，抓好工程的安全生产。
7.2施工现场按符合防火、防风、防雷、防洪、防触电等安全规定及安全施工要求进行布置，并完善布置各种安全标识。
7.3施工作业人员必须了解和掌握本工艺的技术操作要领，机械设备采用挂牌负责制，配备维修保养人员，特殊工种应持证上岗。
7.4机械设备、电动工具等必须有可靠的接地接零和漏电保护装置。
7.5进入现场应正确佩戴好安全帽，焊工操作时应佩戴防护面具和电焊手套。
8.环保措施
8.1施焊场地周围应清除易燃易爆物品，或进行覆盖、隔离。
8.2要制定混凝土输送泵、混凝土运输车的噪声控制措施，现场道路要平整畅通，保证混凝土输送泵、混凝土运输车平稳运行。
8.3运输车出场前应清理下料斗，防止混凝土滴洒，经洗车后方可离场。
8.4施工污水应经集水坑和沉淀池后，方可排入市政污水管线或回收用于洒水降尘。
9.效益分析
9.1 经济效益
10.1.1 加快施工速度、节约施工成本
顶升法浇筑格构柱钢管砼施工技术, 可组织流水施工，勿需搭设脚手架，从而减少了砼浇筑的前道施工工序，加快了施工进度。由于勿需搭设脚手架，节约人工费，减少周转材料的投入。
9.2 社会效益、环境效益
本技术与传统高抛浇捣法相比，可解决钢管混凝土柱内混凝土密实度不足、离析等缺陷，确保施工质量。施工过程中可分段流水施工，可减少场地的占用，机动灵活，不影响建设单位向已投产厂房运送物资。砼无需振捣自行达到密实，减少了施工产生的振动、噪音等公害也得到了最大限度的降低，在一定程度上达到了环保施工的效果。
关键字：施工技术；钢管混凝土；技术特点
中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：
1．形成过程
大连华锐推进器有限公司推进器厂房工程，为单层排架结构工业厂房，共计26榀。排架柱为四肢钢管混凝土柱肢组成的格构柱，钢管砼柱共计208根，钢管柱内径为300mm，相对标高15.310m。针对保证钢管砼密实度这一难题，我攻关小组，动脑筋、想办法优化并完善了顶升法浇筑钢管砼柱的施工工艺及相关施工工艺，形成了一套技术先进、经济合理的施工技术。
2.技术特点
2.1施工方法上的特点
混凝土浇筑速度快；混凝土施工勿需振捣，依靠顶升挤压自然密实；钢管是很好的受压杆件，其管壁还是合理的耐侧压模板，施工混凝土时可节省支模、拆模的人工和材料；
2.2先进性
多肢格构钢管混凝土柱是在圆形钢管内浇灌混凝土形成的组合结构构件，兼有钢结构和混凝土结构的优越性能，充分利用了混凝土受压性能好和钢管韧性、塑性好的优点，使管内混凝土受三向约束，充分发挥了混凝土的作用，提高了结构构件的承载能力、抗震能力，与钢筋混凝土柱比较，减小了柱子截面面积，增大了建筑使用面积。
3.工艺原理
在格构柱钢管混凝土柱底部管壁上适当位置(高度便于施工为宜)开孔、连接混凝土输送管，利用混凝土泵的压力将混凝土自下而上挤压顶升灌入钢管内，直至注满整根钢管柱。
4.施工工艺流程及操作要点
4.1工艺流程
施工工艺流程
4.2 操作要点
4.2.1 施工准备
1、技术准备：熟悉图纸，编制《钢管混凝土柱混凝土顶升浇筑施工方案》、《焊接作业指导书》，收集有关规范、图集、质量验收标准标准及内业资料。
2、材料准备：根据砼总浇筑量及工程实际情况，做出多肢格构钢管混凝土柱计划，编制详细的商品砼订货供应计划单。
3、施工机具：对电焊机等施工机具进行检查，确保其性能良好。根据砼日浇筑计划，焊接好砼输送短管、截止阀、套箍，并保证其尺寸准确无误与钢管外径相适应。
4、人员准备：对焊工、混凝土工等进行技术培训和交底，使其了解并掌握相关施工工艺流程及标准。
4.2.2 混凝土配台比的设计
1、确定砼坍落度
混凝土顶升后不经振捣，靠材料自重就达到密实状态，因此要求砼除必须具有良好的可泵性，满足设计强度外，还要有较大的流动性和扩展度。经试验人员多次研究试验，结合运输距离、泵送距离、钢管直径、顶升高度、气温等多种因素，最终确定砼坍落度以20～24㎝为宜。为获取较大的坍落度，优先选取减水率较高的以奈系减水成分为主的高效减水剂。但考虑到夏季高温、砼硬化过程中产生收缩的因素，同时掺加适量膨胀剂以补偿砼的收缩。
2、砼配合比设计
混凝土应符合《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2002）、《混凝土泵送施工技术规程》（JGJ/T10-95）、《自密实高性能混凝土技术规程》（DBJ13-55-2004）和《预拌混凝土生产施工技术规程》（DBJ13-42-2002）的规定，并应根据混凝土原材料、混凝土泵送性能与输送管径、泵送距离及气温等进行试配。
试配的砼既要满足可泵性要求，又要水灰比小、坍落度大，减少混凝土收缩，保证强度、均匀性和凝聚性均优于普通同强度等级的塑性砼，并与之做对比试验。在塑性混凝土中同时掺加减水剂和膨胀剂，可使混凝土拌和物泌水率减小，含气量增加，和易性改善，经试配使砼扩展度≥500mm，坍落度在20㎝-24㎝之间，从而满足泵送要求。
4.2.3泵送混凝土输送短管及截流装置焊接安装
1、在距钢管混凝土柱底部500mm～1000mm处开一Φ145mm圆孔，并清除柱内积水、杂物，将切割下的Φ145mm圆孔板编号存放。
2、焊接混凝土输送短管与钢管柱套箍（如图4.2.3-1所示）。短管分两部分，一端通过管卡连接砼输送管软管或弯头，另一端与钢管柱套箍焊接。为防止在拆除输送管时砼回流，需在连接短管上距套箍200㎜位置焊接、安装一个止流装置，其形式为闸板式截止阀。钢管柱套箍通过Φ18螺栓紧固在钢管柱上，使输送短管口与柱根部Φ145mm圆孔对接，对接处加设橡胶垫圈。在套箍与钢管柱之间加塞木楔，以保证输送短管口与钢管柱圆孔紧密接触不漏浆，从而使混凝土泵送顶升浇筑更加顺利。
图4.2.3-1 钢管柱套箍与泵送短管及截止阀连接示意图
4.2.4现场合理布设砼输送管道
1、泵车停放位置选择按泵车出料口与浇注钢管柱距离最近的原则，并尽量减少弯管的使用，以减弱砼回流的冲击力，减少砼输送阻力。在泵车3-5m处的输送管路下浇注一个体积为1m3砼基座用于固定砼输送管，减少输送管路的振动。
各管路保证联接牢固、稳定、严密，弯管处加设固定点，以免泵送时管路产生摇晃、松脱。
4.2.5顶升自密实混凝土
1、浇筑前，先计算好单根柱混凝土量，混凝土运送到施工现场后方可进行顶升作业。同时，及时做好混凝土坍落度及扩展度的检测，留好养护试块。
2、先泵送钢管柱套箍以下混凝土，并在钢管柱根部外壁振捣，1分钟后开始顶升上部砼。
3、砼顶升至柱顶后，及时停泵，并进行数次回抽，观察柱顶混凝土有无回落下沉，若有下沉，则用人工补浇柱顶砼；待5min后柱顶砼面无明显回落停止顶升，关闭止回阀门点焊封顶。
4、砼阻流装置止回阀门设置完成之后，就可以拆除砼输送管，利用砼输送软管移动就位于该格构柱的下根肢管，继续顶升浇筑。
5、在管内砼达到设计强度 70% 以后，拧松钢管柱套箍上螺栓，拆除钢管柱套箍，凿除钢管柱浇灌口部位多余的砼后，再用环氧树脂砂浆找平，用原有从该部位钢管上割下来的Φ145mm编号圆孔板开坡口后补焊恢复，并用手持砂轮磨平突出的焊缝后上漆。
4.2.6监测技术与分析
钢管砼密实度的关键是全过程监测到场砼坍落度的变化情况，及时测量砼坍落度、扩展度的动态变化数值，并与分析计算值比较，及时反馈指导施工。顶升浇筑后观测柱顶砼面有无明显回落，同时检查柱身砼密实情况。
5.材料与设备
5.1钢材均为10mm厚、20mm厚的Q345钢板。
5.2采用的机具设备见表
6.质量控制
6.1工程质量控制标准
1、《建筑工程质量验收统一标准》（GB50300-2001）
2、《混凝土结构工程施工质量验收规范》（ GB50204-2002）
3、《钢管混凝土结构技术规程》（DBJ13-51-2003）
4、《自密实高性能混凝土技术规程》（DBJ13-55-2004）
5、《建筑钢结构焊接技术规程》(JGJ81-2002)
6.2质量保证措施
6.2.1自密实混凝土应严格按《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2002）、《自密实高性能混凝土技术规程》（DBJ13-55-2004）、《钢管混凝土结构技术规程》（DBJ13-51-2003）的规定进行试配及施工。
6.2.2 自密实混凝土出机的指标，除应满足辽宁省工程建设地方标准《预拌混凝土生产施工技术规程》有关要求外，尚应满足自密实混凝土的工作要求，同时宜对自密实混凝土的表观密度进行测试，使自密实混凝土的表观密度在正常范圍内。
6.2.3混凝土搅拌车在装料及运输过程中，应保持运输车滚筒按3～6r/min低速转动，保持混凝土拌合物的均匀性，不产生分层、离析现象。
6.2.4加工制作截止阀使用的钢材、焊接材料和紧固件等应具有质量证明书，并符合《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205-2001）的规定。
6.2.5截止阀应严格按照图4.2.3-1要求加工制作，开启、关闭灵活。焊接质量应符合《建筑钢结构焊接技术规程》(JGJ81-2002)。
7.安全措施
7.1贯彻“安全第一，预防为主”的方针，组成专职安全员和班组兼职安全员以及工地安全用电负责人参加的安全生产管理网络，执行安全生产责任制，明确各级人员的职责，抓好工程的安全生产。
7.2施工现场按符合防火、防风、防雷、防洪、防触电等安全规定及安全施工要求进行布置，并完善布置各种安全标识。
7.3施工作业人员必须了解和掌握本工艺的技术操作要领，机械设备采用挂牌负责制，配备维修保养人员，特殊工种应持证上岗。
7.4机械设备、电动工具等必须有可靠的接地接零和漏电保护装置。
7.5进入现场应正确佩戴好安全帽，焊工操作时应佩戴防护面具和电焊手套。
8.环保措施
8.1施焊场地周围应清除易燃易爆物品，或进行覆盖、隔离。
8.2要制定混凝土输送泵、混凝土运输车的噪声控制措施，现场道路要平整畅通，保证混凝土输送泵、混凝土运输车平稳运行。
8.3运输车出场前应清理下料斗，防止混凝土滴洒，经洗车后方可离场。
8.4施工污水应经集水坑和沉淀池后，方可排入市政污水管线或回收用于洒水降尘。
9.效益分析
9.1 经济效益
10.1.1 加快施工速度、节约施工成本
顶升法浇筑格构柱钢管砼施工技术, 可组织流水施工，勿需搭设脚手架，从而减少了砼浇筑的前道施工工序，加快了施工进度。由于勿需搭设脚手架，节约人工费，减少周转材料的投入。
9.2 社会效益、环境效益
本技术与传统高抛浇捣法相比，可解决钢管混凝土柱内混凝土密实度不足、离析等缺陷，确保施工质量。施工过程中可分段流水施工，可减少场地的占用，机动灵活，不影响建设单位向已投产厂房运送物资。砼无需振捣自行达到密实，减少了施工产生的振动、噪音等公害也得到了最大限度的降低，在一定程度上达到了环保施工的效果。