趙云龍 張 朝 盧俊嶙 何華麗
(中建鋼構有限公司北方大區, 北京 100000)
摘 要：天津現代城工程主塔樓高339 m,通過主體結構鋼箱形柱內灌混凝土頂升施工完成。通過總結與研究超高層混凝土頂升施工中鋼箱形柱內灌柱的鋼結構構造要求、混凝土技術要求、頂升施工的操作要求與注意事項等技術要點,實現超高層混凝土頂升施工技術在實際施工中的進一步應用。
關鍵詞：超高層主體結構； 鋼箱形柱內灌柱混凝土頂升； 構造； 鋼結構
第一作者：趙云龍,男,1989年出生,助理工程師。
Email:1004934013@qq.com
天津現代城項目主塔樓為框架-核心筒結構,其中外框柱為箱形鋼柱,最大截面為2 000 mm×1 800 mm,材質為Q345C,內灌混凝土。為保證箱形鋼柱內混凝土的填充密實質量,節約工期,本工程采用混凝土頂升施工的工藝進行混凝土施工。
1)本工程箱形柱混凝土進行泵送頂升施工,將混凝土從柱底通過足夠的壓力灌入箱形鋼柱內,無需振搗,通過頂升擠壓自然密實。
2)不需要使用布料機澆筑,減少高空作業帶來的勞動力投入,降低高空作業安全風險,并且,能夠加快混凝土的澆筑速度,縮短工期。
3)混凝土澆筑時受到季節限制、天氣變化等因素影響較小。
與傳統的高拋法混凝土施工工藝相比較,頂升混凝土施工工藝能夠較好地解決由于鋼柱的特殊構造帶來的混凝土澆筑施工難點。
1)為保證鋼柱的整體穩定和結構強度[1],鋼柱內一般間隔一定的距離布置內隔板,雖然內隔板上開設了灌漿孔以及適當的溢漿孔,在采用高拋法進行混凝土澆筑過程中,內隔板與鋼柱柱壁接觸的陰角處由于氣體無法及時排出,仍然容易形成氣孔,影響混凝土澆筑質量。采用頂升混凝土施工工藝時,混凝土通過泵壓從柱底頂升至柱頂以下的相應位置(避免柱頂由于鋼柱焊接產生的高溫影響混凝土強度,鋼柱內混凝土一般不允許澆筑到柱頂[2],頂升混凝土澆筑時,一般澆筑到距柱頂一定距離的溢漿孔處),在混凝土徐徐上升過程中,鋼柱內的氣體更容易排出。
2)高拋法混凝土施工一般采用自密實混凝土,自密實混凝土往往具有高膠凝材料用量和減水劑摻量,較低水膠比的特點,這一方面會促使混凝土的收縮值變大,更容易使混凝土開裂,對混凝土與鋼柱的整體性不利,影響整體強度；另一方面也增加了混凝土的成本,同時高拋法更容易產生混凝土的離析現象。頂升混凝土澆筑時,一般采用微膨脹混凝土,增強混凝土與鋼柱的緊密性。
3)高拋法混凝土施工時,柱頂浮漿由于管理不當造成鋼柱內積水無法有效排出[3]；而頂升混凝土澆筑時,由于混凝土澆筑完成面存在溢漿孔,可以及時排出溢漿及積水。
鋼柱底部通過布設適當的灌漿孔,并且預先安裝泵管彎頭,通過法蘭盤在混凝土輸送泵的出口處將輸送管與鋼柱連接,利用泵送壓力將混凝土輸送到鋼柱內部,自然密實。鋼柱側壁上間隔一定距離開設溢漿孔,便于觀察混凝土頂升進度的同時,亦可降低混凝土頂升過程產生的壓力。混凝土頂升完成后,止流閘可以有效地防止鋼柱內混凝土出現逆流現象。
5.1 泵送彎管的設置
鋼柱上泵送彎管的設置是混凝土頂升施工的重要環節,本工程混凝土一次頂升高度在30 m范圍內,泵送彎管設置在相應樓層面上300 mm高處,混凝土頂升后,涂刷防火涂料前將泵送彎管切除,采用厚度為12 mm,300 mm×300 mm的方板貼焊封堵[4],焊腳高度不小于8 mm,并涂刷防腐涂料。
泵管彎頭選取材質為Q235B的無縫鋼管,直徑為125 mm(輸送管直徑為121 mm),彎制而成。鋼管具體尺寸如圖1、圖2所示；其中直段部分的長度隨著鋼柱截面的變化而變動,保證泵管彎頭的彎口布置在柱中心,減小混凝土頂升時鋼柱柱壁對混凝土的壓力,直段部分保證水平。
鋼柱上泵送彎管開孔處需焊接補強板[5],補強板焊接可以采用兩種形式：1)鋼柱外表面貼焊規格為325 mm×325 mm×40 mm的方板,方板中間開設直徑為135 mm的圓孔。2)鋼柱內、外表面分別貼焊規格為325 mm×325 mm×40 mm的方板,方板中間開設直徑為135 mm的圓孔。上述兩種方法均需在滿足鋼柱外表面裝修空間的要求,擇優而定。
為減小混凝土頂升時的阻力,泵送彎管在安裝過程中,鋼柱內的彎口部分應布置在鋼柱的中心位置,同時彎口向上。
圖1 泵管彎頭
圖2 泵管彎頭與鋼柱的連接節點
5.2 鋼柱柱上壁溢漿孔的設置
為保證混凝土頂升施工時,鋼柱內氣體有效地排出,在鋼柱側壁上間隔25 m開設直徑為50 mm的溢漿孔,同時用于觀察混凝土頂升進度以及柱頂溢漿或積水的排出。此溢漿孔一般在泵管彎頭下200 mm位置,距離相應樓層樓板100 mm高,布置在與泵送彎管相鄰的側壁上[6]。混凝土頂升過程中,當混凝土溢出時,停止混凝土頂升,并及時清理溢出的混凝土；在下一次頂升前,將此溢漿孔進行封堵處理。
5.3 鋼柱內部構造隔板的設置
圖3 內隔板開孔布置
為保證鋼柱的整體穩定和結構強度,鋼柱內一般間隔一定的距離布置內隔板,內隔板中心需開設直徑為800 mm的灌漿孔,內隔板四周開設直徑為100 mm的排氣孔,本工程內隔板開孔設置如圖3所示。
鋼柱內除了布置水平隔板外,一般同樣布置豎向隔板,本工程豎向隔板規格較小[7],在混凝土頂升過程中不會造成較大的影響。當鋼柱內豎向隔板尺寸較大,未形成腔體時,需要在隔板上豎向間隔2 000 mm布置直徑為250 mm的過漿孔,使混凝土在鋼柱內部更好地流動。當鋼柱內部形成封閉的獨立腔體時,每個腔體需要單獨進行混凝土頂升澆筑。
6.1 施工工藝流程
施工工藝流程見圖4。
圖4 施工工藝流程
6.2 操作要點
6.2.1 鋼結構構件要求
混凝土頂升前,首先檢查設計位置處泵送彎管的安裝情況,補強板焊接情況,鋼柱柱壁上溢漿孔的開設情況是否滿足設計要求[8]。當不滿足設計要求時,及時進行補修處理,以免造成混凝土頂升時爆管現象。
6.2.2 混凝土頂升施工注意事項
1)混凝土頂升前,需要使用適當的混凝土砂漿進行潤管,并且,混凝土頂升施工時此類砂漿不允許流入鋼柱內。
2)混凝土頂升至預定高度時,立即停止泵送,待鋼柱內混凝土基本穩定后,再拆除泵管設施[9]。
3)混凝土頂升完成后,先拆除截止閥后的輸送管,再拆除截止閥。當拆除時,如果混凝土回溢,立即關閉截止閥,待混凝土終凝后再拆除截止閥。
6.2.3 混凝土頂升施工對鋼管柱的影響
混凝土頂升施工時在鋼柱內部產生的高壓強對鋼柱本體的結構安全會造成一定的影響。
首先,鋼柱構造上已經進行適當的加強,但是,頂升前仍需要通過嚴謹的計算,合理的選擇泵送壓力和單次頂升高度,本工程選用的混凝土泵送工作壓力為50 MPa,頂升高度達330 m,單次頂升的最大凈高度達27 m。
其次,在頂升過程中通過在鋼柱表面間隔1 000 mm豎向均布應變片,頂升過程中動態地監測鋼柱的應變情況,保證頂升過程鋼柱的結構安全和施工安全。
1)施工組織設計指導到位,理論計算指導現場施工,施工布置合理,準備工作嚴密、充分,施工人員盡職盡責,共同保證混凝土頂升施工的順利進行。
2)混凝土質量嚴格滿足泵送混凝土的質量要求,用于潤管的砂漿不允許進入鋼柱內。
3)混凝土頂升選取的工作壓力要嚴格按照設計執行,避免頂升時爆管現象的發生。
4)管道坡度設置盡量平緩,管道接頭必須連接緊密,彎管位置要固定,磨損嚴重的泵管不允許用在泵送管路中。
1)施工作業人員必須掌握本工藝的操作要領,特殊工種作業必須持證上崗。
2)混凝土頂升施工時,截止閥旁邊嚴禁站人[10]。
3)高空作業人員要系好安全帶,穿防滑鞋,防止高空墜落。在溢漿孔觀察混凝土頂升狀態的觀察人員必須帶好防護眼罩保護眼睛,防止混凝土噴出傷眼。
4)頂升前檢查輸送管路連接處是否緊密、安全,合格后方可進行混凝土頂升施工。
5)混凝土、砂漿等對鋼結構的污染應該及時清除干凈。
混凝土頂升施工在超高層結構施工中的應用一方面可以提高施工效率,另一方面極大地增強超高層施工的安全性。同時,節省了大量的人力、物力及資金,具有較好的經濟效益和社會效益。
天津現代城項目根據現場的實際情況,選取混凝土頂升施工的工藝,嚴格按照施工部署、計劃順利地完成辦公樓外框箱形鋼柱的混凝土頂升施工。本文通過總結本工程鋼管柱混凝土頂升施工的技術要點,為類似工程提供施工依據,為超高層鋼管柱混凝土頂升施工技術的進一步完善提供經驗。
參考文獻
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·信 息·
2016年度中國鋼結構協會秘書長工作會議于2016年1月10日在北京友誼賓館召開。協會下屬各分支機構的秘書長或負責人參加了會議。本次會議特別邀請了地方協會的秘書長或負責人參加。會議由劉毅副會長主持。首先李寧副秘書長傳達了“國資委辦公廳關于印發《國資委行業協會脫鉤試點實施方案》的通知”要點。協會辦公室崔宏偉主任介紹了“民政部關于開展2015年度社會組織評估工作的通知”。侯兆新秘書長介紹了中國鋼結構協會2016年主要工作安排。2016年協會將堅持四個服務,繼續開展和完善獎勵體系和資信建設,在科研、信息、行業等方面樹立協會品牌,建立信息服務平臺和科技研發平臺。加強國內外技術和信息交流,堅定信心,抓住機遇,做好政府的參謀,構建政府和會員間的橋梁,承擔起肩負的責任和義務。與會的分支機構負責人分別匯報2015年主要工作和2016年工作計劃,大家分享辦會經驗,積極討論交流,為協會工作獻言獻策。受邀的8家地方協會也在會上向協會提出了許多中肯建議。
最后劉毅副會長在總結講話中首先對參會的各地方協會的代表表示感謝,肯定了各分支機構一年來做的大量工作。同時他也提到,2016年將是繼續攻堅克難的一年,協會一定要努力工作,幫助會員度過難關。要求秘書處要認真總結會議精神,拿出方案,完成既定工作計劃。
CONSTRUCTION TECHNOLOGY FOR LIFTING AND SHORING OF SUPER HIGH-RISE CONCRETE-FILLED STEEL BOX COLUMNZhao Yunlong Zhang Zhao Lu Junlin He Huali
(China Construction Steel Structure Corp.Ltd, Beijing 100000, China)
ABSTRACT：The height of the main tower of Tianjin Xiandaicheng project is 339 m. Through the construction technology for lifting and shoring of concrete-filled steel box column of Tianjin Xiandaicheng main structure project, some technical key points of lifting and shoring construction of super high-rise concrete-filled steel box column were elaborated, such as the detailing requirements for the steel structure of steel box column, the technical requirements for concrete, the operation requirements and attentions for lifting and shoring construction and so on. This paper provided theoretical basis for further application of the lifting and shoring construction technology of super high-rise concrete in the actual construction.
KEY WORDS：super high-rise main structure; steel box column concrete lifting and shoring； structure； steel construction
收稿日期：2015-09-10
DOI:10.13206/j.gjg201601017
