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高抛法排气孔布置方式对大直径钢管混凝土柱密实度影响研究

2024-11-21 72 上传者：管理员

摘要：文章结合宁波鄞州曼哈顿大厦项目，通过模型试验研究高抛法排气孔布置方式对大直径钢管混凝土柱密实度的影响，并总结了施工过程中的浇筑技巧。结果表明，排气孔的设置能明显消除环板下空腔情况，当钢管柱直径大于1m时，如对混凝土成型质量要求较高，应采取正向与侧向排气结合的布置方式，个数均不少于3个，如对主体结构完整性要求更好，宜采用正向排气布置方式。施工中浇筑时需对环板节点处进行充分振捣，并用空鼓锤进行逐个排查，施工缝宜留在分段处的0.5m以下的位置。

关键词：
大直径钢管混凝土
排气孔
泵送顶升法
高位抛落法
高抛法
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1、引言

钢管混凝土柱具有承载力大、延性好、抗震性能好的特点，被广泛应用于超高层建筑中。但由于泵送高度高及钢管内较多横向隔板障碍等因素的影响，导致其施工难度较大[1]。目前，超高层钢管混凝土柱常用的浇筑方式有泵送顶升法、高位抛落法、传统浇筑法三种[2-4]。本文根据施工特点和各类方案特点比较分析，最终采用高位抛落法，但高位抛落法浇筑时易在加劲板下部形成不利于结构受力的空腔，针对此难点在施工前进行了钢管柱自密实混凝土高抛法浇筑试验，确定减少空腔形成的开孔方式及科学合理的浇筑工艺措施，保障了钢管混凝土的成型质量。

2、工程概况

2.1项目概况

宁波鄞州曼哈顿大厦位于宁波市鄞州区南部商务区三期A1地块，总建筑面积251324.77m2。地下共设置4层地下室。地上由1栋塔楼为核心筒（建筑高度251m）+钢结构框架结构及1栋裙房（建筑高度50m）混凝土框架结构组成，效果图如图1所示。

表1 钢管混凝土柱主要参数

图1 项目效果图

2.2钢结构体系概况

裙房为普通钢筋混凝土框架结构，塔楼为核心筒+钢框架的结构形式，钢框架主要由钢管柱、钢梁、钢筋桁架楼承板、边（腰）桁架组成，其中钢管混凝土柱概况如表1所示。

塔楼区域地下部分，南北向为双排钢管柱，东西向为单排钢管柱，共计35根，平面布置见图2；塔楼区域地上部分南北向往核心筒内逐渐收口，变为单排钢管柱，共计21根，效果如图3所示。

图2 地下钢管柱平面示意（圆点）

图3 地上钢管柱收口示意图

为减小钢管柱侧向变形和加强整体刚性，沿轴向间隔一定间距设置环形加劲板如图4所示。

浇筑混凝土时在环形加劲板容易形成空鼓，一般通过排气孔的布置减少空鼓情况，为研究其不同布置的实施效果并增强浇筑人员的实际操作经验，对1600mm直径钢柱进行1:1的模型试验。

图4 环形加劲板

3、模型试验

3.1模型设计及配合比确认

试验柱按照现场1600mm钢柱（GZ1）的实际尺寸1:1制作，并在不同高度的环板处，设计不同类型的排气孔。

采用高位抛落浇筑法，需要钢管柱内的混凝土应具有良好的“六性”，即流动性、体积稳定性、可泵性、抗离析性、耐久性以及无收缩性。针对上述要求及《钢管混凝土组合结构技术标准》（GB/T51446-2021），对混凝土的拌制及供应提出如下4点要求：

(1)坍落度为210mm±30mm;

(2)初凝时间10～12h;

(3)扩展度为600～700mm;

(4)粗骨料粒径不超过20mm。

项目部调查发现，宁波地区C50以上的高强混凝土多采用聚羟酸系高性能减水剂拌制大流动性、低水胶比的高性能混凝土。项目部联系搅拌站，经过多次比对试验，确定C65自密实混凝土最终配合比，如表2所示。

表2 C65自密实混凝土配合比

3.2排气孔布置设计

浇筑混凝土时在环形加劲板下方容易形成空鼓，一般通过排气孔的布置减缓空鼓情况，根据其位置分为正向排气（布置于环板处）和侧向排气（布置于环板下方钢管壁处），其中正向排气又按平面位置分为边布（贴近钢管壁）及中布（位于环板中间），实际效果见图5。

图5 排气孔不同布置示意图

为最大限度保障混凝土填充密实，在模拟试验前，对加劲板处设计了不同形式的排气措施，主要以正向排布的位置分布、孔径大小以及正、侧向布置个数为控制项，并设置无开孔节点5作为对照组，通过模型试验对比得出效果最好的排气形式进行应用，其中侧向排气由于需要后期修补，孔洞不宜过大，均设置为25mm，具体布置形式如图6所示，具体做法见表3。

图6 各节点开孔做法示意图

3.3混凝土浇筑

3.3.1试验柱固定

试验柱（GZ1）高度为12.6m，由于高度较高，在浇筑前需设置稳固的抗倾覆措施，结合当时的场地情况，将试验柱通过钢管与4道内支撑相连接，设置在场地东北角处，如图7所示。

3.3.2实施浇筑

钢柱安放完成后，开始进行试验柱内灌注，现场浇筑实景如图8所示，主要浇筑工艺如下：

(1)浇筑前，对钢管柱的杂物、积水进行清理；

(2)正常浇筑时，先浇筑1层100～200mm厚同配比的水泥砂浆，防止下落时粗骨料的弹跳；

(3)将布料管伸入钢管柱中一段距离，确保混凝土不飞溅；

(4)钢管内自密实混凝土灌注工作需连续进行，若混凝土供应不及时，间歇时间不应超过自密实混凝土的初凝时间；

图7 试验柱定位位置图

(5)每浇筑到加劲板处时，停顿约15s，确保夹角处填充密实。

图8 试验柱浇筑

3.4试验结果

3.4.1试验柱切割

浇筑完成后14d（强度达到设计要求时）对试验柱进行轴向静力绳锯切割，如图9所示。历时2天，试验柱切割完成，如图10所示。

3.4.2结果分析

节点1、2、3、4及对照组节点5剖面如图11所示。

根据上述断面观察混凝土同柱壁、加劲板的贴合情况，如表4所示。

通过本次试验得出以下结论：

(1)根据节点1的结果可知正向排气的边布及中布无明显差异；

(2)根据节点4的结果可知少量排气孔布置中，加大排气孔直径的方法对成型效果无明显提升；

(3)根据节点1、节点3、节点4可知，正向排气对比侧向排气有更好的排气效果，其拱形裂缝形成的拱度及缝隙宽度更小；

(4)根据节点5可知，无排气孔在环板下方会出现明显的空腔；

表3 排气开孔做法详情

图9 试验柱切割过程

图1 0 试验柱切割完成

图1 1 各节点贴合情况

(5)节点2的排气效果最好，排气孔的布置下混凝土填充紧密，且未出现上拱裂缝。

发现无论采用竖向排气孔或正向排气孔，对裂缝和空腔均有较好的抑制作用，原则上采用顺序节点2→节点1/节点3→节点4，但考虑后续清理和补孔工作以及“尽量少的破坏主体结构”的原则，最终确定节点1作为正式柱的排气方案（环中裂缝经过设计建模计算不影响整体承载力），得到设计单位的认可。

表4 各节点效果对比

4、浇筑施工

正式浇筑前通过计算钢柱内空间容积，并在过程中核对浇筑方量，并采用空鼓锤在钢柱侧边敲击，通过声音判断浇筑是否密实。

图1 2 钢管柱正式浇筑

通过本次高位抛落法浇筑，得出以下经验：

(1)浇筑时可采用振捣手段，在加劲板节点处适当振捣赶浆，填充效率会更高；

(2)浇筑时宜停留在分段处的0.5m以下的位置，避免上下节钢管柱焊接时的温度对已浇混凝土造成影响；

(3)钢柱侧边敲击时，采用空鼓锤较普通的橡皮锤和钢锤效果更好。

5、结语

在宁波鄞州曼哈顿大厦钢管混凝土施工中，本文针对现场实际情况，选用了5种加劲板开孔排气方式，并采用高位抛落法进行浇筑，通过比较分析，确定节点1作为最终方案，并且浇筑结果能够达到超高层钢管混凝土的浇筑要求，工程应用效果较好。另通过实践摸索，工程施工、技术人员对超高层钢管混凝土的高抛浇筑技术与施工有了新的认识，为后续承接的超高层建筑关于高位抛落浇筑方法提供了经验借鉴与技术支撑。

参考文献:

[1]庞洪海,刘春,曹中平,等.超高层大直径多隔板高抛自密实钢管混凝土施工技术[J].施工技术,2015,44(12):16-20.

[2]韩林海.钢管混凝土结构理论与实践[M].北京:科学出版社.2004.

[3]徐立斌,叶浩文,丁银仙.高性能混凝土的配制及其超高泵送技术在超高层建筑中应用简介[J].混凝土, 2012(08):100-103,106.

[4]苏广洪,葛洪军.广州珠江新城西塔斜交钢管混凝土柱施工技术[J].施工技术,2009,38(12):1-4.

[5]王宝峰,刘逾亮,江伟,等.钢管柱内自密实混凝土高抛法灌芯技术[J].建筑技术,2021,52(05):608-610.

文章来源:曹跃军,黄政哲,崔朝赟.高抛法排气孔布置方式对大直径钢管混凝土柱密实度影响研究[J].安徽建筑,2024,31(11):66-67+119.