C70高强钢管混凝土的泵送顶升施工研究

时间：2024-10-10

卞振江，孟凡雷，李鹏，刘芳，刘军辉

(西麦斯（天津）有限公司,天津 300300)

0 前言

近年来随着建筑行业的高速发展，高层、超高层建筑、大跨度结构、地下以及海洋工程等项目的不断涌现，对混凝土的要求也越来越高，各种功能性的混凝土层出不穷，同时对混凝土的施工也提出了更高的要求[1]。而钢管混凝土柱以其造型流畅、结构受力性能好、截面尺寸经济等优势在钢结构建筑中得到了广泛应用，钢管混凝土（concrete filled steel tube）是由混凝土填入钢管内而形成的一种新型组合结构，钢管混凝土可使混凝土处于侧向受压状态，其抗压强度成倍增加。但是对于钢管混凝土的施工方法，大多采用高抛浇注，较少采用顶升方法，主要是因为顶升法对设备和混凝土性能要求比较高。但是通过顶升法施工的混凝土结构不需要振捣，可节省大量的混凝土用工和机械，由于混凝土从柱根向上顶升逆向浇注，利用混凝土的重力自密实，比传统施工工艺浇注的混凝土更加密实、均匀，并较好地杜绝了高位抛落法在变肢距处出现的离析、烂根等质量通病。

天津市滨海新区位于天津东部沿海，面积2270 平方公里，海岸线153 公里，该新区紧紧依托北京、天津两大直辖市，拥有中国最大的人工港、最具潜力的消费市场和最完善的城市配套设施，滨海新区的高速发展也带动了建筑业的百花齐放，各种高性能的混凝土应用到天津滨海地区的高层建筑中[2]。于家堡金融商务区是滨海新区的核心地标型建筑群，北京建工承建的于家堡金融起步区项目中需要对钢管柱进行加固。其工程难度主要集中在该混凝土强度必须达到C70 要求[3]，同时需要自密实减少与钢管柱的缝隙，施工方法为顶升浇注。本课题通过大量的试验来解决工程难题。

1 试验部分

1.1 北京建工承建的于家堡金融起步区项目的特点

1.1.1 混凝土强度等级

表1 钢管混凝土的强度要求

1.1.2 工程介绍

图1 钢管结构和内部特征

图2 北京建工项目工程图

从图1、2 中可以看出，该项目钢管柱呈方形布置，从混凝土施工点到钢管柱的水平距离为150m 左右，高为30m。因此我们采用固定泵不间歇式顶升输送，这也给生产和施工带来很大的不便。

1.2 原材料

1.2.1 水泥

天津水泥厂P·O42.5 级水泥，其性能指标见表2。

表2 水泥试验数据

表3 矿粉试验数据

1.2.2 矿粉

唐山特种水泥有限公司S95 级矿粉，其性能指标见表3。

1.2.3 硅灰

奥斯麦特科技（北京）有限公司SF-93 级硅灰，其性能指标见表4。

表4 硅灰试验数据

1.2.4 粗骨料

采用玄武岩碎石，颗粒级配尾5～16mm 连续级配，含泥量0.5%，堆积密度1530kg/m3，表观密度2820kg/m3，压碎指标为6%。

1.2.5 细骨料

采用天然河砂，Ⅱ区中砂，颗粒级配良好，细度模数2.40，含泥量0.5%，堆积密度1470kg/m3，表观密度2665kg/m3，含水率3.2%。

1.2.6 外加剂

SIKA 聚羧酸高性能减水剂，固体含量23.93%，pH 值5.88，比重1.085g/ml，减水率30%，推荐掺量1.0%。

1.3 混凝土泵送顶升浇注

1.3.1 顶升泵送混凝土浇注的施工要点

（1）对混凝土泵送工作压力的要求

顶升过程中，混凝土在钢管柱内呈泉涌状上升，混凝土泵送工作压力与泵性能、状态、泵送高度、水平距离和混凝土的工作性能有关。施工前仔细的考察施工现场，计算出水平输送距离、垂直输送距离、弯头的数量和类型。根据现场所得数据计算出泵压的损失。

根据泵送混凝土压力损失换算表，我们可以计算出压力损失值，为我们选择泵压和混凝土工作性能提供了理论基础。

（2）布管要求

在钢管混凝土柱底部管壁上开一个比输送管略大的孔洞，用输送管将混凝土泵的出口与之连接，利用混凝土泵的压力将C70 混凝土自下而上挤压顶升灌入钢管柱内，直至管内注满混凝土。根据工程的需求，我们采用倒退泵送的方式。

（3）止流阀的安装

表5 泵送混凝土压力损失换算表

图3 布管情况

为防止在拆管过程中出现混凝土回流，需在连接管上设置一个止流装置，其形式可以为闸板式，或插橛式。为防止在泵送混凝土过程中出现漏气、漏浆，需用黄油涂缝、或者加设一个密封垫圈在闸板缝内，混凝土在泵送顶升浇注结束后，控制泵压2～3min，然后略松闸板的螺栓，打入止流阀，即可拆除混凝土输送管，转移到另一根钢管柱浇注，实现无缝浇注。图4为止流阀的安装

待混凝土达到28 天强度时，可以切除连接短管，补焊洞口管壁、磨平和补漆。

（4）泄压孔

采用泵送顶升浇注工艺，钢管柱顶端必须设溢流泄压孔或排气孔。溢流泄压孔的面积应不小于混凝土输送管道的截面积的1/5，并将洞口适当接高，以填充混凝土停止泵送顶升后的回落空隙。