大直径梭形钢斜柱内混凝土施工质量控制技术

段俊 胥悦 袁文俊

【摘要】大直径钢管倾斜柱均为变截面维形柱，管柱内部有管道和钢管柱加劲环板等，且混凝土一次性浇筑高度15 m，施工难度大，质量难以控制，国内也无同类工程经验可借鉴，目前现有检测手段也无法准确反映钢管柱内部情况。为确保钢管柱质量，在场外进行了钢管混凝土柱等效模拟对比试验，模拟实际工况，为钢管柱混凝土浇筑施工提供数据支撑，通过对比试验确定最佳的配合比、膨胀剂掺量和施工工艺。

【关键词】梭形柱;钢管混凝土;对比试验;脱空检测;等效模拟对比试验

【中图分类号】 TU528.59          【文献标志码】 B

1工程概况

成都天府国际机场位于成都简阳市芦葭镇附近，在成都市东南方向，龙泉山脉东侧的山区与丘陵结合地带。T2航站楼地上主体4层，局部有4层上夹层，地下2层（局部 B2层为 APM），建筑面积约27.16万 m2，陆侧高架桥檐口最高点34.15 m， 空侧檐口高度17.35～19.35 m， 屋面最高点44.85 m。

本工程钢管混凝土柱为屋盖体系的支撑结构，共164根，包括豎直柱和倾斜柱两种形式，其中结构外侧的室外钢管柱为倾斜柱，倾斜角度有8。、10。、14。3种形式，并通过 V 型撑与混凝土结构连接，结构内部设置竖直柱，穿越混凝土结构楼层，混凝土梁角部纵筋穿柱。钢管柱内浇灌 C50自密实混凝土或泡沫混凝土。

T2航站楼屋面钢管混凝土柱柱顶标高14.206～39.177 m，其中变截面柱共146根，最大截面尺寸为小1200～2200～1000 x45 mm，等截面柱18根，最大截面尺寸为小2300 x 55 mm。

2研究方案

2.1研究目的

本工程钢管混凝土柱有竖直柱和倾斜柱2种形式，倾斜柱均为变截面锥形柱，管柱内部存在大量安装管道和钢管柱加劲环板等，且混凝土一次性浇筑高度达到15 m，施工难度大质量难以控制。鉴于航站楼钢管混凝土柱特殊性和重要性，国内也无同类工程经验可借鉴，加之目前现有检测手段也无法准确反映钢管柱内部情况[1]。

由于航站楼质量要求高，在场外进行了钢管混凝土柱对比试验，以模拟实际工况。为后续钢管柱混凝土浇筑和今后类似工程提供数据支撑，并通过对比试验确定最佳的配合比、膨胀剂掺量和施工工艺[2]。

2.2研究方法

根据不同配合比、不同掺量膨胀剂和振捣与否3个条件分组进行对比试验，设3组，每组3根共计9根试验柱，试验柱采用1000 x10 mm的钢管制作，每根钢管柱高4 m，对比试验设置工程样板区内，效果见图1。为了能更真实模拟实际工况，在试验柱内设置一根 DN100钢管，并在试验柱中部设置加劲板，做法见图2。

2.2.1配合比对比方案

通过调整水和粗细骨料等用量设计成不同的配合比，通过试验选择最佳的配合比，选用3个不同配合比进行对比试验，具体配合比见表1。

2.2.2膨胀剂掺量对比方案

通过调整膨胀剂掺用量以验证混凝土的收缩性能，以确定最佳的膨胀剂掺量，选用3个不同膨胀剂掺量进行对比试验，具体配合比见表2。

2.2.3振捣对比方案

本对比试验验证施工振捣对混凝土施工质量的影响，配合比采用膨胀剂掺量对比方案中配合比，共计3根，此3根试验柱在施工过程中无需振捣，通过与第二组试验柱进行对比。

3对比试验

3.1试验柱编号

试验柱采用1000×10 mm的钢管制作，每根钢管柱高4 m，设3组，每组3根共计9根试验柱，按1-9号进行编号，对比试验设置工程样板区内，平面见图3。

3.2试验柱配合比选用

本次对比试验共计5个配合比，按 P1-P5进行编号。

（1）1号、4号和7号钢管试验柱选用配合1，见表3。

（2）5号和8号钢管试验柱选用配合2，见表4。

（3）6号和9号钢管试验柱选用配合3，见表5。

（4）2号钢管试验柱选用配合4，见表6。

（5）3号钢管试验柱选用配合5，见表7。

3.3钢管试验柱对比分类

钢管试验柱分组进行，1-3号进行不同配合比对比，4-6号进行不同膨胀剂掺量对比，7-9号进行施工工艺对比，因此1-6试验柱在混凝土浇筑过程中均需振捣，而7-9试验柱在混凝土浇筑过程中无需振捣（图4）。

3.4混凝土浇筑和养护

浇筑前用水将试验柱适当润湿，采用汽车泵浇筑混凝土，自密实混凝土浇筑至离试验柱顶约5-10 cm，浇筑完成待混凝土初凝后蓄水养护。浇筑前测得各配合比混凝土塌落度见表8。

4钢管脱空及CT检测结果

钢管混凝土试验柱2018月11月30.上午10：00浇筑，于2018月12月6和2019年1月3日进行检测。

4.1 第一次检测（2018年12月6日）

现场共计测试9个墩柱，24个CT剖面。墩柱直径为1m，钢管壁厚0.01 m，直径为1.02 m，周长约为3.2 m，本次测试一个圆周剖面布置16个测点，测点间距为0.2 m，测线采用部分交叉，共计40条测线（图5～图7）。

1 ～3号墩柱测试2个剖面，A剖面距离柱底1.5 m，B剖面距离A剖面1.5m;4～9号墩柱测试3个剖面，A剖面距离柱底0.9 m，B剖面距离A剖面1.1 m，C剖面距离B剖面.1.1 m（图8）。

本次测试除5号墩柱B剖面、6号墩柱A剖面和B剖面、8号墩柱B剖面9号墩柱A剖面和B剖面测试环线上无脱空的现象外，其他剖面测试环线上均存在脱空的现象，存在脱空的现象的剖面未获取到的首波穿射柱的直达波导致无法准确判定内部自密实混凝土质量。6号墩柱B剖面存在2处不密实;5号墩柱B剖面、6号墩柱A剖面.8号墩柱B剖面.9号墩柱A剖面和B剖面自密实混凝土质量较好。

4.2 第二次检测（2019年1月3日）

现场共计测试6个墩柱，16个环形CT剖面。墩柱直径为1 m，钢管壁厚0.01 m，直径为1.02 m，周长约为3.2 m，本次测试一个圆周剖面布置16个测点，测点间距为0.2 m，测.线采用部分交叉，共计45条测线（图9、图10）。

1号.2号墩柱测试2个剖面，A剖面距离柱底1.5 m， B剖面距离A剖面1.5m;4号5号.6号、8号墩柱测试3个剖面，A剖面距离柱底0.9 m，B剖面距离A剖面1.1 m，C剖面距离B剖面1.1 m（图11）。

所测试的16个环形剖面中，较多处疑似存在脱空，可能是自密实混凝土收缩、或者天寒引发，宜引起注意;疑似存在脱空区域，因媒介无法穿透混凝土，固无法准确判定内部混凝土质量;现场使用激振锤进行听声辨别，确实较多区域（尤其是4A .4B、5A存在较多脱空） ，听声辨别仅作参考，不作判定依据;前后2次测试，存在部分差异，但所測环形切面，前后两次测试的键全部平均值（平均波速）差距不大。2次检测的结果见附表。

5结论

对现场钢管试验柱进行实体剖切后，剖切情况与 CT检测结果吻合，部分钢管试验柱确实存在脱空现象，但脱空尺寸较小在2 mm以内，且脱空部位混凝土密实成型质量好。钢管混凝土柱脱空情况无法全部避免，但通过试验柱得到其脱空尺寸在2 mm以内，经分析对承载力影响较小，钢管混凝土柱承载力仍能满足设计要求;后期将通过调整配合比、膨胀剂掺量和施工工艺等措施可以有效控制混凝土收缩，减少钢管混凝土柱脱空现象产生。根据上述结果得出结论：

（1）后续钢管混凝土柱内自密实混凝土配合比。每立方混凝土中各组分配比含量：水泥395 kg，砂820 kg，石888 kg， 水180 kg，高效减水剂12.5 kg，膨胀剂40 kg（8%），煤粉灰50 kg，矿粉25 kg，微硅粉30 kg。

（2）钢管柱内混凝土浇筑采用串管加振捣施工工艺。

（3）后续钢管混凝土采用敲击法检测，若对敲击法检测有疑义部位则采用 CT法进行复测。

参考文献

[1]黄泳水，张继承，饶玉龙，等.高强冷弯矩形截面钢管混凝土柱偏压性能试验[J].华侨大学学报（自然科学版），2019.40（2）：179-185.

[2]李红现，刘殿忠.新材料下钢-混凝土组合结构的发展与应用[J].土木工程， 2019， 8（5）：949-958.

[3]杨英欣，卢秋如，李彪，等.钢管超高性能混凝土短柱轴心受压应力-应变关系试验研究[J].水利与建筑工程学报.，2019.17（1）：97-102.