1工程概况

1.1工程概况

昆山中南世纪城该项目位于昆山市微山湖路与太湖北路交汇处；21#楼工程地下二层，层高2.72m（地下二层）、2.8m（地下一层），钢框架-中心支撑结构体系；地上33层，首层层高3.15m，其余均为2.9m。总建筑面积15410.44㎡。由昆山中南世纪城房地产发展有限公司投资建设、昆山市恒昌工程建设监理有限公司监理、江苏中南建筑产业集团有限责任公司设计施工。

21#楼钢框架采用Q345B成品矩形钢管，尺寸有：¨200×300×10×10、¨200×300×12×12、¨200×400×12×12、¨200×400×14×14、þ250×400×12×12、¨300×300×14×14、¨300×400×12×12、¨300×400×14×14、¨300×500×12×12、¨300×500×14×14、¨400×250×12×12、¨400×400×10×10、¨400×400×12×12、¨400×400×14×14、¨400×400×18×18、¨400×500×14×14、¨400×600×14×14、¨600×400×14×14。

本工程钢管柱混凝土标号：基础顶～-0.030为C55、-0.030～29.220为C55、29.220～49.520为C50、49.520～72.720为C45、72.720～屋顶为C40。钢管混凝土柱中钢管内的混凝土均采用无收缩免高抛免振捣混凝土。

1.2工程难点

（1）施工中应严格分清混凝土强度等级，不可混打。

（2）本工程钢管柱四层一节，每节约长12m，浇筑混凝土的钢管部分长度远远大于市场上振捣棒的长度，无法采用振捣棒对钢管内混凝土进行振捣。

（3）钢管柱长度长、截面积小、加劲板多、加劲板孔径小，混凝土浇筑困难、密实度难控制。

1.3技术方案

钢管混凝土浇注工艺有传统的振捣浇注法和无振捣浇注法，无振捣浇注法有高位抛落法和泵送顶升法两种。

高抛落法浇筑钢管混凝土关键是混凝土抛落后不产生离析现象，所以钢管混凝土必须采用无收缩自密实混凝土。

综合考虑现场实际情况，采用高抛法免振捣浇筑较为合适，浇筑采用塔吊吊运混凝土料斗放料，每节钢管柱顶均设置浇筑漏斗。

2自密实混凝土试配

以本工程自密实混凝土最高标号C55为例，与总包技术负责人密切配合对C55高抛免振捣自密实混凝土试配，在试验室进行二十几次试配和调整、确定。最终由搅拌楼生产大样几次。为了模拟和实现高抛免振捣不分散混凝土，在钢柱浇筑中自上部1200mm或900mm圆孔自由落体到柱底部高抛免振捣不分散效果。试验从高度二层楼高度约7m，使用V型试验漏斗在<25秒通过，混凝土在高抛自由下落过程，在3.5m空中架设钢筋网，孔径为600mm网状，让混凝土在下落过程撞击钢筋网，观察混凝土落地现状，实现了混凝土高抛免振捣不分散的良好效果。

2.1原材料

选择安徽霍山5-20mm连续级配碎石，针片状含量<7%,含泥量0.18%，比表面积（ρg）2620kg/m3。

选择沂河中砂，细度2.67，含泥量1.78%，比表面积（ρg）2600kg/m3。

选择P.II52.5海螺水泥，平均强度58.6MPa，水泥统计标准差4.7MPa，水泥设计强度fce=平均强度-1.645×标准差=58.6-1.645×4.7=51MPa，水泥比表面积（ρc）3860kg/m3。

选择苏州磊金S95矿粉，28d活性系数102%，比表面积（ρk）2830kg/m3。

选择协鑫集团C类II级粉煤灰，细度为18.2%，比表面积（ρf）2210kg/m3。

选择苏博特聚羧酸外加剂，减水率27.8%。

选择武汉三源建材有限公司的HEA膨胀剂。

2.2配合比设计

2.2.1配合比设计

（1）采用5-20mm连续级配碎卵石，增强自密实混凝土的流动性和致密性。

（2）加大矿物掺合料的掺量，减少自密实混凝土的收缩性。

（3）自密实自流平的效果主要靠混凝土的扩展度来完成，扩展度与水不可分割，克服混凝土收缩大的缺陷，掺加适量的HEA膨胀剂，起到对混凝土的补偿收缩效果。

（4）使用扩展度损失保持3小时不变的苏博特聚羧酸外加剂配制高抛免振捣C55自密实混凝土。

2.2.2配合比计算

（1）试配强度

Fcu,o=fcu,k+1.645×σ=63.1MPa

式中：

Fcu,k--混凝土抗压强度标准值，为55MPa。

σ--混凝土强度标准差，MPa。取6.0MPa。

（2）用水量mwo,按JGJ55-2011取值172。

（3）胶砂28d强度fb=γf×γk×fce=40.1MPa。

粉煤灰掺量为17.8%，系数取值0.8。

矿粉掺量为18%。系数取值1.0。

（4）水胶比W/B=aa×fb/(fcu,o+aa×ab×fb)=0.31

（5）外加剂掺量βa=1.3%

（6）HEA膨胀剂掺量=8%

2.3配合比的确定

混凝土配合比计算表

试配结果，混凝土扩展度为500mm×550mm，浆骨比偏低，边缘有水泥浆析出，出现离析现象。在水胶比不变的情况下适当降低外加剂掺量、增加浆骨比，通过十多次反复试验，相关性能试验结果及最终确定的施工配合比如下表。

施工配合比及相关性能试验统计表

3施工工艺

3.1施工准备

（1）准备好免振捣混凝土设备，包括高抛免振捣混凝土机、注浆泵、搅拌车等。

（2）配制混凝土配合比，确保混凝土的强度和工作性能符合规定要求。

（3）清理施工场地，确保施工场地的平整和干燥，方便设备和材料的运输和操作。

3.2操作要点

（1）浇筑时管内不得有杂物和积水，自密实混凝土施工前应先浇灌50～100mm的水泥浆，避免自密实混凝土高抛时骨料自由下落产生弹跳现象。

（2）使用定制料斗，将自密实混凝土放至料斗内，利用塔吊吊起料斗至钢管柱上方，打开料斗导向管，让混凝土自由下落。

浇筑漏斗详图

（3）每段钢管柱的混凝土都浇筑到离钢管顶端550mm处（最后一节钢管柱除外），防止焊接高温影响混凝土质量。

（4）使用橡胶软管和料斗的导向管连接，将橡胶软管引入钢管加劲板孔中，打开导向管阀门就可以直接进行高抛灌注。

（5）钢管柱管壁间隔1.5m设1个排气孔，灌注自密实混凝土时安排专人观察，浆体溢出排气孔后立即封堵排气孔。

（6）连续进行自密实混凝土浇灌，间歇时间控制在45min以内。

（7）出现施工缝时或浇筑完一节钢管柱时，在管口加盖保护罩封闭可防止水、油和异物等落入。

（8）钢柱浇筑时，为了排出气泡，可适当对钢柱外侧进行敲击辅助工作。

3.3质量保障

3.3.1质量保障

（1）高抛免振捣混凝土的施工应符合现行国家标准《混凝土结构工程施工规范》GB50666-2011、行业标准《自密实混凝土应用技术规程行业标准》JGJ/T283-2012、行业标准《高抛免振捣混凝土应用技术规程》JGJ/T296-2013等的相关规定。

（2）混凝土浇筑前应安装顶层钢梁和楼承板，用钢丝绳拉设四周临边安全防护。

（3）检查混凝土浇筑设备完好，安装稳固，组织混凝土进场。

（4）混凝土入模前，按规定现场取样制作试块（分二层注满模具，二次间隔时间30秒，表面抹光，终凝前压光）对混凝土的工作性能进行检验。

（5）入模温度控制在10～30℃范围。

（6）高抛混凝土施工速度不宜过快。

（7）高抛混凝土的浇灌应按分节要求连续进行，每段浇筑高度不得大于1.5m。混凝土液面的高度在楼层节点加劲板下150～200mm左右位置（距钢柱焊接节点须大于500mm，不得大于1000mm）。尤其要控制最后的浇筑速度，坚决防止超浇。

（8）由于高抛高度在最后一段较小，所以应对混凝土顶面以下约2m范围内的混凝土用钢筋进行充分仔细的插捣，确保气泡逸出和混凝土密实度。

（9）混凝土浇筑完毕后5min后进行浮浆清理和表面处理。

（10）料斗的安装要保证垂直，不能有倾斜。

3.3.2养护措施

（1）及时关注天气预报，避免在低温、雨天进行高抛免振捣混凝土的浇筑。

（2）雨天施工时应覆盖混凝土搅拌车罐尾，避免雨水进入；浇筑时在搅拌车和泵车连接处加设雨棚，在钢管上方亦应加设防雨施设。

（3）室外气温不低于5℃可直接浇筑，原则上在室外气温低于5℃时即停止施工。-10℃～5℃之间时应加热钢管并包裹，低于-10℃时钢管包裹电热毯加热。

（4）混凝土浇筑完毕后，在管口用保护罩封闭。

3.3.3质量检查

（1）敲击法

浇筑施工过程中、7天、28天共三次用专用钢锤沿柱周边取等距离若干个点，从柱底敲至柱顶来检查钢管柱密实度。

钢管混凝土柱两端固定，振幅不同，柱中间与柱两端的敲击声响不一致，如出现第三种声音，则视为异常。

（2）波检测法

使用超声波对无缺陷的混凝土的强度和各种缺陷等进行标定，对比超声参数来确定管内混凝土的状况，并评定其质量。

（3）留置同条件试块及标养试块，定期检测强度。

3.3.4缺陷处理

如发现局部混凝土不密实，应在钢管壁上钻孔并压浆补强，压浆补强后将钻孔塞焊补平。

3.4安全保障

（1）混凝土浇筑时，起吊漏斗的过程中注意机械安全。

（2）浇筑混凝土的位置场地比较狭小，混凝土运输车辆安排专人指挥调头和运行。

（3）钢管柱混凝土浇筑，必须在顶梁及楼承板吊装完成，利用楼承板兼作操作平台。所有钢柱上均拉设钢丝绳，形成网状生命线，钢丝绳作临边防护。

（4）塔吊吊运混凝土料斗时宜缓慢进行，防止混凝土料斗碰撞施工人员。

4结语

通过21#楼钢管柱高抛免振自密实混凝土的实际应用情况，得出以下结论：

（1）在特定施工条件下所采取的高抛免振自密实混凝土施工方法的重要特征是必须从高处抛落，利用混凝土自身产生的动能实现自流平、自密实。减少肋板数量和尺寸可使钢管柱内更通畅，更利于混凝土的自密实。

（2）混凝土拌合物具有很高的流动性是高抛免振混凝土施工的关键，要求采用的混凝土必须有合适的配合比来满足在高抛过程中不离析、不泌水。

（3）采用高抛免振自密实混凝土施工方法不仅解决了超长管柱内（或类似环境下）的混凝土振捣难题，还减少了人工、缩短了施工时间，创造了较好的经济效益和社会效益。

参考文献

[1]钢框架结构混凝土配合比设计及生产施工中的要点，郑兴民， 《商品混凝土》， 2016-04-15。

[2]高抛免振捣混凝土施工工法，毛明刚、韩旭东，《天津科技》，2007-06-25。

[3]自密实混凝土在钢管混凝土结构中的应用，张奋强，《福建建设科技》，2012-03-25。

[4]小直径钢管柱高抛免振捣混凝土施工技术，刘正勇、苏志岗、曹俊杰， 《浙江建筑》， 2017-08-25。