矩形钢管混凝土柱施工质量控制及关键技术研究

矩形钢管混凝土柱施工质量控制及关键
技术研究
摘要：以青菱片规划小学HS4小7项目为例，通过矩形钢管混凝土柱的设计分析以及施工实例技术研究，从矩形钢管混凝土柱的钢柱焊接质量、吊装工艺、混凝土浇筑工艺等方面的施工工艺及质量控制要点进行分析研究。

结果表明，解决了矩形钢管混凝土柱在施工应用中钢柱焊缝开裂的问题，是施工效率提高，施工成本降低，有效提高了施工质量。

关键词:钢管混凝土: 矩形钢柱: 柱顶升:高抛工艺。

1、工程概况
青菱片规划小学HS4小7项目位于武汉市洪山区青菱大道旁青菱街杨林村，项目用地面积约为35871.01平方米，总建筑面积为31681.80平方米，其中地上建筑面积为15835.66平方米，地下建筑面积为15764.95平方米。

本项目拟建建（构）筑物地下一层停车库，地上建筑物分别为：一栋4层教学综合楼、一栋3层食堂体育馆、报告厅门房各1层。

本工程钢管混凝土柱主要分布于各主楼范围内，共计80根，柱体规格为650x650mm，地下室基础面至一层梁板处钢管柱壁厚16mm，二层梁柱节点以上钢管柱壁厚为30mm,矩形钢管柱内部浇筑C40自密实混凝土。

本工程钢板焊接成矩形钢管柱时采用了坡口熔透焊缝，矩形钢管混凝土柱采用高抛工艺施工，柱顶直接抛落法，即采用自密实混凝土，利用泵送将混凝土从柱顶直接浇入柱内，浇筑分层进行。

2、矩形钢管混凝土柱结构施工特点
矩形钢管混凝土结构是指将混凝士填充在矩形钢管内，利用钢材和混凝土两种不同性质的材料相互组合而构成的复合型的承载结构，这种复核结构相较于使
用单一的材料构成的结构具有更大的承载力，并且为达到相同承载力的钢筋混凝土构件而言，矩形钢管混凝土结构的钢材用量更少，这使得结构的自重也降低了进一步提升了建筑的使用空间和经济效益。

本工程矩形钢管混凝土柱采用高抛工艺施工。

柱顶直接抛落法，即采用自密实混凝土，利用泵送将混凝土从柱顶直接浇入柱内，浇筑分层进行。

利用浇筑过程中混凝土高抛时产生的动能并配合柱内振捣和排气措施达到混凝土的密实。

3、矩形钢管混凝土柱结构施工工艺
3.1矩形钢管的制作与焊接
（1）焊接方法：应综合项目的现场实际及设计需求考虑焊接效率和操作难度选用合适的焊接方式。

（2）焊接坡口的方案选择：为保证工程的施工质量，本工程首先考虑小角度、窄间隙的焊接坡口，其次为保证焊透的前提下，最终本工程采用小角度V 型坡口形式，并且当钢管柱板厚超过30mm时采用双面坡全焊透焊缝坡口，坡口角度应控制在35度至45度范围内。

（3）焊前准备：到制定的施焊区域，接通电焊机主电源进行设备调试，并做好接地。

在焊接施工之前应先对焊条进行升温烘烤，保持温度为300℃恒温烘烤时间为一小时，1小时后，温度控制在100℃保温，并且为保证焊缝质量焊条在使用时需在保温筒内保温，并填好记录。

（4）焊前检查：为保证焊缝达标首先应保证安装螺栓处于终拧状态，其次复核钢管柱的坡口、间隙、钝边应达到设计标准并符合规范要求，钢管柱错边不应超过2mm，对不符合要求的错边及时清理并配上工艺垫板。

（5）焊接顺序：构件接头的现场焊接，应符合下列要求：
1）根据焊接要求构件接头的焊接顺序应为由中间向四周展开，依次完成焊接施工，合理协调施工、保证焊接质量。

2）多层梁焊接顺序为先主梁后次梁，先顶层后底层。

3）梁和柱焊接需要重点管制，应从柱的两侧对称焊接，需要两名工人协同完成，严格安全焊接顺序进行施工。

（6）箱型柱接头焊接
箱型柱接头的焊接的控制要点是连续施工，一次完成，并且相对位置应保证同时等速焊接。

箱型柱接头焊接施工对于工人的技术要求较高，需保证是从相对位置的同时同速完成焊接，焊接无需引弧和熄弧板，还应注意在上下柱耳板完成1/3时留存5mm割掉。

在焊接钢柱的拐角处应降低焊接速度，把箱型柱接头焊接成方形。

为达到盖板层焊缝美观的效果就需要降低焊接电流、缓慢焊接速度。

焊接完成后需要对焊接好的钢柱进行超声波探伤检测，需要提前用角向磨光机打磨干净焊缝两侧
100mm范围内。

3.2安装柱脚预埋件并固定
首先应弹出柱脚预埋件的十字中心线和控制线，并按照施工图纸对预埋螺栓的精确度进行复核确认。

采用上下定位模具与螺母进行定位，进行固定螺栓时还需要使用斜撑进行加固。

采用全站仪配合经纬仪、水准仪及吊线监测的测量定位方法。

3.3柱脚灌浆
为保证在浇筑混凝土时不会因为钢管混凝土柱脚底板与基础承台之间结合不紧密而导致的漏浆出现的空洞，需要在钢管混凝土柱浇筑前用自流平高强度微膨金刚砂灌浆料进行柱脚灌浆，使柱脚缝隙填充密实并且达到一定强度后再进行后续施工。

3.4钢柱吊装
3.4.1首节钢柱吊装
（1）首节钢柱标高的控制要点关键在于基础预埋件的标高控制，所以在首节钢柱的安装之前一定要复核柱底标高，柱底标高复核无误后方可进行首节钢柱的吊装。

（2）柱体垂直度测量采用磁力线垂挂在柱体的两侧，垂直度测量完成后再进行柱顶标高的复测。

（3）在安装固定柱脚是采用两台经纬仪从纵横两个轴向进行定位，利用缆风绳葫芦在柱顶调整方位，确定无误后安装临时钢梁并且固定缆风绳。

3.4.2上节柱子吊装
（1）吊装前，应对钢柱的各项指标进行复核，包括钢柱的长度、断面、侧弯以及牛腿面的标高，超出规范要求应立即进行整改。

（2）钢柱吊装：钢柱吊装采用四点吊装法，根据钢柱的中心线以及吊装方向确定钢柱吊装的四个吊点位置，根据钢柱的重量选用合适的吊索工具。

（3）钢柱连接耳板割除：用水准仪复核柱顶标高无误后方可吊落钢柱，焊接固定完成并验收合格后，将上下连接耳板割除并留存10mm，气割时注意避免割伤母材。

（4）为钢柱吊运过程中避免损伤构件自身和对周围造成安全隐患，钢柱初始起吊时其下端用木头支垫，确保在扳起过程中不会产生滑动和翻转。

（5）首先应在埋件上的轴线确定好柱子位置，钢柱就位利用塔吊吊装，吊点为钢柱上端连接耳板与吊板。

3.5自密实混凝土的施工
3.5.1自密实混凝土配合比设计
本工程矩形钢管混凝土柱采用C40自密实混凝土，钢柱的混凝土浇筑也是矩形钢管混凝土柱施工的关键工序，对此混凝土配合比的选用就是钢柱施工质量的关键因素。

在施工前应进行混凝土配合比试配，依据中国土木工程学会标准《自
密实混凝土设计与施工指南》CCES 02-2004，对自密实混凝土的组成材料要求，
工作性能评价指标及试验方法，配合比设计与配制。

试配中严格控制高效膨胀剂
的参入量和型号，选用试配中混凝土的强度、膨胀系数、稳定性、抗腐蚀性等性
能较好的混凝土配合比，为减少混凝土的收缩,尽量不使用微膨胀剂。

而应掺加
适量减水剂，坍落度不能过大，必须控制在180+20mm 范围内,以160~180 mm 为宜。

3.5.2矩形钢管柱混凝土浇筑
本工程矩形钢管混凝土柱采用高抛工艺施工。

矩形钢管柱和梁安装完毕检测
合格后方可浇筑矩形钢管柱内混凝土。

混凝土自上往下施工，采用导管浇筑法+
塔吊辅助配合的方法浇筑混凝土。

混凝土应分层浇筑、振捣，采用加长型振捣棒，分层厚度不应大于1.5m，振动时间每点控制在10秒到30秒，以混凝土表面已呈
现浮浆且不冒出气泡为止。

中间段严禁过振，目的保证混凝土胶体中的石子均匀
下沉。

4、结语
近年来随着国家建筑行业的不断发展和优化，钢管混凝土已经开始广泛应用
于各种建筑结构中。

钢管混凝土不仅节省了钢材和混凝土的材料用量还大大提高
了建筑物的承载能力以及大大扩展了建筑的有效使用空间，随着各工程对于钢管
混凝土施工技术和质量控制要点的研究，使目前钢管混凝土的施工工艺的提高，
施工质量也得到了很大保证，随着新型材料的应用和开发，钢管混凝土结构必将
成为一种更完善、更普遍的结构形式。