钢管柱柱芯砼泵送顶升施工技术

钢管柱柱芯砼泵送顶升施工技术

摘要：分析钢管柱柱芯混凝土施工的特点和难点，采取改进混凝土配合比、设置混凝土止回阀、泄压孔等措施，解决了泵送顶升混凝土浇筑的难题，满足混凝土施工质量要求。

中图分类号：tu74 文献标识码：a 文章编号：

1工程概况

柳钢100万t/a冷轧带钢工程主厂房建筑总面积约90000㎡，属钢排架结构工业厂房。基础下部采用冲孔灌注桩，上部为杯形独立基础，柱子为由双肢钢管组成的格构柱，共计458根，柱子钢管为550×10mm与600×10mm两种，柱肢高度为10.3m至20.1m，单肢柱管最大顶升混凝土量约为5.7m3，钢管柱内混凝土为c30微膨胀混凝土。

2施工特点与难点

钢管混凝土柱泵送顶升混凝土是利用混凝土输送泵，将混凝土从钢管柱下部预留的圆孔连续不断地自下而上顶入钢管柱内。具有混凝土无需振捣自流密实，劳动强度低，施工工效高，施工工期短，经济效益好等特点。由于目前国内尚无直观、明确的钢管内混凝土密实度的检测方法，钢管柱内混凝土一经隐蔽，浇筑质量便难以检查，因此控制混凝土的密实度、管壁与混凝土之间的缝隙便成为钢管混凝土柱泵送顶升施工的重点与难点。

3施工原理

在钢管柱肢下部与泵车输送管相适应的位置割一圆孔，加焊一

节短钢管，在短钢管与混凝土输送管间连接一止回阀门，短钢管外端与止回阀门、止回阀门与混凝土输送管通过泵管卡具连接，混凝土通过泵车下料口、输送管、止回阀门、短钢管输送到钢管柱肢内，钢管柱肢顶部开混凝土溢流空或称排气孔，使混凝土排气后自然密实。阀门与钢管柱肢连接方式见图1：

图1图2

4 施工机具

4.1 混凝土泵车的选用

顶升混凝土需用有一定泵送压力的汽车泵或固定泵进行，在柳钢100万t/a冷轧带钢工程主厂房工程中采用固定泵施工，混凝土输送管管径为125mm。

混凝土顶升时，泵车的压力由混凝土垂直静压力、顶升过程中混凝土之间的黏结阻力、水平输送管及弯管等的压力组成。顶升过程中应保证混凝土在钢管内呈“泉涌状”上升。

4.1.1压力计算

压力损失包括：水平管压力损失、垂直管压力损失、90°与45°弯管压力损失、管路截止阀压力损失和橡胶软管压力损失。

在柳钢100万t/a冷轧带钢工程主厂房工程中，根据现场施工的实际条件，水平管输送距离不大于100m，垂直管输送距离不大于1m，考虑最多使用2个45°弯管，3m橡胶软管一根，管路截止阀1个。

压力损失合计为：

（0.10 mpa/20m）×100m＋（0.10 mpa/5m）×1m＋（0.05 mpa/每只）×2＋0.80+0.2＝1.62(mpa)

垂直静压力p（取600×10mm 最大高度为20.1m的钢管柱肢进行计算）：p=g/s

g=2400kg/m3×3.14×(0.6m/2)2×20.1m×9.8n/kg=133600(n) s=3.14×(0.125m/2)2=0.0123(㎡)

p=133600/0.0123=10.9(mpa)

压力损失与垂直静压力合计为： 12.52mpa。考虑到顶升过程中其他不可预见的因素，所以当混凝土顶升时高度在20.1米以内时，泵送压力应为p总＝ 12.52×1.2= 15.0mpa。

4.1.2混凝土泵车的确定

根据以上计算，所选用的混凝土泵输送压力必须大于15.0mpa，在柳钢100万t/a冷轧带钢工程主厂房工程中选用的是hbt60混凝土输送泵，最大输送压力为26.0 mpa,顶升效果比较理想。

4.2混凝土搅拌运输车数量的确定

混凝土搅拌运输车的数量应根据搅拌站搅拌能力和混凝土运输距离及混凝土泵车的泵送性能，在保证混凝土输送连续不间断的前提下来确定。在柳钢100万t/a冷轧带钢工程主厂房工程中，混凝土为现场搅拌，搅拌机为佛宇重工js1000型自动控制搅拌机，混凝土运输距离约500m，选用两台（6m3）混凝土搅拌运输车，能保证混凝土输送泵连续作业。

4.3混凝土输送管的选择与布置

在满足使用的前提下，选用小直径的输送管，搬运、拆装方便，混凝土不易产生离析，并能节约输送管内的润滑砂浆。顶升混凝土输送管直径为125mm。

为减少混凝土管内压力损失，节约成本，输送的布置应结合现场场地情况，尽量缩短管线长度，少用弯管，尽量使输送管水平布置，地面不平时，宜将输送管设于架空马凳上。

4.4止回阀的制作与安装

止回阀即为防止拆除输送管时混凝土发生回流，在进料管与输送管间安装的闸板式止流装置。根据方便实用、操作简单、成本低廉的原则，在柳钢100万t/a冷轧带钢工程主厂房工程中，现场自制了图2所示闸阀。

300×40×4mm的扁铁为闸阀插片，进料管上沿圆周六等分位置所开的六个50×10mm的方孔为闸阀插片孔。在混凝土输送时为防止漏浆，应采用尼龙布将闸阀插片孔包裹，并用18＃铁丝牢固绑扎。当混凝土顶升完成后，用铁锤将闸片打入闸阀孔即可阻止混凝土回流。在柳钢100万t/a冷轧带钢工程主厂房工程中使用效果非常好，且能重复回收利用，大大节约了成本。

5施工操作要点

5.1钢管混凝土配制

5.1.1选材

(1)设计高性能微膨胀混凝土宜选择42.5r早强型水泥为主体，其用量不宜过大，初凝时间以8～12h为宜。

(2)配制高性能微膨胀混凝土须使用干净的河砂并严格控制云

母含量、硫化物含量、含泥量和压碎值，一般选用细度模数2.6～3.1的中砂为宜。不宜用砂岩类山砂、机制砂、海砂，此类砂对混凝土的膨胀率影响极大。

(3)粗骨料石质对高性能微膨胀混凝土影响很大，主要体现在骨料砂浆界面粘结强度、骨料弹性模量和骨料强度。在考虑混凝土可泵性的同时，要考虑混凝土的早强性和后期强度。碎石需二次破碎，使其基本无棱角，并减少针片状颗粒的含量。选用时应严格控制含泥量、强度、弹性模量和粒径≤31.5mm。

(4)粉煤灰与水泥“二次水化反应”产生的凝胶封堵了混凝土的毛细管路，增强了密实性，提高了耐久性。“二次水化反应”只有ⅰ级粉煤灰和磨细粉煤灰可以彻底完成：“使混凝土升温降低15～35；应严格控制粉煤灰so3含量，以0.5～1.5”为宜；粉煤灰应符合现行国家标准《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》规定。

(5)选择外加剂一定要经过多次试验。试验表明，缓凝型减水剂会降低混凝土膨胀率，所以应反复试验，膨胀率合适才可使用；高效减水剂还应具有缓效凝作用和缓凝剂掺配作用，且是非引气型、低气泡减水剂；其质量应符合现行标准《混凝土外加剂》规定。

(6)膨胀剂在有钢管约束条件下，在结构中建立0.2～0.3mpa预应力，可抵消混凝土在硬化过程中产生的收缩应力，从而提高抗裂能力。选择时一定要多试验几个品种，膨胀剂应对混凝土后期强度及质量无害，与所用水泥适应性好。我国主要使用u型膨胀剂、复