钢管混凝土柱专项方案

杭州来福士广场投标文件 技术部分第六章 钢管混凝土施工方案6.1 钢管混凝土工程6.1.1 概况本工程塔体外筒为钢管混凝土结构，每个塔楼由22根钢管混凝土柱、环梁及斜撑组成，钢管混凝土柱的具体概况如下表所示:塔楼号钢管柱编号钢管外径（mm）所使用楼层混凝土浇注等级钢管柱立面效果图塔楼一C113008层及以下C6011009至20层C60100021至32层C60100033至46层C5090047至顶层C50C2150020层及以下C60C560010至20层钢管柱塔楼二C115007层及以下C6013008至25层C60C213007层及以下C6011008至20层C60100021至34层C6090035至46层C5080047至顶层C50C360012至24层钢管柱特点：本工程每根钢管柱从底到顶轴线并非一条直线，并且每根柱在不同楼层都有不同的倾斜角度，钢管柱、连（圈）梁的典型节点见下图：6.1.2 钢管混凝土施工方法选择6.1.2.1 方法比较钢管混凝土的一般浇筑方法有顶升法、高抛自密实法和常规人工振捣法，现将各种施工方法列表比较序号混凝土施工方法钢管混凝土密实度适用范围本工程情况比较1顶升法难以保证密实，尤其在钢管加强板处更难以保证密实,混凝土质量不可靠主要适用人工振捣难以进行操作的部位钢管内径大于900mm，其与人工挖孔桩十分相似，人工振捣可以进行操作，且钢管柱斜度偏大，高抛自密实效果不佳。质量难以保证2高抛自密实法难以保证密实尤其在钢管加强板处更难以保证密实混凝土质量不可靠主要适用机械振捣人工难以进行操作的部位质量难以保证3常规人工振捣法其直观，密实度可信，质量有可靠保证人工振捣可以进行操作的部位人工振捣可以操作质量有可靠保证6.1.2.2 方法分析1、 人工振捣的可行性本工程大多数钢管柱外径均在900mm1500mm 之间，具备人工振捣的前提条件，现以1200mm 直径为例将钢管内部具体情况表述如下：工人在直径为800mm的钢管内进行浮浆清理操作2、 进行人工振捣的必要性钢管柱节点处设有两道水平加劲环和两块竖向加劲板，且钢管柱最大倾斜角度偏大，使节点处形成局部死角，这些死角部位若不采取针对性的专门振捣措施，很难保证混凝土的浇筑质量。钢管混凝土达到强度后，上部已经施工完成23环结构，若检测发现钢管内部混凝土缺陷，补强工作实施非常困难，存在较大的质量、安全隐患，且对结构存在较大的损害，因此如何在施工前及施工过程中采取必要的措施确保钢管内部混凝土的浇筑质量，是本工程控制的重点。采用常规的高抛自密实或顶升法施工，无法根本解决上述问题，进而形成较大的质量隐患。因此我司拟采用分层浇筑、人工振捣的方法进行，并对施工过程进行全程摄像监控，确保浇筑质量。钢管柱节点处详图如下所示：容易产生空鼓部位振捣质量良好的混凝土截面常见的质量缺陷6.1.2.3 选择结果综上所述，本工程直径1200mm及以上钢管柱拟采用常规人工振捣方法浇筑钢管混凝土，1200mm以下采用高抛自密实法施工。6.1.3 施工准备6.1.3.1 现场准备1) 主要施工机具的配备项 目规 格大 样混凝土输送泵下料专用串筒内径125mm，壁厚3mm。2000mm4根、2200mm4根、2400mm4根、2600mm4根、2800mm4根、 最早吊斗5m3B=1800,H=12003m3B=1500 H=10002m3B=1300 H=9001m3B=1050 H=700漏斗泵管内径125mm，壁厚10mm 简易爬梯每一节尺寸为400mm300mm2) 钢管混凝土浇注振捣系统布置 柱上口大样振捣平台大样振捣系统整体效果及各节点大样见下图：钢管混凝土浇注布置图6.1.3.2 技术准备本工程外筒22根钢管柱内均填充C60、C50微膨胀混凝土。钢管混凝土要求混凝土具有很好的填充性能，确保充满钢管内的每个部位，混凝土要有良好的流动性，体积稳定性。我们将从混凝土原材料的选择、配合比设计调整以及各种质量保证措施等方面来保证混凝土的浇筑质量，具体内容详见本章“混凝土配合比实验”一节。6.1.4 钢管混凝土施工6.1.4.1 总体施工工艺流程钢管混凝土施工工艺总体流程图6.1.4.2 混凝土输送方法选择根据各层钢管柱的混凝土浇筑量、及钢管管径和高度，拟采用如下两种方法输送混凝土：序号12输送方法泵送塔吊吊运示意图水平泵管及桁架布置见下图混凝土挡板装配式安装平台泵管采用抱箍固定拦风绳核心筒洞口钢骨混凝土梁第18 页防护栏杆可调节支座揽风绳吊点桁架与核心筒连接端桁架在核心筒上的固定装置桁架标准节的连接以及揽风绳与桁架的连接滑动滚轮泵管在桁架上的固定桁架的可长度调节装置桁架标准节大样泵管抱箍大样地面装料塔吊吊装就位4）钢管柱浇筑顺序为了使钢管柱在施工过程中不产生累积变形误差，钢管柱采取对称浇筑的方式施工，并结合钢结构的吊装顺序将22 根钢管柱按轴线分为四个区，具体分区情况见下图（以塔一为例）：钢管柱分区图6.1.5 单根钢管柱浇筑流程本工程每节钢管长度不等，施工时每一层为一个安装节，直径1200mm及以上钢管混凝土柱根据小节分节情况设置振捣操作平台，每根钢管柱具体的浇筑流程图如下所示：6.1.5.1 钢管柱安装工艺流程测量钢管柱轴线尺寸与标高定位环板预埋基础节钢管柱吊装基础节安装钢柱轴线、垂直度、标高校正焊接及检验管顶盖板防护检查、验收混凝土浇筑下一节起吊对接。6.1.5.2 钢管柱制作要点1、 计算机辅助下料、调直：应根据工艺要求预留制作和安装的焊接收缩量，以及制作时切割、刨边和铣平等加工余量。放样和样板（样杆）的允许偏差应符合表6.1.5.2-1的规定，号料的允许偏差应符合表6.1.5.2-2的规定。项目平行线距离和分段尺寸对角线差宽度、长度孔距加工样板的角度允许偏差0.5 mm1.0 mm0.5 mm0.5mm20表6.1.5.2-1 放样和样板（样杆）的允许偏差项目零件外形尺寸孔距允许偏差1.01.0表6.1.5.2-2 号料的允许偏差（mm）2、 定型切割：钢材切割面或剪切面应无裂纹、夹渣、分层和大于1mm的缺棱。气割前应对切割区域表面除锈，气割后应清除熔渣和飞溅物。用自动切割机下料切割，切割后均需清除毛刺。气割的允许偏差应符合表6.1.5.2-3的规定，机械剪切的允许偏差应符合表6.1.5.2-4的规定。项目零件宽度、长度切割面平整度割纹深度局部缺口深度允许偏差3.00.05t，且不大于2.00.31.0注：t为切割面厚度。表6.1.5.2-3 气割允许偏差（mm）项目零件宽度、长度边缘缺棱型钢端部垂直度允许偏差3.01.02.0表6.1.5.2-4 机械剪切的允许偏差（mm）3、 钢管卷制焊接：卷管方向应与钢板压延方向一致。在卷板过程中，应注意保证管端平面与管轴线垂直。卷压钢板时，应及时调整上滚间隙，减少钢板变形误差。钢管卷制后应在管端打上十字轴线并作标记。由于板材尺寸限制，有时需要进行钢板对接，组对应在托架上操作。对接时应严格保持焊后钢板平直。焊接时，除控制几何尺寸外，还应控制焊接变形，焊接宜采用分段反向顺序，分段施焊应保证对称，并预留对接间隙，以抵消收缩变形。4、 校正：切割后出现变形的部位，要矫正其平直度。矫正后的钢板表面，不应有明显的凹面或损伤，划痕深度不得大于0.5 mm，且不应大于该钢板厚度负允许偏差的1/2。钢管焊接成型后，为消除焊接变形，应采用机械矫正，直至达到尺寸精度要求。钢材矫正后的允许偏差应符合表6.1.5.2-5的规定。项目1m范围内钢板的局部平面度型钢弯曲矢高T14t14允许偏差1.51.01/1000且部应大于5.0表6.1.5.2-5 钢材矫正后的允许偏差（mm）5、 剪力环、内衬管等构件组装：所有焊接面须按要求打磨，打磨范围要求：焊缝边缘每边3050mm，并不得有大于1mm的局部缺口，检验合格后组装焊接。6.1.5.3 钢管柱的现场安装要点 1、 测量钢管柱轴线尺寸与标高：引出每个钢柱柱脚十字相交轴线；预埋螺栓，控制轴线及中心距，并加设定位板及支撑。 2、 定位环板预埋：用塔吊将定位环板平移至安装部位的钢筋网上，对轴线、标高及水平进行调整后，用短筋将定位环板固定。3、 基础节钢管柱吊装： 1) 底板浇注完毕后，首先将预埋环板清理干净，重新定位轴线，将限位板焊在环板上，准备吊装钢管柱。2) 吊装设备与方法：吊装利用现场施工用的塔式起重机，塔式起重机起重量应能满足起重要求，采用两点捆绑垂直起吊。4、 基础节安装：为提高基础节钢管柱定位及安装精度，在基础节钢管柱底设置限位板，并采用预埋环板的方法，如下图所示。图6.6.5.3-1 钢管柱底定位示意图 1) 首节钢管柱的安装：安装前先清理预埋环板表面，按柱安装方向(应与柱身划线方向吻合)划出十字线，在线上标出柱半径，焊限位板。安装时调整柱身，使柱身划线与预埋环板划线重合。利用顶拉杆调整垂直度。垂直度调整好后，将柱脚与预埋环板焊牢。2) 钢管柱与基础底板的连接：钢管柱柱底采用带锚栓预埋环板固定连接，预埋锚栓埋入混凝土内，同时采用全站仪精确定位的安装方法合理安排施工顺序，在底板钢筋铺设完后开始进行柱底预埋环板安装，并专门制作了固定预埋环板的固定支架，解决了预埋环板悬空状态下的定位难题。图6.6.5.3-2 用于固定预埋环板的支架5、 钢管柱轴线、垂直度、标高校正垂直度控制用2台经纬仪在相互垂直的两个方向观测，为方便观测，先行安装角部钢管柱。观测时，经纬仪对中于柱轴线，十字竖丝对准柱脚处柱外边线点，观测者由柱脚从下向上观测柱身母线，同时指挥安装人员调整顶拉杆，直至柱顶母线与经纬竖丝重合。另外，对接环缝焊接好后，对柱身垂直度进行校正。 6、 焊接及检验1) 施工现场对接焊采用人工焊，接口焊缝为熔透二级焊缝，分次焊满，减少焊接变形。焊接过程中，易产生较大的焊接残余变形，导致垂直度偏差。因此，采取措施如下：每根柱从下至上固定焊工，以明确责任；对称施焊，即分段反向对称顺序施焊；严格控制同类型焊机及焊接电流等参数；对接前根据上节柱安装偏差值，计算后在管口实行机械打磨，保持焊缝间隙基本一致；2) 钢管对接时，为确保对接处的焊接质量，在对接处设置附加内衬管，其宽度不宜小于20mm，厚度不宜小于3mm，与管内壁保持0.5mm的间隙。3) 钢管柱施焊前焊条需烘焙，并保温2小时后方可使用。施焊时焊条应放在电热保温筒内，随用随取。4) 一节钢管柱安装完毕后，应对柱身垂直度进行复测，并做好记录，以便下节柱安装调整，防止出现累积误差。若有偏差，可采用火工校正法，将钢管柱的垂直度偏差校正至规范允许范围内。5) 用超声波对焊缝内部质量进行检查，若有缺陷，用气弧刨将缺陷清理掉，然后对焊缝进行修补。按焊缝长度的100%抽检超声波探伤，且外观质量达到二级焊缝及以上标准。6) 焊后打磨、校正及检查；焊后，要将焊缝周围的飞溅、焊疤等打磨干净；焊后，检查钢柱的垂直度，若有偏差，可采用火工校正法，将钢柱的垂直度偏差校正至规范允许范围内。钢管构件外形尺寸的允许偏差应符合表6.1.5.3-2的规定。项目允许偏差检验方法图例直径dd/5005.0用钢尺检查构件长度I3.0管口圆度d/500,且不大于5.0管面对管轴的垂直度d/500,且不大于3.0用焊缝量规检查弯曲矢高I/500,且不大于5.0用拉线、吊线和钢尺检查对口错边t/10,且不大于3.0用拉线和钢尺检查表6.1.5.3-2 钢管构件外形尺寸的允许偏差（mm）7、 钢管顶临时盖板防护钢管柱吊装施焊后，在管顶加临时盖板，预防雨水及杂物进入。8、 检查、验收：钢管柱焊接完毕检验合格后，根据有关数据做好施工记录，由项目部复检后交监理等相关单位，验收合格后进行下一道工序。9、 钢管内自密实混凝土浇注1) 立式高位抛落免振捣法：将自密实混凝土从高处自由抛落到钢管内，利用混凝土从高位落下时产生的动能达到振实混凝土的目的，从而加快钢管混凝土的施工进度。此法的关键技术是混凝土的配合比设计，流动性、抗离析性、填充性等工作性能须满足工程需要；自密实混凝土的配合比、生产、运输、施工等均须符合自密实混凝土应用技术规程（CECS203:2006）的要求。2) 钢管混凝土施工缝处理：施工缝设置在距钢管上端口300mm处，每次浇混凝土前铺设200mm厚不小与原混凝土强度等级的砂浆层，混凝土浇至钢管顶端，清除顶部浮浆之后，继续浇注混凝土至钢管顶端并使其稍微溢出；在终凝后，将混凝土表面凿毛，以便与新浇混凝土结合良好。3) 钢管混凝土泌水与空鼓现象的处理：钢管的密闭性使混凝土中水分无法析出，造成泌水现象；混凝土在硬化过程中的收缩，也易导致管壁与混凝土粘结不紧密，造成空鼓现象。针对以上问题，在配合比设计中采取以下措施：严格控制碎石级配，钢管混凝土所有碎石必须是540mm连续级配；确定水灰比为0.4，坍落度为200mm。在混凝土中掺入适量的微膨胀剂配制成补偿收缩混凝土，并掺入高效减水剂，增强混凝土的粘聚性与和易性，减小用水量。混凝土原材料称量的允许偏差：水泥、掺合料为1%，粗、细骨料为2%，水为1%，外外加剂为0.5%。为了保证钢管柱内混凝土密实度，避免出现空洞等缺陷，浇筑速度不宜太快，每次抛落量在0.25m。边浇筑边安排人员敲击钢管柱身，监控混凝土的密实度。4) 钢管内混凝土的浇注质量，可用敲击钢管的方法进行初步检查，如有异常，则应用超声波检测。对不密实的部位，应采用钻孔压浆法进行补强，然后将钻孔补焊封固。10、 下一节钢管柱的安装：1) 钢管起吊前应将管端焊接区域打磨除锈，标记出柱轴线与标高。用塔吊将钢管吊起，将上节钢管下口套插入下端钢管柱上口内衬，上、下两段钢管的轴线对齐，将钢管临时固定。解开钢丝绳，将接口处的管壁对齐，然后用千斤顶来调整钢管的垂直度及标高。所有尺寸复测合格后，沿周边均分8个点进行点焊，将钢管固定。报验合格后，方能施焊。千斤顶调节的钢管柱对接，如下图所示。2) 钢管柱现场对接：钢管柱从地下室至顶层有变径，存在不同径连接。应将吊起的上节柱按母线位置缓慢地插入下节柱内衬管上，上下线稍有偏移时，可采用特制厚钢板抱箍钳调整。上节柱插入内衬管过程中，由于内衬管与钢管内壁局部存在摩擦，导致就位困难，可在上下柱接口处设顶拉杆，相互垂直方向各设1根，待顶拉到位后，再利用顶拉杆调整垂直度。符合要求后，在钢管外侧对称焊接4块防变形卡板，然后进行钢管对接焊施工，防变形卡板和顶拉杆在对接焊完成后拆除，并将其焊点打磨平整。3) 钢管柱接头形式如下：下段钢管柱上段钢管柱内衬管图6.1.5.3-3 钢管柱对接示意图（千斤顶调节方式）同径对接头变径对接头图6.1.5.3-4 钢管接头示意图图6.6.5.3-5 柱顶连接 图6.6.5.3-5 斜柱变角时对接6.1.6 钢管柱成品保护为了使钢管柱在施工过程中不受污染和腐蚀，保持外观整洁，在钢管柱外套上一层防护外衣，具体情况见下图防护拉链详图钢管柱防护6.1.7 施工注意事项序号项目注意事项1基层清理每根柱浇筑之前进行基层清理、凿毛，并预铺2030 厚同强度的水泥砂浆2节点处的混凝土振捣加劲板以下的混凝土振捣，要等到振捣孔溢浆和混凝土冒出振捣孔不再下落方能往上继续浇筑，以确保混凝土的密实度。3浇筑速度要合理控制浇筑的速度，以保证混凝土的振捣质量4浇筑平台的操作当浇筑达到一节串筒高度时，振捣人员将最下一节串筒拆除并沿爬梯上到上一个操作平台，如此循环直至浇至加劲板下200300 高度再移到下一柱浇筑。5间隔时间同一根钢管柱的浇筑应连续进行，中间间隔时间不能超过混凝土的初凝时间。6.1.8 钢管混凝土质量保证措施钢管混凝土柱是由钢管和混凝土共同作用的受力构件，要求混凝土具有很好的填充性能，确保充满钢管内的每个部位，混凝土要有良好的流动性、体积稳定性，加上钢管不象木模板一样有一定的吸水性，所以混凝土还要有良好的保水性能，不得有离析、泌水现象。我们将采取下列措施确保钢管混凝土的质量：序号项目控制措施1原材料的质量控制控制粗细骨料的级配、粒径、粒形、强度、含泥量、杂质等指标，特别是骨料中的泥块含量，含泥量大不仅影响混凝土的强度，还使混凝土的自身收缩增大，容易产生裂缝。还要控制粗骨料的空隙率，粗骨料的空隙率小不仅可以节约水泥，减少混凝土的自身收缩及混凝土的水化热，还可以提高混凝土的流动性，减少混凝土拌合物的泌水。对进场的原材料严格按规范规定的检验批次进行检验，不合格材料严禁进场2双掺技术在混凝土中掺加矿物掺合料不但可以提高混凝土的密实度、强度，还可以改善混凝土的流动性、可泵性，提高混凝土的耐久性。此外加入矿物掺合料还可以降低配合比中的水泥用量，减少混凝土的水化温升，降低混凝土的内外温差，防止出现温度裂缝，同时混凝土单方水泥用量减少使混凝土的自身收缩减小，也可防止裂缝的产生。此外加入掺合料还可以降低拌合物中的C3A 的浓度和碱的浓度，减少混凝土拌合物的泌水现象和坍落度损失，抑制混凝土中的碱-骨料反应。3膨胀剂在混凝土中掺加一定量的膨胀剂来补偿混凝土的自身收缩，以补偿因温差和干缩产生的内应力，还可以降低混凝土的水化热，避免产生冷缝，确保混凝土在钢管中填充密实及和钢管壁之间的粘结。为了防止膨胀剂掺量过大引起过度膨胀，模拟混凝土在钢管中的条件测定不同掺量下混凝土的各项性能及变形值，通过膨胀剂掺量的变化引起混凝土变形的变化来确定一个膨胀剂的最佳掺量。4配合比的优化设计钢管混凝土要求混凝土拌合物有很好的自密实性能，要平衡混凝土的流动性和抗离析的关系，浆骨比要适当，砂浆量太小，影响混凝土的流动性；砂浆量过大，混凝土的自身收缩大，同时由于粗骨料体积比例小，混凝土的弹性模量降低，混凝土的受压变形增大。5拌合物的质量控制混凝土倒锥法试验流出时间在8 至15 秒之间，压力泌水比小于40%。泵送混凝土坍落度200mm20，非泵送混凝土坍落度140mm20，混凝土的初凝时间不小于8 小时，终凝时间不大于12 小时，坍落度经时损失1 小时小于20mm，2 小时小于40mm。6混凝土拌合物生产控制混凝土搅拌站要严格按配合比进行生产，生产前对搅拌楼的计量设备进行校定，确保原材料的计量准确。高强高流动性混凝土要求有足够的搅拌时间，搅拌时间要求控制在3 分钟，确保拌合物搅拌均匀，气温变化及砂石含水率变化时应对施工配合比及时调整，确保入泵混凝土坍落度的稳定，严格控制单方混凝土的用水量，炎热天气时采取相应措施降低混凝土的入模温度，搅拌站及现场应加强对混凝土的抽检力度，不合格混凝土严禁使用。搅拌车在装车前应排除罐体内的洗车水，在运输过程中要保持旋转状态，卸料前高速旋转1 分钟，保证混凝土拌和均匀。并保持泵送的连续性。7施工现场的质量控制现场要合理安排调度混凝土运输车辆及混凝土浇筑的人员，防止混凝土运输车在现场等待时间过长，影响混凝土的质量。确保入模混凝土的坍落度一致。严禁在现场对混凝土拌合物加水。严格执行混凝土进场交货检验制度，由搅拌站人员向现场检验人员逐车交验，交验的内容有：目测混凝土有无泌水离析现象，试验员对每车的坍落度进行取样试验，对于坍落度不符合要求的混凝土严禁使用。混凝土每车必检，检查必须有记录和检查人员签字。8现场拟做样板钢管柱实验制作典型的钢管柱进行样板柱试验，模拟现场气温及施工条件进行混凝土的泵送施工。来检验混凝土填充的密实度和混凝土的泌水性能等其它性能指标。现场制作标养试件，浇筑28 天后先进行超声波检测，然后割开钢管观察混凝土的密实情况，并钻取芯样检测钢管内混凝土的强度样板钢管柱将做如下实验：入模坍落度标养试件同条件试件弹性模量试件自由收缩试件密实度（超声波）芯样试件160mm6组6组2组4组6组2组200mm6组6组2组4组6组2组120mm6组6组2组4组6组2组现场拟制作直径1500mm、高度3500mm 的节点样板钢管柱，如下图所示测声管水平测温点竖向测温点加劲板钢管柱现场样板试验6.1.9 钢管混凝土的检测6.1.9.1 检测方法的选择钢管混凝土浇筑完成并待混凝土达到一定强度后，需要对混凝土的浇筑质量进行检测，一般的检测方法有手敲法和超声波检测法，现将这两种方法选择如下：序号检测方法方法概述特点1手敲法，小锤敲击管壁听声判别精度不高，人为因素太大，壁厚较大时不易进行2超声波检测利用超声波首波声时比较，判别混凝土缺陷精度高，但对检测设备和检测过程要求较高综上，本工程拟采用超声波检测方法进行钢管混凝土浇筑质量的检测控制。6.1.9.2 超声波检测原理概述超声波检测钢管混凝土的基本原理是在钢管外径的一端利用发射换能器产生高频振动，经钢管传向钢管外径另一端的接收能器。超声波在传播过程中遇到由各种缺陷时其能量就会在缺陷处衰减，造成超声波到达接收换能器的声时、幅值、频率的相对变化。根据这些相对变化，对钢管混凝土的质量进行分析判断。6.1.9.3 检测信号的分类及特征序号分类特征1声时短、幅值大、频率高信号这种情况表明超声波穿过的钢管混凝土密实均匀，没有缺陷。2声时长、幅值小、频率低信号这种情况表明钢管混凝土中存在着缺陷，而且缺陷的位置是在有效接收声场的中心轴线上即收发换能器的连线。3声时短、幅值小、频率低信号钢管混凝土中的缺陷不在有效接收声场的中心轴线上，而是在有效接收声场覆盖的空间内；钢管混凝土本身并没有缺陷，但是由于换能器与钢管外壁耦合不良，也会造成幅值变小、频率下降而声时变化很小的现象。6.1.9.4 钢管混凝土检测现场实施1、 检测工作流程检测工作分两个阶段：一是混凝土初凝后在钢管内部检测；二是混凝土终凝后在钢管外部检测。检测 工作流程如下图所示：钢管混凝土检测流程图2、 钢管混凝土检测方法概述钢管混凝土检测采