第8章-土建工程-塔楼6-巨柱混凝土顶升施工方案-完-8-secrect

第 615 页 共 1232 页 第 6 节 巨柱箱型内腔混凝土顶升施工方案 8 6 1 巨柱内腔混凝土设计概况 本工程外框筒结构共设置了 8 根巨型型钢混凝土柱 最大截面尺寸 3 2m 6 5m 自下而上 逐渐减小 巨柱内型钢采用 王 字型实腹式钢骨 内部设置有 3 个相对独立的腔体 具体巨 柱型式及内部混凝土概况详见下表 表 8 5 16 巨柱形式及内腔混凝土概况 基础顶 1 层楼面1 14 层楼面14 30 层楼面30 54 层楼面 C70C70C70C70 腔 1 0 83m3 m 腔 2 1 64m3 m 腔 3 1 64m3 m 总方量 4 11m3 m 腔 1 0 88m3 m 腔 2 1 70m3 m 腔 3 1 70m3 m 总方量 4 28m3 m 腔 1 0 88m3 m 腔 2 1 72m3 m 腔 3 1 51m3 m 总方量 4 11m3 m 腔 1 0 90m3 m 腔 2 1 76m3 m 腔 3 1 55m3 m 总方量 4 21m3 m 54 64 68 86 层楼面64 68 层楼面86 102 层楼面102 118 层楼面 C70C70C60C60 腔 1 0 91m3 m 腔 2 1 85m3 m 腔 3 1 55m3 m 总方量 4 31m3 m 腔 1 0 91m3 m 腔 2 1 85m3 m 腔 3 1 55m3 m 总方量 4 31m3 m 腔 1 0 90m3 m 腔 2 1 88m3 m 腔 3 0 76m3 m 总方量 3 54m3 m 腔 1 0 88m3 m 腔 2 1 00m3 m 总方量 1 88m3 m 8 6 2 浇筑方式分析和选择 详见本章第五节 8 5 2 分析 8 6 3 类似超高层建筑顶升浇筑施工的经验借鉴 表 8 5 17 类似超高层顶升浇注概况 工程 名称 工程概况 建筑高度 m 508 建筑面积 万 m2 37 巨柱数量 8 台北 101 巨柱尺寸 m 2 4 3 0 1 6 2 0 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 第 616 页 共 1232 页 布置位置 巨柱结构型式 箱型钢管混凝土柱 混凝土强度等级 及性能要求 10000Psi 相对于 C70 坍流度 600 10mm 最大顶升高度 429m 混凝土泵及泵送 压力 Schwing 8350HP 220Bar 顶升接口及浇筑 照片 建筑高度 m 336 9m 建筑面积 万 m2 29 钢管柱数量55 内筒 23 根 外筒 32 根 钢管柱尺寸 m 1 2 0 6 天津 津塔 工程 布置位置 巨柱 巨柱 巨柱巨柱 巨柱巨柱 巨柱 巨柱 巨柱 巨柱 钢管混凝土柱 钢管混凝土柱 钢管混凝土柱 第 617 页 共 1232 页 钢管柱结构型式 混凝土强度等级 及性能要求 C60 坍落度 250mm 扩展度 650mm 最大顶升高度 336 混凝土泵及泵送 压力 三一 HBT90CH2122D 22MPa 顶升接口及浇筑 照片 上述两个超高层建筑顶升施工实例中 台北 101 大厦是目前世界上采用顶升法进行巨柱混 凝土浇筑施工的最高建筑 而天津津塔工程是目前国内本土采用顶升法施工的最高建筑 两者 都非常具有代表性 其中天津津塔工程则成功实现了最为复杂的钢板墙与钢管柱十字交叉节点 位置的独立 4 腔钢管混凝土柱的顶升浇筑施工 浇筑质量良好 各横隔板下混凝土填充密实 如图 8 5 11 c 所示 没有明显的空隙 同时混凝土沿纵横向隔板没有明显的收缩 如图 8 5 11 b 所示 由此可以看出采用顶升法进行带有复杂节点的巨柱内腔或钢管混凝土柱内 混凝土的浇筑施工完全能够满足设计和现行规范的质量要求 与传统人工振捣法和高抛法相比 具有很好的优越性 工艺成熟 技术可靠 a 十字交叉节点钢管柱 b 试验钢柱横断面切割 c 试验钢柱纵断面切割 图 8 5 11 钢板墙与钢管柱十字交叉节点顶升浇筑 8 6 4 一柱三腔同时顶升的可行性分析 a 顶升法浇筑混凝土的工艺原理 顶升法施工主要是利用 U 型管压强相等的原理 即通过一定的压力将能够自由流动的液体 压入一根钢管中 钢管的内部存在大量的隔板将管子内部分隔成许多空腔 但隔板上存在一些 可以使空腔相通的小孔 液体进入钢管内部后各空腔内的液面能够保持同一标高或同时上升 借用这一原理 首先配置出颗粒较小 流动性极强的混凝土 将混凝土泵管直接与钢柱根部相 连 通过适当的泵压将混凝土直接泵入钢管内部 各空腔内部的混凝土液面同步上升 并将相 应空腔内的空气挤出 不会在某些空腔产生空洞 b 本工程一柱三腔同时顶升的可行性分析 平安中心工程巨柱内的 王 字型实腹式钢骨为长方形 长向最长达 5 5m 短向仅为 1m 左右 并且沿长向分为 3 个相对独立的腔体 顶升浇筑混凝土时可以采取三腔分别顶升和三腔 同时顶升两种方式 如果采取 3 个腔体分别顶升的方式 操作复杂 难度较高 并且会极大地增加泵管拆接和 混凝土浇筑的时间 影响工期 采取 3 个腔体同时顶升的方式 操作简便 难度较低 并且泵 管拆接和混凝土浇筑的时间相对较短 有利于结构施工 但同时其对混凝土流动性和泵压等的 要求较高 因此在细致分析顶升法的工艺原理 充分借鉴其他工程十字交叉钢管柱 4 腔同时顶 升的经验 结合成本和工期等各方面因素考虑后 我们拟采用一柱三腔同时顶升方式进行巨柱 内腔混凝土的浇筑施工 并且采取增加混凝土流动性和泵送压力 纵横隔板预留足够的过浆孔 控制泵送速度等措施 完全可以保证腔内混凝土的浇筑质量满足设计及规范的要求 一柱三腔同时顶升时 为了最大限度的减小混凝土的流动距离 拟将巨柱顶升接口设置于 第 618 页 共 1232 页 中间腔体的侧面 流动距离控制在 2 5m 左右 利于混凝土的浇筑和质量保证 表 8 5 18 顶升浇注方式对比分析 顶升 方式 三腔分别顶升 三腔同时顶升 接口位于端部 三腔同时顶升 接口位于中间 示意 图 施工 优点 腔内混凝土流动距离短 流动性要求低 质量容 易控制 接口设置较少 操作简便 泵管拆接和浇筑时间较短 利于施工 1 接口设置较少 操作简便 泵管拆接和浇筑时间较短 利 于施工 2 接口位于中间 腔内混凝 土流动距离较短 对混凝土性 能和泵压要求较接口位于端部 的低 质量容易控制 缺点 1 接口设置过多 成本 高 操作复杂 2 泵管拆接和混凝土浇 筑时间较长 影响工期 接口位于端部 腔内混凝土 流动距离较长 对混凝土性 能和泵压要求较高 质量不 容易控制 1 三腔同时顶升对于混凝土 性能和泵压的要求较分别顶升 要高 2 竖向隔板需预留足够的灌 浆孔 保证混凝土充满每一个 空腔 预留孔的大小和留设位 置需由设计单位计算复核后确 定 c 顶升高度的确定 本工程巨柱箱型内腔截面 钢板壁厚以及巨柱分段吊装长度都随结构楼层发生变化 考虑 巨柱顶升过程中 混凝土对钢骨侧壁压力较大 需分不同工况对混凝土浇筑过程中的箱型钢骨 侧壁进行受力复核 以确定不同楼层混凝土的最大顶升高度 具体计算过程详见附录 8 6 巨柱 钢骨内腔顶升混凝土过程应力计算 计算结果表明 除 L54 L86 层巨柱钢骨腔体需采取一定施工措施外 其余楼层巨柱钢骨内 腔混凝土按照三层一顶升 钢板本身受力可以满足要求 8 6 5 顶升接口的设计 顶升法进行混凝土浇筑施工中 泵管与巨柱或钢管柱连接的接口设计十分关键 关系到顶 升浇筑能否顺利实施 接口设计的方便与否同样关系到泵管的拆接和浇筑时间 进而影响整个 施工工期 因此为了解决混凝土泵送顶升施工中泵管与巨柱的连接问题 在参考其他工程做法 的基础上 进行进一步的深化和改进 并针对一柱三腔同时顶升的方案进行了特殊处理 设计 了一种价格便宜 操作简便的接口 其优点是连接方便 可以显著缩短接管时间 减少现场混 凝土浇筑的等待时间 保证浇注质量 a 接口与巨柱的连接 本工程巨柱内腔分为三个相对独立的腔体 因此为了保证在顶升过程中混凝土面尽量做到 同速上升 考虑在巨柱腔内设置一个带有三个出口的连通管 管径根据计算后确定 巨柱外侧 设置一根直径 125mm 长 100mm 的短管 短管一端与巨柱竖向隔板焊接 另一端焊接一块 300 300 15mm 的方形钢板 角部留有四个高强螺栓连接孔 连通管与外侧连接短管均在加工 厂与巨柱加工成一体 第 619 页 共 1232 页 图 8 5 12 巨柱内顶升接口设计 b 接口与泵管的连接 顶升接口与泵管的连接既要保证紧密可靠 又要简洁方便 为了保证接口与标准高压泵管 的匹配 我们截取标准泵管端部一段 500mm 左右长的短管 一端利用泵管箍与高压泵管连接 另一端焊接一块 300mm 300mm 10mm 的方形钢板 角部留设同样的四个高强螺栓孔 与巨柱端 的接口利用螺栓连接 图 8 5 13 巨柱顶升接口与泵管的连接 c 防止砼倒流的止回阀设置 顶升混凝土施工时需要采取措施避免顶升完成后钢管内混凝土在自重压力下的倒流 因此 在接口设计时我们设计了一种简洁方便的止回阀装置 有效地解决了混凝土的倒流问题 该止 回阀采用一块长方形钢板 固定于巨柱接口与泵管接口之间 钢板一侧预留与泵管直径相同的 圆孔 混凝土顶升时 调节钢板使圆孔与接口和泵管的圆孔位置相对应 顶升完成后 人工将 钢板敲向另一侧 使圆孔偏离接口位置 并利用钢板将钢管内混凝土与泵管隔离 然后将钢板 焊死 在混凝土达到强度后即可拆除 图 8 5 14 止回阀 8 6 6 顶升预留孔的设计 顶升混凝土浇筑施工中 纵横隔板上预留的过浆孔对于混凝土浇筑质量十分重要 预留孔 的设置不但要保证浇注时混凝土能够充满每一个空腔 而且还不能影响钢柱内加劲板的传力 而预留孔的设计目前在国内尚没有相应的规范作为设计依据 只能通过以往工程经验进行确定 对此我们通过对以往采用顶升工艺的超高层建筑进行详细的调研和分析 尤其是天津津塔工程 十字交叉钢管柱 4 腔同时顶升的成功案例 充分借鉴其经验 并结合平安工程巨柱设计情况 最终确定拟在巨柱内腔的纵横隔板设置三类预留孔 a 灌浆孔 分为横向灌浆孔和竖向灌浆孔 I 横向灌浆孔 在巨柱内腔横向隔板位置根据腔体大小共留设 5 个直径 350mm 的圆形灌浆 孔 灌浆孔位置居中布置 II 竖向灌浆孔 在巨柱内腔竖向隔板上留设边长 300mm 的方形灌浆孔 竖向间距 1500mm 浇注前位置 浇注后位置 第 620 页 共 1232 页 图 8 5 15 巨柱内腔横向灌浆孔图 8 5 16 巨柱内腔竖向灌浆孔 1 1 剖 b 排气孔 在巨柱内腔横向隔板角部预留直径 50mm 小圆孔 便于混凝土浇筑过程中隔板 下空气的排出 图 8 5 17 巨柱内腔排气孔设置 c 观察孔 沿巨柱内腔高度方向间距 1m 设置直径 10mm 的圆孔 主要用于观察混凝土在巨 柱腔内的顶升情况 同时也有助于腔内空气排出 图 8 5 18 巨柱内腔观察孔设置 上述三类预留孔为根据以往工程施工经验预留 具体留孔大小位置需待总包确定后与设计 单位进一步沟通协调 由设计单位核算后确定 8 6 7 角柱混凝土顶升施工 根据结构设计图纸 主塔楼L12 L85层各楼层角部V型撑之间设置400mm 400mm 25mm方钢 管角柱 每层四个 方钢管内部浇筑C70混凝土 标准层混凝土量约为2 2m3 层 根据施工整体部署 角柱吊装采用2 3层一节进行 考虑采用顶升法进行浇筑混凝土施工 角柱混凝土顶升施工与巨柱内腔混凝土顶升同时进行 顶升接口的设计 顶升预留孔的设计参 照巨柱内腔混凝土顶升 8 6 8 顶升浇筑施工控制措施 a 顶升浇筑施工流程及操作要点 1 1 1 1 排气孔 排气孔 观察孔 观察孔 第 621 页 共 1232 页 加工厂钢管柱开孔焊接短管 加工厂安装止 回阀 加工厂制作止 回阀 泵车与混凝土输送管连接 上料泵送顶升混凝土 混凝土溢出后停止顶升 关闭止回阀 拆除混凝土输送管移到下根输送管 坍落度试验 制作混凝土试块 混凝土试块养护 混凝土试块试压 试验 混凝土终凝后拆除止回阀 割除短管补焊钢板 检查验收 取试验报告资料归档 图 8 5 19 巨柱内腔混凝土顶升施工流程图 I 浇筑前 要计算好单根柱混凝土量 待所需混凝土运送到施工现场后方可进行顶升 从 混凝土拌合至开始顶升的时间应控制在混凝土初凝前 防止混凝土在运输过程中耽搁造成顶升 中断 II 坍落度是影响混凝土顶升浇筑关键的一环 实施顶升前 须检测运至现场的混凝土坍 落度及坍落扩展度 要求其必须保持在规定范围内 现场设专人测试并记录 III 进料短管与钢柱须焊接牢固 不得漏焊和花焊 以免顶升时因为水平管颤动而脱焊 造成顶升失败 IV 顶升过程中 要派专人记录泵压及实际顶入的混凝土量 并与理论计算混凝土量进行 比较 V 在混凝土输送管与止回阀连接前 泵送砂浆用以润滑输送管道 并把该部分砂浆清除干 净后再进行顶升混凝土的浇筑 VI 顶升完毕输送泵恒压 2 3min 后关闭逆止阀 拆除水平管 利用水平管内的剩余混凝土 制作 1 组试件 供判断是否初凝和终凝的依据 并制作同条件试件 及时拆除清洗止回阀和进 料短管 以备后用 VII 顶升完毕后 应及时清理被从排气孔流出的水泥浆污染的钢柱表面 VIII 混凝土顶升至柱顶后 应及时停泵 并进行数次回抽 若柱顶混凝土面无明显回落 方可拆除混凝土输送管 b 顶升施工管理重点 超高层混凝土泵送顶升施工工艺虽然比普通浇筑工艺的操作更为简便 节省人工 但在具 体实施过程中 对操作过程的管理则更为严格和复杂 施工中应注意以下几点 I 泵管检查 由于顶升时混凝土泵压非常高 避免安全事故是顶升施工管理的重中之重 为了保证施工 的安全 每次顶升浇筑前 需要对泵管及固定支架进行检查 发现泵管壁磨损超过警戒值或支 架松动等现象 必须及时进行更换 II 混凝土质量控制 顶升混凝土施工中如何控制混凝土质量 避免堵泵和堵管的发生 是现场管理的重点之一 现场管理原则就是必须确保入泵的每车混凝土的流动性及和易性达到工艺设计要求 在实际施 工中需要对每一车混凝土均进行坍落度和扩展度的测量 并观察是否有离析现象 检查最大粗 骨料粒径不能超过配比设计标准 只有这些指标均达到了工艺要求才能允许混凝土入泵 III 泵送压力检查 常规混凝土浇筑工艺可以通过浇筑口的混凝土掌握泵送的状况 但顶升工艺就无法做到 因此 如何能够随时掌握混凝土的泵送状况 及时发现问题是浇筑过程管理的一个重点 我们 通过以往工程的成功实施经验得出 当顶升顺利进行时 泵压基本会保持不变 当出现堵泵或 堵管时 泵压会突然增加 当泵管爆裂或接头破坏时 泵压会突然降低 为了能够随时掌握混 凝土的泵送状况 及时发现问题 在实际施工过程中 必须密切注意泵车的压力表 发现泵压 第 622 页 共 1232 页 异常时 必须立刻停泵 待查明原因排除故障后才能再次起泵 防雨 防止雨水进入安装完成的巨柱内是本工程顶升混凝土质量管理的一个重点 由于钢柱安装 到位后无法立即进行混凝土的浇筑 如果这时雨水进入钢柱内势必造成内灌混凝土的薄弱层 因此为了避免雨水进入安装好的钢柱内 需要对钢柱顶部采取遮盖措施 同时 在每次浇筑混 凝土前 必须通过顶升口检查钢柱内部是否有积水 确保将雨水清除后才能进行浇筑 c 顶升施工中的应急处理措施 I 堵管 在钢柱顶升过程中 泵管布置长度长 不可避免会出现堵管现象 堵管时 立即停止泵送 把泵的止回阀打开 防止泵管内混凝土倒流 将顶升口处的挡板也关闭 首先检查泵管 特别 在弯管处容易发生堵管现象 把堵管处的泵管拆掉 清理掉管内的混凝土 II 漏浆 顶升时 在泵管接头处 有时会出现漏浆现象 漏浆时 要暂停泵送 把泵管拆下重新安 装 及时更换橡胶垫圈 8 6 9 巨柱内腔混凝土质量检测 a 检测方法 巨柱内腔混凝土顶升施工完毕后 待混凝土终凝后 开始对腔内混凝土进行超声波检测 超声波法是目前检测钢管混凝土密实程度和均匀性的首选检测方法 超声波检测可以根据合理 布设的检测点对钢管混凝土的密实程度和均匀性进行全面而细致的检测 它可以检测出钢管混 凝土是否存在缺陷 并找出缺陷位置 方 法 原 理 超声 波检 测方 法 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 经钢管圆心传向钢管外径另一端的接收换能器 超声波在传播过程中遇到由各种缺陷 形成的界面时就会改变传播方向和路径 其能量就会在缺陷处被衰减 造成超声波到 达接收换能器的声时 幅值 频率的相对变化 超声波检测方法主要包括 波形识别法 首波声时法以及首波频率法 b 检测信号分类分析 巨柱腔内混凝土的质量有好有坏 接收换能器接收到的信号也就随之而变 而常遇到的信 号可以大致分为以下几类 序号类 型结 果 1 声时短 幅 值大 频率 高 表明超声波穿过的腔内混凝土密实均匀 没有缺陷 2 声时长 幅 值小 频率 低 表明腔内混凝土中存在着缺陷 而且缺陷的位置是在有效接收