钢管混凝土顶升法专项施工方案

一、编制依据

1模块车间工程施工图纸

2模块车间工程施工组织设计

3主要规程、规范

3.1《钢管混凝土结构设计与施工规范》JCJ01-89

3.2《泵送混凝土施工技术规程》YBJ220-90

3.3《粉煤灰混凝土应用技术规范》GBJ146-90

3.4《混凝土外加剂应用技术规范》GBJ119-88

3.5《混凝土外膨胀标准》JC476-1998

二、工程概况

模块装配车间占地面积29983㎡,建筑面积25640㎡，露天原料堆场面积4243 ㎡,1层、总高度42.6m，格构式钢管混凝土柱钢排架结构、高强度预应力混凝土管桩钢筋混凝土承台基础。

三、工艺原理

钢管混凝土柱柱芯混凝土顶升施工工艺是利用混凝土输送泵的泵送压力，在钢管柱脚开压注口，在钢管柱顶开出浆孔，将混凝土从钢管柱底部灌入，直至注满整根钢管柱的一种混凝土免振捣施工方法。本工艺能一次性将钢管混凝土柱内的混凝土顶升至所需高度，可减少工序环节，降低劳动强度，加快施工进度。

四、施工准备及作业条件

钢管柱吊装就位，管内无杂物，杯口砼已浇注完毕，且砼强度等级已达到设计强度75%。

1材料要求：浇筑混凝土中掺加UEA，目的是为了防止混凝土固化收缩后与钢管壁之间产生缝隙。该项工程对混凝土的试配主要提出了两项技术要求:

1.1据《钢管混凝土结构设计与施工规程》第15条规定混凝土的坍落度宜不小于15cm,因此应掺适量减水剂。

1.2在满足混凝土强度的基础上要求混凝土无收缩,混凝土与钢管壁能紧密地结合,为此应在混凝土中掺适量膨胀剂。

1.3制作单向阀和截止阀的钢材均为8mm厚及20mm厚的Q345钢板。

2机械准备

所需机具设备有：混凝土搅拌运输车、混凝土输送泵（HBTC90,理论最大输出压力为21Mpa）、输送管、单向阀、截止阀、铁锹、试件制作器具、电焊机、对讲机等。

3配合比设计

由于钢管内有法兰致使钢管内径存在突变，混凝土泵送高度高达42m、水平距离长达100m，这些因素造成混凝土泵送阻力很大，因此钢管混凝土泵送施工难度大，对混凝土的技术性能提出了更高的要求。配合比设计应遵循以下指标：

3.1混凝土设计强度：C40。

3.2混凝土具有良好的可泵性，即坍落度大，和易性好、不泌水、不离析、自密性好。坍落度为190～220mm。

3.3混凝土具有补偿收缩性，并满足下表要求

项目限制膨胀率

（%）

限制干缩率（%）

抗压强度

（Mpa）

龄期水中14d 水中14d，空气中

28d

28d

性能指标≥1.5×10-2≤3.0×10-2≥54.9

3.4初凝时间必须满足每孔管道的压注完毕后，混凝土仍具有足够的和易性，因此要求混凝土初凝时间大于13小时，终凝时间大于16小时。坍落度控制在20cm～22cm，扩展度大于55cm，压力泌水率S10＜15ml、S140＝40～100ml。

3.5胶凝材料最少用量（水泥、膨胀剂和掺合料的总量）大于

300kg/m3。

3.6配合比设计必须由具有相应资质的专业试验室完成，并由商混供应单位提前做好试拌，以检验各项技术指标是否满足要求。只有经过试拌检验各项指标合格的配合比，方可正式施工。

4补偿收缩混凝土限制膨胀率的计算及确定

补偿收缩混凝土性能指标的确定，一是在不影响抗压强度的条件下膨胀率尽量增大，二是干缩落差要小。混凝土外加剂应用技术规范

GB50119-2003中规定补偿收缩混凝土的膨胀性能，以限制条件下的膨

胀率和干缩率表示。因为混凝土收缩受到限制才会产生裂纹，而混凝土膨胀在限制条件下才能产生预压应力。

计算公式为：σc=μ×Es×ε2

注：4.1（μ—配筋率，Es—钢筋弹性模量，ε2—限制膨胀率）。

4.2膨胀试件尺寸为100mm×100mm×300mm，中间预埋两端带钢板的φ10mm钢筋，配筋率μ=0.007854，钢筋的弹性模量取

Es≈2×105Mpa。

4.3σc=0.007854×10-

2×2×105×ε2=1.57ε21=1.57×103×ε2（Mpa）根据GB50119-2003中规定掺膨胀剂的补偿收缩混凝土水中养护14d的限制膨胀率

≥0.015%，相当于在结构中建立的预压应力大于0.2Mpa。

4.4补偿收缩混凝土的限制膨胀率最好控制在0.02%～0.03%即预压应力为0.24～0.47Mpa。

5混凝土泵的选择

输送泵的额定泵送能力应不小于灌注速率或实际混凝土供应量的2倍；输送泵的额定压力须满足最大泵送压力，即静压力和泵送压力叠加之和。输送泵的额定扬程应大于1.5倍的灌注顶面高度，本工程要求输送泵的额定扬程大于60m。

顶升压力计算：根据流体力学能量方程知ΔP＝γh＋∑p，∑p为各种压力损失总和。γh＝2500×9.807×42≈1MPa。∑p很复杂，有待进一步计算。综合以上因素暂时选择HBTC90拖式混凝土高压输送泵，分配阀为S形摆管阀，最大理论输出量90m3，出口处最大压力为21MPa.

五、混凝土施工工艺

1泵送顶升浇灌法工艺流程

泵送顶升浇灌法工艺流程图

顶升混凝土

制作单向阀及截止阀

浇筑结束。混凝土泵进行回抽，判断单向阀是否关闭

拆除砼输送管及截止阀关闭截止阀，拆除截止阀,靠近砼泵端输送管

混凝土养护，7天后割去浇筑口外露部分输送管

焊接封口钢板

商品混凝土

柱底部开孔、焊接单向阀单向阀后连接截止阀

及混凝土输送管

浇筑单根钢管柱的混凝土全部运至现场

现场混凝土坍落度及

坍落扩展度的检测

混凝土试块制作

否

是

2出浆孔、排气孔及压注头制作

骨架合拢后在柱顶处每根钢管的顶部开一个φ100㎜的孔，外焊

φ125㎜钢管（长120㎝），用δ＝12㎜钢板作加劲板，钢管竖直向上，作排气出浆孔。此部分作用为减小混凝土在钢管内流动时的空气阻力。

加劲板焊接骨架钢管采用周边焊，焊缝高12㎜。

现场加工制作单向阀及截止阀。单向阀由Φ145mm，5mm厚的混凝土输送弯管（R=500mm）及8mm厚的Q345钢板共同加工而成，具体加工方法和尺寸如图1所示。

图1 单向阀加工大样

3 截止阀制作

M145截止阀自加工成栅栏阀，将2m的145㎜高压泵管一分为二，切口角度按照与钢管柱垂直相交的角度来切。然后在泵管上间隔开4个约20㎜的孔，孔开在安装后泵管的顶部。用20㎜的钢板焊接一个加固板，并焊接4个18的螺母，拧入4根18的螺栓，螺栓头部磨尖利于插入混凝土中，尾部焊接螺母拧入用。

截止阀采用20厚的Q345钢板及Φ18的螺栓加工制作，具体加工方法和尺寸如图2所示。

4在距钢管混凝土柱底部300mm～500mm开一Φ145mm圆孔，以清除柱内积水、杂物及焊接单向阀。

5焊接单向阀（如图3），单向阀伸进钢管混凝土柱内的位置见图中所示。单向阀的盖板与水平方向的夹角宜为600～700，可通过伸出铰链背后的钢板调节固定。

图3 单向阀

6用套箍连接截止阀（如图4），在截止阀与混凝土泵间布置混凝土输送管。若单向阀在浇筑完毕后能正常启闭，可重复利用截止阀。

图4 截止阀

7压注施工

7.1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（从混凝土拌合至顶升结束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。同时，及时做好混凝土坍落度及坍落扩展度的检测。

7.2在混凝土输送管与截止阀连接前，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柱芯混凝土的浇筑。

7.3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。

7.4在拆除混凝土输送管过程中，随时做好关闭截止阀的准备，并应注意拆管顺序，必须先拆除截止阀后靠近混凝土泵端的输送管，再拆除截止阀前的套箍及截止阀。若拆管过程中混凝土有涌出现象，应立即关闭截止阀，待混凝土终凝后再拆除截止阀。

7.5浇筑完毕30min后，观察柱顶混凝土有无回落下沉，若有下沉，则用人工补浇柱顶混凝土。

7.6混凝土养护7天后，将柱底单向阀外露部分割去，并焊接封口钢板。

六、施工要点

1当混凝土浇灌到钢管顶部时，可用振捣棒从出浆孔对混凝土稍作振捣。溢出的混凝土用木板制作的槽箱接住并及时清理转移。

2泵送顶升用混凝土必须按设计要求，在混凝土坍落度测试符合要求后方可进行顶升施工。由于意外原因在现场停置时间过长，坍落度损失严重的混凝土不得用于顶升施工。坍落度的测量分别在出搅拌机口和入泵前进行。

3顶升施工时用于润滑输送管的水泥砂浆不得替代混凝土留在钢管内，必须排出。

4为防止混凝土回流，在压注口设置截止阀，泵送顶升时开启，结束时关闭。泵管连接必须安全可靠。为保证施工安全，磨损严重的泵管不得使用。

5钢管开孔时割下的圆形板编号保存，混凝土灌注完成后再将其焊上。

6泵送混凝土因故暂停时，须每隔2～3min抽动一下泵的活塞，防止混凝土假凝引起阻塞。

七、出现非正常现象的应急处理措施

1混凝土离析、泌水

在混凝土拌制、水平运输、泵送和布料浇灌的全过程中由于操作不当，造成混凝土的匀质性被破坏则出现混凝土离析。离析的混凝土容易堵管，强度也会降低。处理措施为一是靠搅拌站的搅拌质量来保证；二是混凝土运输要用搅拌运输车；三是在泵车上设置带搅拌装置的料斗保证入泵混凝土拌和均匀，若混凝土骨料分离比较严重，料斗内灰浆明显不足时，应将分离的骨料清除或另加砂浆或将此部分混凝土弃掉不用；四是泵送尽可能连续。

2泵管堵管处理

在出现堵管征兆时，应及时采取措施，可有效防止堵管。在正常情况下，泵送油压最高值不会达到设定压力。若泵送油压很快达到设定压力，正常泵送循环自动停止，主油路溢流阀发出溢流的响声，就表明发生了堵塞。此时可频繁地进行反泵操作，将管道混凝土吸回一部分到料斗里，通常可排除堵管。若不行，说明已堵牢。此时，在一边进行正

泵--反泵操作，一边让其他人员沿着输送管路寻找堵塞部位，一般从泵的出口开始，未堵塞的部位会剧烈振动，而堵塞部位之后的管路是静止的，还可以用木锤敲打判断。用木锤敲打堵塞部位有时可以使堵塞的骨料瓦解而恢复通畅，但不准用铁锤等砸损管道。若敲打无效，可将堵塞段管件拆下，清除混凝土后再装回去，即可继续泵送。

3钢管柱堵塞处理

堵管的原因可能是管道润滑不足，摩擦阻力太大造成，或者是由于停歇时间太长，混凝土水分倒流造成失水严重形成堵管。本工程可能出现堵塞的位置应该在法兰盘。此时可用锤子判断堵管位置，在堵管上部约0.5m处现开压注口，并立即焊接带截止阀压注管，将备用管道接上

继续压注。

八、质量保证措施

1泵送钢管混凝土的成功，需要施工组织体系高效运转，施工准备工作严密充分，施工人员尽职尽责，施工布置合理便利，理论计算指导施工要准确及时。

2混凝土质量是泵送成功的关键。石子采用反击破碎石，针片状骨料含量、骨料最大粒径的含量均不能超过规范要求，级配要满足级配标准。若粉含量较大，可对石子用水冲洗后使用。砂子以天然中砂为好，必要时过筛。要求混凝土和易性好，不离析，坍落度损失小。材料计量要准确。不满足要求的混凝土坚决弃之不用。用于润滑管道的水泥砂浆不得替代混凝土留在钢管内。

3泵送顶升工艺的工作压力较大，施工中必须防止混凝土输送管爆裂，截止阀短管发生开焊脱落，排气孔封闭时应加强，必要时焊接封闭。

4发现柱顶大量涌出混凝土时应立即停泵控制泵压。

5压注过程中应随时观测柱轴线变形及钢管应力及应变变化。

6管道坡度设置应尽量保持平缓，管道接头必须连接紧密，弯管位置要固定，磨损严重的泵管不用在泵送管路中。

7钢管混凝土压注时间选择温度较低的时候进行，可选择在清晨。钢管表面温度高于60度时，须用水冲降温。

8每次压注完成后要对泵管彻底进行清洗，不要在管内粘结残余混凝土。

9施工机械设备应完好，并配足易损件。施工前要对搅拌站、装载机、输送泵、发电机等进行全面彻底检查维护。

10混凝土搅拌车在装料及运输过程中，应保持运输车滚筒按3～

6r/min低速转动，保持混凝土拌合物的均匀性，不产生分层、离析现象，严禁在运输和等待卸料过程中加水。

11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，防止混凝土在运输过程中耽搁造成顶升中断。

12混凝土浇筑完毕后，应及时覆盖养护，浇水养护的时间，不得少于7天，浇水次数应能保持柱顶混凝土始终处于湿润状态。

13加工制作单向阀及截止阀使用的钢材、焊接材料和紧固件等应具

有质量证明书，并符合《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205-2001）的规定。

14单向阀及截止阀应严格按照图1及图2要求加工制作，开启、关闭灵活。焊接质量应符合《建筑钢结构焊接技术规程》(JGJ81-2002)。

十、安全保证措施

1施工前要对操作人员进行安全交底，对钢管混凝土施工中的危险源进行辨识。

2顶升前全面检查水平输送管接头的可靠性，顶升开始时水平钢管上要覆盖草袋，以防因泵送压力过大而发生爆管伤人，泵送时现场人员要远离泵管。在混凝土浇筑过程中，截止阀旁严禁站人。

3 混凝土浇筑前，应对单向阀、截止阀、输送管的布管及接头等进行检查，混凝土输送泵进行试运转正常后方可开机工作。

4高空作业人员要系好安全带，穿防滑鞋，防止高空坠落。在排气孔观察混凝土上升情况的人员要带眼罩保护眼睛，防止混凝土喷出伤眼。

5混凝土泵车、装载机须由设备持证专人操作，严紧其它人员无证违章作业。

6吊运泵管时要全面检查缆索吊各组成设备是否运转正常，下放至拱座顶过程中下面不得站人。

7特殊工种人员必须持证上岗。

8施工用电检查工作要到位，新布用电线路必须由电工按规定敷设。

9要制定混凝土输送泵、混凝土运输车的噪声控制措施，现场道路要平整畅通，保证混凝土输送泵、混凝土运输车平稳运行。

10混凝土运输车出场前应清理下料斗，防止混凝土滴洒，经洗车台洗车后方可离场。

11混凝土输送泵的冷却水及清洗运输车的污水应经集水坑和沉淀池后，方可排入市政污水管线或回收用于洒水降尘。