钢管柱内混凝土浇灌方法的选择与应用

钢管柱内混凝土浇灌方法的选择与应用
摘要：本文通过实例中对钢管柱管内混凝土浇灌方法的比选，分析了钢管混凝土柱管内混凝土浇灌的各种方法的优缺点以及适用
的条件，着重讲述了立式高位抛落无振捣法的施工。

关键词：钢管柱管内混凝土立式高位抛落无振捣法
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中图分类号：tu37文献标识码：a 文章编号：
前言
由两种不同性质的材料组成整体共同工作的构件称为组合构件。

由组合构件可组成组合结构。

在现今大空间大跨度的建筑物中，对竖向构件的承载要求越来越高，其中钢管混凝土柱是最常见的一种组合构件。

该构件以钢同混凝土进行组合，达到协同互补。

该构件具有承载力高，塑形和韧性好，耐火性能好，经济效益高等优点。

但是管内混凝土的浇灌工艺一直未得到很好的解决，现场
的施工操作显得繁琐，限制了钢管混凝土在施工方面的优势的发挥。

实例简介
为广州2010年亚运会而筹建的广州亚运城综合体育馆，为满足屋面复杂多变的呈不规则的曲线造型。

设计采用了钢结构的形式。

面对体育馆空间大、跨度大的特点，综合体育馆正是采用了钢管混凝土柱作为竖向受力构件。

该体育馆分为综合馆、体操馆、历史博物馆三大部分，各部分的钢管混凝土柱分部工程的概括如下：综合馆共有钢柱32根，外径主要有900、1000mm，柱芯混凝土浇筑最大高度为16.017m，壁厚主要有20、25mm，管内型钢质材为q345b钢材，钢管柱内浇筑标号为c40、c60的混凝土；体操馆内环屋面柱钢柱共22根，外环屋面钢柱共47根，热身馆钢柱共16根，钢管柱外径主要有900、1000、1100、1200mm，柱芯混凝土浇筑最大高度为15.95m，编号为ggz24～ggz27的钢管柱分三段，其余钢管柱分两段。

钢柱柱壁厚主要有20、25mm，管内型钢质材为q345b钢材，钢管柱内浇筑标号为c40、c60的混凝土；历史博物馆共有钢柱17根，柱芯混凝土浇筑最大高度为16.97m，钢柱间设置斜柱支撑。

钢柱柱壁厚主要有20、25mm，管内型钢质材为q345b钢材，钢管柱内浇筑标号为c40的混凝土。

面对该工程如此大量的钢管混凝土柱的施工，如何保证管内混凝土的浇灌的施工质量，确保混凝土与钢管协同工作，且简化管内混
凝土浇灌的施工操作，提高钢管混凝土柱的施工效率，成为该工程的一大技术难题。

浇灌管内混凝土的方法的比选
根据《钢管混凝土结构设计与施工规程》的描述，现时常见的管内混凝土有三种：泵送顶升浇灌法、立式手工浇捣法、立式高位抛落无振捣法。

3.1 泵送顶升浇灌法：
该施工方法是在钢管接近地面的适当位置安装一个闸门的进料管，直接与泵车的输送管相连，由泵车将混凝土连续不断地，依靠泵车的输送压力，将混凝土由下自上的灌入钢管，无需振捣。

泵送顶升浇灌法，利用混凝土重力做到自密实，有效杜绝了混凝土因高位抛落产生的离析，而且不需要架设操作平台进行高空作业，确保了安全。

因不需人工振捣，劳动强度小。

但是这种方法自身存在以下缺点：
由于混凝土自下而上的灌入钢管，对混凝土输送泵的工作压力、性能、状况有较高要求，机械的投入大。

混凝土输送管和钢管的连接，要特制一个进料导向弯管。

进料导向弯管的作用是连接输送管与钢管，并使原来水平流动的混凝土进入钢管内的同时，方向改变为垂直向上顶升，以防止混凝土直接喷射到钢管内壁，防止砼在入口因挤密而堵塞，同时减少顶升泵送的阻力，。

进料管还要求牢固焊接在进料口上。

制作和固定进料导向
弯管管，加大了人力和材料的投入，复杂了施工准备。

为防止混凝土回流，要额外定制一个止流装置。

例如图1中所示：在进料导向弯管端口设置单向阀，并在泵送管与进料管连接处设置截止阀，当浇筑完毕，单向阀如能正常关闭，方可拆除截止阀，否则采用截止阀作止流。

图1、进料导向管与止流装置示意
每浇筑完一条钢管，要进行混凝土输送管的驳接调整才能进行下一条钢管的浇筑，不方便操作，减低了工作效率。

要在钢管上进料孔和溢浆孔，增加了施工的工序。

3.2 立式手工浇捣法：
该施工方法为混凝土从钢管上口灌入，用振捣器捣实，管径大于350mm时，采用内部振捣器，每次振捣时间不少于30s，一次浇灌高度不宜大于2m。

当管径小于350mm时，可采用附着在钢管上的外部振捣器进行振捣，外部振捣器位置应随着混凝土浇灌进展加以调整。

这种施工方法，比较接近常规的竖向构件的混凝土浇筑，对混凝土没有特殊的要求，而且可用车载混凝土泵施工，无需考虑混凝土输送管的布置。

但是亚运场馆的结构的特殊性，使该种方法有以下的缺点：
场馆的钢管柱高度大，超过常规的串筒送料和振棒振捣高度，使常规的内部振捣器要无法对钢管底部进行振捣，影响了工程质量。

钢管柱高度大、直径大，要分层振捣均匀用时长，加大工作强度，
减低工作效率。

内部振捣器在提升的时候，容易给钢管内的加劲钢板卡住。

3.3 立式高位抛落无振捣法：
该施工方法利用混凝土下落时产生的动能达到振实混凝土的目的，它适用于管径大于350mm，高度不小于4m的情况，对于抛落高度不足4米的区段，应用内部振捣器振实。

这种方法也接近常规的竖向构件的混凝土浇筑，不需要特制或采购非常规的机械、机具、构件。

而且不需要振捣，可大大加快施工的速度。

但它缺点有：混凝土下落的过程中容易离析，对混凝土自身的要求高。

需要搭设平台进行高空作业。

3.4 施工方法的选择
在施工方法的比选中，还充分考虑实例中亚运场馆的现场情况为：1、各条钢管在安装时已经搭设好用于焊接的操作平台。

2、由于场馆四周均设有道路，所以结构阶段的混凝土浇筑均优先采用汽车泵。

3、提供混凝土的搅拌站有多次向其他工程提供高抛自密实混凝土的经验。

泵送顶升浇灌法虽然可以保证混凝土浇灌的质量，但由于需要钢管开孔、制作固定进料弯管、制作止流装置、高要求的输送管道布置等复杂的施工准备工作，以及需要高性能的泵送机械，这都大大加大了施工的投入，降低施工的效率。

并不能满足本实例的施工需要。

立式手工浇捣法，虽然简单，不需要额外的投入，但由于钢管柱的高度超过了常规振捣和串斗送料高度，难以保证混凝土均匀密实，施工质量得不到保证。

立式高位抛落无振捣法，只需采用搅拌站提供的高抛自密实混凝土进行施工，就可解决混凝土离析的问题，施工质量得到保证。

而且还因为周边现有道路，可直接用汽车泵进行浇灌，无需布设输送管，大大缩短施工时间。

浇灌作业也可在钢管的安装平台上进行，方便安全。