超高层大直径钢管混凝土柱施工方案

超高层大直径钢管混凝土柱施工方案

1、工程概况

重庆新闻传媒中心一期工程位于重庆市渝北区空港新城同茂大道和秋城大道相交处西北侧，同时也位于轨道交通五、十号线交汇处的西北侧，即重庆空港新城两路组团F-132-1地块。地下5段（含基础段，除基础段，其余每段为一层高度），地上22段，共27段采用钢管混凝土柱，每层14根，最大钢管混凝土柱高度（地下/地上）-20.7m/99.9m。施工高度高，难度大，工艺复杂。钢柱与结构层间砼梁的连接采用环板+牛腿的方式，其节点大样如下图1所示。钢管柱分布、规格及混凝土强度等级如下表1所示：

表1 钢管柱分布、规格及混凝土强度等级

图二1-1剖面

图三A型节点A-A剖面图

图四2-2剖面

图五梁与钢柱节点典型实物图

2、钢管柱制作

2.1 钢管柱制作工艺流程：

施工图→原材料复检→钢板号料→自动切割下料→钢板坡口加工→钢板卷制→二氧化碳气体保护焊打底焊→碳弧气刨清根→焊钢管直焊缝→超声波探伤检验→校正→钢管对接、拼装→焊钢管环焊缝→超声波探伤检验→焊内衬环、耳板→除锈、涂装→检验合格出厂。

2.2制作前的准备

（1）技术准备：在充分、详实的审图基础上，依据设计交底、设计变更及规范要求等绘制加工详图，明确加工工艺要求、技术规定《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205—2001）、质保体系等；

（2）主材准备: 钢管柱的钢管及预埋环板采用Q345-B钢材(镇静钢), 锚栓、耳板采用

Q235-B 钢材(镇静钢)。焊条选用E4315、E4316和E5015、E5016型系列焊条;

（3）统一量具：所有参加与制作及质检人员所使用的一切量具，不仅要统一厂定、统一校核，而且必须定期送计量部门或自行严格校核，使其符合国家有关规定

（4）模具制作：本工程的钢管卷制采用3辊卷板机进行卷制，由于卷板机的相邻两滚轮中心轴线间的距离达350mm，故钢管卷制后，此范围内是平直段，满足不了钢管应有的圆度。

2.3制作要点

（1）钢板气割前应将切割区域表面的铁锈、污物等清除干净，气割后应清除熔渣和飞溅物；

（2）放样、号料应根据工艺要求预留制作和安装的焊接收缩余量；制作时应考虑切割余量；

（3）中板下料用自动切割机进行下料，而薄板下料采用机械剪切，切割后均需清除毛刺；

（4）切割后出现变形的零件，要矫正其平直度，质量要求为局部弯曲矢高f的允许偏差值在1.5mm范围内（f≤1.5mm）；

（5）板材坡口加工及端面加工，为保证施工质量，应进行线切割，其加工余量不应小于2.0mm。

3、钢管拼接组装

（1）组装前，应先检验合格，所有焊接面需按要求打磨,打磨范围：焊缝边缘每边30～50mm，并不得有大于1mm的局部缺口;

（2）钢管柱每层只有一个拼接点，其节点在楼层以上1.2m位置，钢管柱长度按楼层高度加工；

（3）钢管卷制：卷管方向应与钢板压扎方向一致。在卷板过程中，应注意保证管端平面与管轴线严格垂直。卷压钢板时，考虑到一次变形量不能太大，应及时调整上滚间隙。钢管卷制后应在管端打上十字轴线并作标记。

（4）组对时上、下节间相邻两条纵缝应错开500mm以上。把钢管放在托轮架上，在钢管上划出O°、90°、180°、270°四根基准线，作为后续组装的基准线，划线时全盘考虑钢管柱及连接节点部件的位置、方向，便于现场组对及垂直度观测。

（5）钢牛腿组装：钢牛腿由上、下外环板及其腹板组成，按照四个方向均部置有钢牛腿计算，其对称方向上的钢牛腿最外端跨距为2.9m，在平板胎架上无法完成组装工作，故制作专用胎架对钢牛腿进行组装。如下图2所示：

表二组装胎架一用料表（见下图）

图2 牛腿组装

（6）钢管焊接成型后，为消除焊接变形，应采用机械校正，直至达到尺寸精度要求。机械校正无法完成的可用热加工来校正。

（7）在钢管卷制过程中，由于设备和材料的条件限制，需要进行对接，其对接在托轮架上进行操作。对接时应严格保持焊后管肢平直。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。

（8）钢管对接时，为确保对接处的焊接质量，在对接处钢管内壁设置附加衬板，其宽度为100mm，厚度为6mm，与管内壁保持0.5mm的间隙。

4、钢管柱与基础承台的连接

4.1工艺流程：

浇注基础C30垫层→绑扎底部钢筋网片→绑扎侧壁钢筋网片→安装4根M36锚栓→检查锚栓定位精度→定位环板预埋。

4.2 钢管柱锚栓定位

在基础坑槽验收合格后，浇筑基础C30垫层砼，绑扎底部网片钢筋，绑扎侧壁钢筋，绑扎侧壁钢筋的同时开始安装4根M36锚栓，锚栓安装定位的准确，直接影响钢管柱的安装精度，采用外径900mm，宽度100mm，厚度10mm的钢板带，定位锚栓位置，而后采用钢管支架固定钢板带的方式进行锚栓的空间定位。

图3 钢管柱底定位示意图

4.3钢管柱锚栓安装

锚栓安装前由测量在基坑垫层上用全站仪放出基坑十字线，按照图纸分出4根立杆的外边线，在绑扎底部钢筋时避开4根立杆的位置，并沿着钢管切线放线钻φ16mm，深度20mm的孔，然后用φ16mm钢筋打入孔内，把钢筋与立杆进行焊接，钢管焊接完毕后把三层网片筋放在底板钢筋上面，1#、2#钢管调平固定后，在钢管下方绑扎第一层网片筋，第一层网片筋绑扎完毕后固定3#、4#钢管，钢管固定后绑扎最后两层网片筋。

图4 锚栓支架安装

5、钢管柱吊装

5.1吊装准备

（1）考虑到钢管柱吊装的需要，选用型号为QTZ250（7035B-16）附着式起重机；

（2）对加工好的钢管柱运达现场后，进行尺寸、外观的二次检验，钢管构件外形尺寸（如直径、长度、管口圆度等）允许偏差不得超过规范要求；

（3）在第一段钢管柱吊装前进行标高复核时，应对地脚锚栓的调整螺母标高进行精确控制，以保证第一段钢管柱安装完成后，其柱顶标高满足设计要求。

（4）柱脚地面标高及柱位轴线应先进行复测；

（5）吊装使用的机具、工具材料及辅助设施用料等必须准备到位，加固措施必须提前完成；

（6）钢管柱组装后，在吊装时应考虑减少吊装荷载作用下的变形，必要时采取临时加固措施，对吊点的位置经计算后确定；

5.2钢管柱安装及焊接要点

（2）安装工艺流程：

检验→吊升→就位→临时固定→校正→永久

固定→焊接→探伤检测。

（3）首节钢管柱的安装：

钢管柱安装时，起吊吊点位置是钢管柱上部的耳板，通过卸扣与钢丝绳连接起来。由于第一段（-20.700m～-17.700m）钢管柱的重量约为6.6t，且塔机还未安装完成，故采用25t汽车吊进行吊装（如下图5），安装钢管柱时应在两个垂直方向架设二台经纬仪，同时观测柱的两条控制母线，测量人员校正钢管柱的垂直度（如图6）。

图5 首节钢管柱吊装图6 垂直度观测示意图（4）上部钢管柱对接

上部钢管柱即从第二段（-17.7m）开始，每段钢管柱的重量在4.5～10.5t之间，由现场塔机QTZ250进行吊装，钢管柱安装时，起吊吊点位置是钢管柱上部的耳板，通过卸扣与钢丝绳连接起来，为保证吊装安全，采用φ21㎜钢丝绳4股(四方对称捆绑)进行吊装（如图7）.

图7 上部钢管柱吊装

钢管柱吊装就位后,将柱上下端的“十字”轴线对齐,用铁尖、铁码将上下筒节调平,用千斤顶调整钢管柱的垂直度及标高,当上下钢管轴线稍有偏差时,采用特制包箍钳调整。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。如下图所示:

对称点焊标高检测

图8 钢管柱对接做法

当上层钢管柱定位、校核完毕后，进入施焊阶段。为保证焊接质量不受风力影响，必要时在简易操作平台上再搭设一个防护措施，并用彩条布进行四周围挡，制作一个简易防风屏，保证焊缝的焊接质量。

（5）钢管柱施焊

钢管柱施焊前, 应将焊缝清理干净, 并由两个焊工对称施焊(如图9)。

图9 对称施焊

施焊过程中, 应及时用吊线检查钢管柱的垂直度。如有偏差, 相应调整施焊顺序, 以保证钢管柱垂直度误差在规范允许范围内。施焊时, 应将前道焊的焊渣清理干净, 缺陷打磨清除再进行下道焊。要保证焊缝美观, 不得咬边、弧坑、气孔等缺陷。现场接口焊缝按二级焊缝质量标准验收。

（6）焊后打磨、校正及检查

①焊后, 要将焊缝周围的飞溅、焊疤等打磨干净;

②焊后, 检查钢管柱的垂直度, 若有偏差, 应及时进行校正, 将钢管柱的垂直度偏差校正至规范

允许范围内。

③用超声波探伤仪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20%抽检超声波探伤, 且外观质量达到二级焊缝标准。

（7）检查、验收

钢管柱焊完毕, 经质检部门相关人员探伤检测合格后, 形成报告后方可进行下一道工序。

6、钢管柱内混凝土浇筑

钢管柱内混凝土采用C60素混凝土，内掺ZP膨胀剂（控制膨胀率为万分之二至二点五），用φ150的胶导管（相当于串筒）进行浇注，在混凝土浇筑时，一次浇筑的最大高度为2m（即每层楼分3次进行浇筑），下一层混凝土浇筑进行充分振捣后，浇筑上一层混凝土,两层混凝土的浇筑间隔时间不超过混凝土的初凝时间。

6.1、混凝土施工缝的留置、处理

钢管柱内混凝土的施工缝留置在每层楼的钢管柱对接焊缝下500mm处，在下一层柱内混凝土浇筑之前，将施工缝处剔凿搓毛。混凝土施工缝剔凿及界面检验按如下方式进行：（1）混凝土的剔凿应在浇筑的混凝土达到一定的强度后进行，本方案中考虑3天时进行；

（2）混凝土用人工剔凿，剔凿为满剔，剔除深度以剔凿处粗骨料为止，并保证剔凿完成面的平整度；

（3）剔凿后用清水反复清洗工作面，平整度用水平尺检查。

（4）自检合格后报监理复验，监理复验合格后进行上一层混凝土的浇筑。

混凝土的浇筑前，除对已浇筑混凝土面的清理、凿毛，并清除落入管内的水及异物等外，还应先浇筑一层厚度为100mm-200mm的与混凝土强度等级相同的水泥砂浆，增加施工缝的粘结和防止自由下落的骨料产生弹跳，再按程序进行浇筑。

6.2混凝土的振捣

（1）振捣时快插慢拔，振动时间应视混凝土表面呈现浮浆和不再下落为准。

（2）振捣上一层混凝土时，振捣棒应插入下层混凝土中不少于50mm，每次振动时间10～15S，以消除两层之间的接缝，而且在振捣上层混凝土应在下层混凝土初凝之前进行。

（3）振动棒振点的移动间距，不大于其作用半径的1.5倍，防止漏振。

（4）振捣严禁振动棒振动钢管柱。

（5）在混凝土浇筑过程中现场测量人员进行全程跟踪，并随时观测钢管柱的位移情况，如浇筑过程中钢管柱出现位移，应停止浇筑，迅速分析位移原因，立即整治，而后继续进行浇筑。

6.3混凝土的检测

混凝土的检测按照《混凝土结构工程施工质量验收规范》( GB50204-2002)要求，留置试件作为混凝土的强度依据。同时，由于混凝土有限制膨胀率的要求，故按照《混凝土外加剂应用技术规范》（GB50119-2003）要求，进行混凝土配合比的设计，从而确定膨胀剂的掺量，在施工中严格按照混凝土配合比进行混凝土的生产，并在浇筑过程中按规范要求留置膨胀率的检测试件。

7、结束语

本工程钢管柱的安装高度高,最高达120余米,混凝土强度等级也高,而场地狭小,施工难度大。我

们在施工中合理安排,精心组织,在钢管柱的制作,定位器的安装,钢管的吊装、架立、稳定、对焊等关键节点进行重点攻关,严格执行“三检制”控制施工质量，并在各工序施工过程中形成台账，以保证工程按质、按量、按期完成,最终取得了较好效果。