當前,隨著鋼結構矩形鋼柱在高層建筑中廣泛應用,在矩形鋼柱內填充混凝土的施工相繼被更多地采用,其主要原因是,采用鋼管混凝土代替鋼筋混凝土和結構鋼,可大幅度地節(jié)省鋼材、木材、水泥等結構自重,理論分析和實踐表明,鋼管混凝土與鋼結構相比,在保持自重相近和承載能力相同的條件下,可節(jié)省鋼材約50﹪,焊接工作量可大大減少;與普通鋼筋混凝土結構相比,在保持鋼材用量相近和承載能力相同的條件下,構件的橫截面面積可減小約一半,從而建筑空間得以加大,有效使用面積也相應增加,混凝土和水泥用量以及構件自重相應減少50﹪。
所謂鋼管混凝土,就是指在鋼管內填充混凝土而形成的組合材料。鋼管混凝土結構能夠更有效地發(fā)揮鋼材和混凝土兩種材料各自的優(yōu)點,同時克服了鋼管結構容易發(fā)生局部屈曲的缺點。鋼管可分為圓形、矩形、方形,相應地,鋼管混凝土結構按照截面形式的不同可以分為矩形鋼管混凝土結構、圓鋼管混凝土結構和多邊形鋼管混凝土結構等,其中矩形鋼管混凝土結構和圓鋼管混凝土結構應用較廣。鋼管可采用直縫焊接管、螺旋形縫焊接管、無縫鋼管,焊接必須采用對接焊縫,并應達到與母材等強的要求;混凝土應采用高標號混凝土。
關于鋼管混凝土施工工藝,一般涉及到以下問題:
1. 鋼管混凝土澆筑方法:可采用泵送頂升澆筑、立式手工澆筑、高位拋落無振搗法。
泵送頂升澆筑法:
在鋼管接近地面的適當位置安裝一個帶閘門的進料支管,直接與泵車的輸送管相連,由泵車將混凝土連續(xù)不斷自下而上灌入鋼管,無需振搗。
立式手工澆筑法:
混凝土自鋼管上口灌入,當管徑大于350mm時,用插入式內部振搗器振搗密實,每次振搗時間不少于30s,混凝土一次澆筑高度不超過2m。當管徑小于350mm時,可采用附著在鋼管外壁的外部振搗器進行振搗,外部振搗器的位置應隨混凝土澆灌的進展而加以調整,外部振搗器的工作范圍,以鋼管橫向振幅不小于0.3mm為有效,振幅可用百分表實測,振搗時間不小于1min,混凝土一次澆灌的高度應不大于振搗器的有效工作范圍和2~3m柱長。
高位拋落無振搗法:
該種方法是以混凝土下落是產生的動能達到振實混凝土的目的。它適用于管徑大于350mm、高度不小于4m的情況。對于拋落高度不足4m的區(qū)段,應用內部振搗器振密,一次拋落量宜在0.7m2。
2.所采用的混凝土配合比、坍落度應符合要求,為滿足坍落度要求,應摻加適量減水劑;為減少混凝土收縮,可摻入適量的混凝土微膨脹劑。
3.鋼管內混凝土的澆筑宜連續(xù)進行,必須間歇時,間歇時間不應超過混凝土的終凝時間,需要留水平施工縫時,應將柱端管口封蓋,以防止雜物、雨水等落入鋼管內。
4.每次澆灌混凝土前,應先澆灌一層10-20mm厚的與混凝土強度等級相同的水泥砂漿,作為接觸砂漿,以做好水平施工縫的連接處理。
5.鋼管內混凝土的澆灌質量,可采用敲擊法進行初步檢查,如有異常,則應用超聲波進行檢測。對于混凝土澆筑不密實的部位,可采用局部鉆孔壓漿法進行補強,然后將鉆孔補焊封固。
下面結合某工程實際,淺談對鋼管混凝土施工工藝的理解和認識:
在河北石家莊的某工程,建筑面積超過400000平方米,本工程采用鋼框架-鋼筋混凝土筒體(抗震墻)混合結構,柱為矩形鋼管(少數為圓鋼管)混凝土柱,采用的鋼管有圓鋼管(規(guī)格Ф700×20mm、Ф600×16mm)、方鋼管(規(guī)格Ф700×700×24mm、Ф600×600×20mm、Ф500×500×20mm、Ф400×400×14mm、Ф400×400×16mm)、矩形鋼管(規(guī)格Ф600×500×20mm、Ф600×500×16mm),芯柱混凝強度等級為C50微膨脹混凝土,矩形鋼管及圓鋼管內的混凝土澆筑采用立式手工澆搗法施工,為確保鋼管內混凝土的密實度,在水平隔板已按設計要求開設排氣孔的前提下,首先從鋼管內高性能混凝土本身的質量控制入手,特別要求混凝土攪拌時,細骨料--砂的含泥量﹤1.5﹪,宜采用細石5~15mm連續(xù)粒徑以減少水平隔板下因粗粒石的存在可能導致的不密實的概率,并確定適當的膨脹劑摻量,以準確控制14天的限制膨脹率值。
鋼管混凝土澆筑時,要求必須分段灌注、分段振密,混凝土一次澆筑高度不超過2m,采用加長型(17m)振搗棒分段多次振搗,并要求必須先插入振搗棒,以確保從源頭上切實提高鋼管內混凝土的密實度。考慮到Ф500、Ф600、Ф700圓鋼管內設抗剪栓釘的制作難度較大,經設計同意可不內設抗剪栓釘,要求在圓鋼管框架柱-框架梁上下各600mm的節(jié)點范圍內,應采用無損超聲波探傷檢測法進行管內混凝土密實度的檢測,(超聲波法是目前檢測鋼管混凝土密實程度和均勻性的首先檢測方法,超聲波檢測可以根據合理布設的檢測點對鋼管混凝土的密實程度和均勻性進行全面而細致的檢測,它可以檢測出鋼管混凝土是否存在缺陷,找出缺陷位置,圈出缺陷。)對于柱內混凝土不密實的部位,應采用局部鉆孔壓漿法進行補強,然后將鉆孔補焊封固。
對于高標號混凝土水化熱影響,因鋼管本身即是耐側壓的模板,由于鋼管壁強度保證不會出現(xiàn)漲模的情況,密閉箱內混凝土水分不易外溢,因而不會因水化熱影響使混凝土凝固過程中產生裂紋,從保證鋼管混凝土的澆筑質量的控制方面,應按《鋼管混凝土結構設計與施工規(guī)程》CECS28:90中所提的“其澆灌質量必須依靠嚴密的施工組織,明確的崗位責任制和操作人員的責任心”嚴格進行控制,鑒于此,特別要求施工單位派專人負責鋼管混凝土的澆筑,澆灌前必須進行鋼結構的隱蔽驗收,按施工工序先后,在完成鋼柱、鋼梁焊縫焊接產經超聲波探傷合格后,方可進行鋼管混凝土的澆筑,澆筑鋼管混凝土前,施工負責人應向施工人員做好施工交底。
由于本工程是高層建筑,鋼框架采用多節(jié)柱,鋼管混凝土分段澆灌,雖然水平施工縫的處理采取同標號砂漿(同標號混凝土去除石子)接漿措施,但因原混凝土表面無法進行處理(鋼管內無處理條件),而影響水平施工縫的混凝土強度,可以說是一個缺憾。
鋼管本身就是耐側壓的模板;鋼管本身就是鋼筋,它兼有縱向鋼筋(受拉和受壓)和橫向箍筋的作用;鋼管本身又是勁性承重骨架;節(jié)省建筑材料;縮短工期;避免不必要地提高樓板的混凝土強度等級;在露天塔架結構中,圓形桿件的暴露面積最小,阻風面積也最??;耐火性能比鋼結構好;耐沖擊的能力比鋼結構和鋼筋混凝土結構都強;阻尼比介于鋼結構和鋼筋混凝土之間,在高層建筑中具有比鋼結構優(yōu)越的動力性能,增加居住人員的舒適感。隨著施工技術的不斷發(fā)展,隨著施工經驗的不斷積累,鋼管混凝土的施工工藝和方法會日臻完善,鋼管混凝土將會被更多地應用到工程中去。