浅谈钢管混凝土柱“泵升浇灌混凝土”技术

摘要：钢管混凝土柱“泵升浇灌混凝土”技术，不仅应用在圆形钢管柱，还可以应用在箱形截面钢柱，但是施工工艺有所不同。钢管混凝土柱，主要用于受压管柱，因其结构特征，同时具备了钢管和混凝土两种材料的特性。管柱外部包裹钢管材料，管柱内部充填混凝土材料，由于钢管壁对管内混凝土形成的刚性拘束作用，受压的混凝土抗压强度大大提高。由于其组合物理性能优越，目前在工程中得以广泛应用。

关键词：泵升浇灌混凝土；箱形截面；柱子爆裂。

1 施工工艺简介

该施工工艺主要用于圆形截面管柱，也可以用在箱形截面管柱。方法是在钢管柱子的底部开孔，然后焊接用于连接混凝土输送管的短钢管。在钢管柱子的顶部开孔，用于溢流和排气。将混凝土输送管连接在钢管柱子底部的短钢管，自下而上泵送混凝土直至灌满整个柱子。

该施工工艺用于圆形截面钢管柱，“泵升浇灌混凝土”的浇筑高度可超过20m以上。而用在箱形截面钢管柱，由于其结构的特点必须分段泵升浇筑混凝土，否则容易造成柱子爆裂。

2 施工准备及措施

2.1 混凝土材料要求

2.1.1 混凝土要采用塌落度稳定，和易性好的商品混凝土。

2.1.2 砂、石、水泥、水、掺合料及外加剂等材料的技术指标，符合现行国家标准的规定。

2.1.3 夏季施工宜采用矿渣硅酸盐水泥，以降低水化热。砂子采用中砂，石子的粒径应不大于40mm。为提高混凝土的和易性，宜掺入粉煤灰或矿粉，应掺入减水剂。为补偿收缩变形，应掺入膨胀剂。

2.1.4 混凝土多采用C50微膨胀商品混凝土，施工中应按照设计文件执行。

2.1.5 常温下混凝土塌落度控制在14±2cm，气温在30℃以上时塌落度控制在16±2cm。

2.1.6 商品混凝土采用搅拌车运输，确保混凝土的和易性良好。

2.2 钢管柱与混凝土泵车连接方式的选择

2.2.1 钢管柱是通过短钢管与混凝土泵车连接，短钢管和钢柱连接包括“斜连接”和“直连接”两种。

2.2.2 “斜连接”的接头较多，短管再利用率低，残留在短管里的混凝土较多。“直连接”的接头少，短管再利用率高，残留在短管里的混凝土少且便于清理，方便快捷。 因此我们选择“直连接”接头进行短管和钢柱连接。（见钢柱与混凝土输送管连接示意图）

3 “泵升浇灌混凝土”要点

3.1 圆形截面管柱的施工要点

3.1.1 施工前首先规划钢管柱连接短管开洞的位置，洞口设置在底部，朝向混凝土输送泵车停放的位置。位置尽量低，便于施工操作和清理柱内汲水和杂物。

3.1.2 利用气焊切割圆洞，割下的洞口钢板要编号保存，留作以后封盖该洞口使用。

3.1.3 选择“直连接”接头进行短管和钢柱焊接。

3.1.4 在每个钢柱顶部开2个直径为40mm的“溢流孔”，用来排气和观察混凝土浇筑情况。

3.1.5 施工工艺流程：泵车就位混凝土输送管连接混凝土搅拌车就位塌落度测试混凝土送料“泵升浇灌”混凝土“溢流孔”开始溢流控制泵压5分钟，打入“止流钢楔”拆除输送管进入下一根钢柱施工。

3.1.6 同一根钢柱在“泵升浇灌”混凝土时应连续进行，直至钢柱顶部溢流孔溢流，中途不得停顿。

3.1.7 混凝土塌落度要逐车测试，若个别塌落度出现偏低，处理的方法是在混凝土中加入水灰比为0.5的水泥浆，用搅拌车搅拌均匀，直至坍落度合适为止。发现塌落度偏差过大不得使用，应该及时通知商品混凝土搅拌站采取措施。

3.1.8 “泵升浇灌混凝土”不需要振捣，由于溢流粘在钢柱外侧的水泥浆要及时清除干净。

3.1.9 当混凝土的强度达到1.2MP时，割去接头短管清理后待用，洞口混凝土凿毛后用同标号细石混凝土找平。待找平混凝土强度达到50%后，利用割下的柱子钢板通过施焊封盖该洞口。

3.1.10 溢流孔的内部空隙，可采用同混凝土标号水泥浆压注密实。

3.2 箱形截面管柱的施工要点

3.2.1 箱形截面管柱的特点

3.2.1.1 箱形截面管柱的构造与圆管柱不同，截面呈矩形状，按照一定的间距设有钢加劲隔板。

3.2.1.2 由于箱形截面管柱构造特点，用顶升法浇筑混凝土时内壁阻力增大。在“泵升浇灌混凝土”时，如果措施不合理，箱形截面柱的四条主焊缝就有可能被胀裂，造成柱子爆裂。

3.2.2 由于箱形截面管柱内部设有多块加劲隔板，为了浇筑混凝土要在每块钢隔板上开洞，根据我们的经验洞口直径应不小于300mm。开洞的直径大小要经过设计认可。

3.2.3 针对箱形截面管柱，我们采用了分段顶升的施工方法。每一段的距离不超过6m，上层短管应设置在加劲隔板的上方。（见箱形截面管柱短管设置示意图）

3.2.4 同一根钢柱在“泵升浇灌”混凝土过程中应连续进行，当上层短管有水泥浆溢流，立刻停止“泵升浇灌”混凝土，控制泵压5分钟，打入“止流钢楔”。及时将混凝土输送管连接到上层短管继续施工。直至循环到钢柱顶部溢流孔溢流，中途不得停顿。

3.2.5 其他“泵升浇灌混凝土”要点，参照圆形截面管柱的施工要点执行。

4 安全文明施工技术

4.1 高空作业人员必须身体合格，适合高空作业要求。遇有恶劣天气，应停止作业。

4.2 短管的壁厚不小于5mm，与钢管连接处应焊牢，以防高压爆裂。

4.3 溢出并粘在钢管柱上的水泥浆，应及时用高压水枪清除干净。

4.4 钢柱切割下的洞口，用原切割下的钢板满焊，焊缝高度应同母材高度。最后要将焊缝打磨平整，按照设计要求及时进行补漆。

4.5 切割下的短管要及时清理，提高其利用率。

4.6 “泵升浇灌”混凝土时，混凝土输送管应用帆布或草袋覆盖，防止高压爆裂伤人。

4.7 “泵升浇灌”混凝土时，要有专人指挥，当柱内充满混凝土时，立即下令停泵，以防大量混凝土溢出。

4.8 当发现混凝土输送泵持续加压而混凝土不进的情况，应立即停泵，待找出原因采取措施后方可继续施工。施工过程中，施工区域设置安全警戒线闲人免进。

5 混凝土输送泵的选择，以直径600mm的钢柱为例。

当混凝土浇灌高度10m时，混凝土的垂直静载压力和压强如下:

2400×3.14×0.32×10×9.8=66468N

66468×10-6/3.14×（0.125×0.5）2=5.4Mpa

当混凝土浇灌高度20m时，混凝土的垂直静载压力和压强:

2400×3.14×0.32×20×9.8=132936N

132936×10-6/3.14×（0.125×0.5）2=10.8Mpa

施工中考虑到各种预见和不可预见的压力损失，当混凝土的浇灌高度小于15m时，宜选用泵送压力为11.5Mpa的混凝土固定泵或泵车。当混凝土的浇灌高度大于15m时，宜选用泵送压力不小于20Mpa的混凝土固定泵或泵车。

6 结论：该施工工艺的应用效果，取决于施工方案的编制。施工前要制订完善的预防措施，制订可行的应急预案。我公司在多个大型钢厂工程施工中，在苏州等钢结构大厦工程施工中得以广泛应用，合格率百分之百。

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