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摘要：中铁华隧重装基地项目（联合厂房一）为三连跨单层厂房，跨度为27m+36m+27m，柱距为12m。本文以钢管柱无收缩混凝土压力顶升施工为例，介绍了钢管柱无收缩混凝土压力顶升的施工技术，此施工法可降低劳动成本、缩短施工工期，为同类钢管柱混凝土浇注的选择提供了借鉴。
关键词：柱脚固定 软管连接 无收缩混凝土 压力顶升 防回流装置
钢管混凝土结构（CFST）广泛使用于高层建筑、重型厂房、桥梁工程中，其管内灌入混凝土要求具有高强度、可填充性能、可泵送性能、收缩补偿性等特征。本文以中铁华隧重装基地项目（联合厂房一）的工程实例，从采用杯型基础，混凝土配合比设计、泵送设备选择、止流装置、检测方法选择等方面提出精细管理建议方案，研究钢管柱管内混凝土泵送顶升浇灌方法施工的细节管理。望能对同类工程施工有借鉴作用。
1.工程概况
中铁华隧重装基地项目位于广东省佛山市顺德区伦教街道世龙工业区内，联合厂房一为一高两低三连跨单层钢结构，跨度为27m+36m+27m、柱距12m，平面尺寸A轴～F轴长216m、1轴～19轴宽91m，建筑占地面积为19656㎡，建筑高度为33.0m，工程总用钢量为4800吨。
本工程共78支圆管钢柱，分为四列组成：A轴和F轴的两列边柱为双肢钢管柱，共38支，直径为Ф650×10，长25.7m，每支钢管柱重量约12吨；C轴和D轴的两列中柱为四肢钢管格构柱，共38支，直径为Ф425×8，长34.6m，每支钢管柱重量约33吨。A轴～B轴、E轴～F轴为低跨，跨度均为27m，檐口高度23.5m，该跨的钢管柱分别在标高18m和12m处设置大、小两层吊车梁，大吊车梁重约8.5吨，最大起重能力为150吨；C轴～D轴为高跨，跨度为36m，檐口高度32.1m，该跨的钢管柱分别在标高25m和17m处设置大、小两层吊车梁，大吊车梁重约10.5吨，最大起重能力为400吨。
钢管内浇灌C40无收缩细石混凝土，总浇筑量为900m³，各支钢柱的混凝土浇筑量，如下表：
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2.施工原理及工艺流程
2.1施工原理
分别在钢管柱的下端位置（柱脚地面以上50㎝为宜）及上端肩梁翼缘板位置（居中为宜）各开一个圆形孔口，作为浇灌混凝土的灌入口及排气口，孔径为15㎝（略大于混凝土泵车的输送管），灌入口与高压输送泵管连接，利用混凝土泵车通过高压输送泵管将混凝土从灌入口连续不断地自下而上压力顶升灌入钢管柱。
该施工法可降低劳动成本、缩短施工工期；缺点是需要在钢管壁上开孔，将会影响结构的外观质量，但可在后期装饰施工阶段进行修补。
2.2工艺流程
本工程的钢管柱与基础连接为插入式连接，采用杯型基础，承台上部成杯形状混凝土，钢管柱安装在杯型基础上，测量位置准确后，采用无收缩混凝土的二次浇筑固定钢管柱。在压力顶升混凝土前，钢管柱脚的承台杯口必须先按设计要求完成C40无收缩混凝土的二次浇筑，在混凝土强度达到设计值后，钢管柱与承台基础成为一个整体，保证钢管柱不会发生偏移或倾覆，才能进行压力顶升。钢管柱固定方法，如下图。
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图1 钢管柱脚固定示意图
施工工艺流程：
基础承台施工 → 钢管柱安装 → 钢管柱定位复核 → 钢管柱脚承台杯口二次浇筑 → 顶升混凝土导管加工 → 钢管柱底端灌入口、上端肩梁翼缘板顶排气口开孔（该流程亦可在钢管柱加工制作时预留）→ 灌入口导管焊接 → 安装防回流装置 → 混凝土泵车就位 → 连接泵管 → 混凝土进场→ 混凝土坍落度检测 → 压力顶升混凝土 → 混凝土到顶控压 → 关闭防回流装置 → 拆除泵管 → 混凝土终凝后切割导管 → 钢管柱灌入口、排气口补焊、打磨、修复平整。
3.施工准备
3.1现场准备
首先，施工道路需通畅，工场要平整，现场能满足混凝土搅拌车通行及混凝土泵机布置的所需。其次，布置好用水、用电线路，包括照明灯设施；安装好用于观察员上下钢管柱的安全可靠的爬梯。再次，检查钢管柱的定位、垂直度是否符合设计要求，以及检查钢管柱的灌入口及排气口的尺寸及位置是否按施工方案的要求已开好孔。
3.2技术准备
开工前，根据设计图纸及施工规范编制专项施工方案；联系混凝土供应商（搅拌站），明确顶升混凝土的相关数据信息，包括顶升技术、混凝土强度等级、配合比、坍落度、供货时间、地点及浇筑量；向施工人员进行安全技术交底。
3.3人员准备
钢管柱顶升混凝土必须做好足够的人员准备，包括：施工员1人、试验员1人、安装拆卸人员3名、电工1人、焊工1人、泵机司机1人、混凝土放料人员1人、观察员1人。施工前项目技术负责人必须进行技术安全交底，明确各岗位操作人员的职责和关键工序的操作要求。
3.4材机准备
根据施工方案的施工材料及机具、设备使用计划表，提前落实好材料、机械设备的资源准备，按计划时间进场。主要施工材料及机具、设备使用计划包括：混凝土900m³、混凝土搅拌车2辆、混凝土输送泵1台、输送泵管（包括与泵车配套的橡胶软管）、止回闸阀、混凝土试件模2组、气焊设备1套、电焊机1台。
本工程使用商品混凝土，设计强度为C40无收缩细石混凝土，采用泵送顶升的浇注方式。因此，混凝土性能应具有良好的可泵性、自密实性，要求坍落度大、和易性好、不泌水、不离析、硬化后不收缩。混凝土由具有相应资质的混凝土供应商进行配合比设计，并提前做好试拌，确保各项技术指标都符合要求。为了避免顶升过程中发生输送泵管堵塞，坍落度宜为180～220㎜，浇灌混凝土时，加入适量的膨胀剂，使混凝土在达到设计强度时不产生收缩，保住肩梁上翼缘与混凝土紧密结合。工程中C40细石混凝土采用的配合比（水泥：水：混合材料：砂：石）为1：0.49：0.26：2.11：3.29，每m³混凝土的材料使用量为：42.5R普通硅酸盐水泥333 kg、混合材88 kg、中砂701 kg、花岗岩碎石（5～25㎜）1096 kg、自来水162 kg、外加剂10.95 kg。
根据混凝土浇注量及顶升高度，本工程使用的混凝土输送泵选用了中联重科地泵ZLJ5130THBJ，该设备最大泵送压力为16Mpa。
4.压力顶升施工
4.1混凝土输送管安装
混凝土输送管安装，包括混凝土泵管、钢管柱导管、橡胶软管、防回流装置安装。
导管采用与泵机配套的钢管加工制作，长度600mm，一端加工成与泵管相同的接头，可与泵管的软管连接，另一端焊在钢管柱上，导管中间用连接盘连接以方便止回闸阀的插入。将导管与钢管柱焊接，焊缝高度不小于导管壁厚，必须满焊，焊接质量符合要求。
输送管道布置应尽可能短，泵管不得与钢管柱固定，防止泵管振动对钢管柱产生晃动。泵管布置应考虑到安装、拆卸方便，排除故障容易，安全可靠。导管与泵管采用橡胶软管连接，严防输送管在泵送时摆动造成导管连接处焊缝开裂。
4.2混凝土压力顶升
混凝土输送管与防回流闸阀连接前，泵送同配比的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钢管柱混凝土的顶升。
混凝土进场后，先核对混凝土配合比单、做好混凝土坍落度及坍落扩展度检测工作，符合要求后方可进行压力顶升。
泵送开始时，泵车应处于低速运转，并注意观察泵的压力和各部位工作情况，当确认可以顺利运转之后，才可以提高到正常运转速度。
混凝土顶升量达到85%时，观察员（做好安全防护措施）站在柱顶的排气口旁边观察，发现混凝土顶升至钢管肢柱顶时，立即通知泵机司机及时停泵，待混凝土恒压稳定2～3分钟后进行2～3次回抽，若泵机料斗无明显上升，即关闭防混凝土回流装置：将止回闸阀向下拉动以关闭导管。混凝土顶升完成，开始拆卸混凝土输送管。
压力顶升应连续进行，尽量避免中断，必要时可减低泵送速度，以保持连续顶升。值得注意的是，混凝土初凝之前顶升施工必须完成。
钢管柱内混凝土达到设计强度70%以后，用气焊将导管从钢管柱上切除，并凿除多余混凝土，再用同标号水泥砂浆抹平；用原先预留孔口时切割下的钢片分别将灌入口、排气口补焊，修复完整。最后，焊口表面用砂轮磨平，刷上防锈漆和面漆。
4.3技术要求
钢管混凝土施工应避免冬季施工，混凝土严格控制水灰比和坍落度，确保施工质量。钢管内的混凝土浇灌应按分节要求连续进行，一次浇满。每肢钢管混凝土顶升完毕，经监理人检查符合要求后，才进行下一肢钢管柱施工，保证钢管柱顶内部混凝土密实。钢管柱混凝土具有自密实性，顶升不需要外侧振捣。检查钢管混凝土的浇灌质量，可用敲击钢管的方法进行初步检查，如有异常，则应用超声波检测，对不密实的部位，应采用钻孔压浆法进行补强，然后将钻孔补焊封固。
混凝土的强度等级必须符合设计要求，试件应在混凝土的浇筑地点随机抽取，标准养护试件和同条件养护试件的留置应符合规范规定，同条件养护试件拆模后，应放置在靠近相应钢管柱的适当位置，并应采取相同的养护方法。