超高层建筑钢管柱顶升混凝土施工实验研究

超高层建筑钢管柱顶升混凝土施工实验研究

赵忠杨乔元亮董森陈宝磊袁恒森

中建八局第一建设有限公司250000

摘要：随着城市建设的快速发展，大批量的超高层建筑不断涌现，其中不乏结构复杂的外框钢结构，钢管柱根据结构设计不同，直径大小规格不一，需要进行钢管柱内的混凝土进行浇筑，本文针对钢管柱的混凝土顶升法进行讨论研究。

关键词：超高层；钢管柱；混凝土；顶升；施工

超高层或高层浇筑中，除核心筒外，外框结构一般为钢管柱+楼层钢梁+桁架楼承板。根据工程施工进度和施工工艺，钢管柱混凝土顶升施工一般为高抛法和顶升法。

高抛法施工技术与顶升法施工技术最大的区别为高抛法采用塔吊吊装料斗进行逐步浇筑，无需使用泵管和混凝土泵车。顶升法施工技术本文就顶升法施工技术进行阐述。

一、工程概况

某工程总建筑面积25万㎡，由一栋塔楼、一栋裙房和地下车库组成，塔楼结构形式为核心筒+外框钢管柱，外框钢结构由圆管柱和H型钢梁组成，分布于主楼F01～屋面层，钢管柱规格直径包括Ф1900×35mm、Ф1800×40mm、Ф1700×32mm、Ф1600×28mm、Ф1500×50/25mm、Ф1400×25mm等。

二、顶升作业准备工作

为保证结构工程实体在实际施工过程中的准确性和有效性，我单位在工程项目外侧的空旷位置进行钢管柱混凝土顶升模拟实验，以全面指导后期钢管柱顶升施工作业。

模拟实验准备工作如下：

1、规格型号：直径为1250mm，高度为8m的钢管柱。

2、外观形式：钢管柱底部为20mm厚钢板，钢管上方为8个直径35mm的螺栓孔，用于基础埋件螺栓的固定。钢管柱壁在高度3.79m位置设置排气孔，以更好的将密封性钢管柱内气体排出，同时便于观察钢管柱内的实时顶升高度。

3、固定方式：在自然地坪开挖3m长、3m宽、2.5m深的基础，浇筑C30混凝土；内置钢管柱埋件（采用钢筋笼焊接制作而成）。

4、其他内容：事先在钢管柱内设置夜视摄像头，以便观察混凝土在钢管柱内的充盈情况、顶升高度、气泡情况和其他工作状态。

三、实验内容

1、观察钢管柱在顶升混凝土过程中，泵车的泵送压力、泵送高度、混凝土充盈钢管柱情况。

2、顶升时混凝土在钢管柱内的流动形态。

3、顶升时溢流孔/排气孔的孔径位置流浆情况。

4、自密实混凝土的坍落度、扩展度要求。

5、混凝土试块留置和强度检测。

四、主要实验过程

1、钢管搭设爬梯至钢管柱顶部，便于安放视频监控设备及观察顶部混凝土状态。

2、在钢管柱顶升口安装截止阀，通过泵管将截止阀与泵车连接。

3、安装专人负责记录对泵车泵送过程中的压力进行记录；另一组人员负责监控钢管柱内混凝土顶升状态。

4、用少量砂浆润管后，开始顶升自密实混凝土，总包项目试验员和商混站试验室进行混凝土扩展度、塌落度试验和试块的制作工作。

5、随着混凝土浇筑高度的变化，使用热成像记录仪探测钢管柱内部混凝土的流动形态和密实情况，同时钢管柱内的监控摄像头随着混凝土的高度变化不断向上提升，另一端操作人员利用设备记录钢管柱内混凝土的变化过程。

6、当柱顶部溢流孔有混凝土浆流出时，安排上部的人员反馈混凝土是否充满钢管柱，及时安排泵车司机停止泵送，防止混凝土流出造成钢管柱污染。

7、混凝土顶升结束后，及时将截止阀关闭，顶升工作结束。

8、使用热成像仪对钢管柱继续进行热成像观察，形成分析数据。

五、实验效果

1、实验工作较为顺利，从实验过程中了解到，本次钢管柱顶升实验的混凝土的扩展度、塌落度、和易性满足钢管柱混凝土顶升要求，共浇筑混凝土约9m³。

2、本次8米高钢管柱顶升共计用时约10分钟，泵送最大压力值为6Mpa左右。

3、通过热成像仪观察，混凝土流动状态正常，密实度较好，混凝土顶部无浮浆现象。

4、通过夜视摄像头观察，钢管柱内混凝土充盈良好。

六、实验分析

1、施工方面

1）由于本次实验工作是在商混站进行，在钢管柱安装就位、固定完成后，随即进行混凝土的顶升，所以混凝土本身坍落度和扩展度都符合相关要求，在施工现场时，本工程距离建泽商混站为20公里，正常情况下，罐车的行驶时间约1小时，应特别注意坍落度和扩展度的要求。在建泽商混站测试的混凝土坍落度为260mm，扩展度为700mm/620mm。即：在C60自密实混凝土在到达现场后的混凝土坍落度应至少满足≥250mm的要求，严禁出现离析现象。

2）本次实验用钢管柱顶升口与地面不垂直，水平泵管倾斜高度较大。由于顶升口为硬质泵管材质，后期施工无法调整，故在加工场焊接制作过程中，必须将顶升口与地面垂直，否则为施工班组的操作、安装、拆除、泵管支撑等方面都带来一定影响。

3）水平泵管采用管卡式直径（内径）125mm高压泵管，根据水平泵管的实际高度，在泵管下方放置木方或轮胎，以减少泵管对结构楼面的摩擦、震动等影响。

4）目前首层钢管柱的顶升口距离结构楼面高度为1700mm，顶升作业前，应提前搭设泵管架体支撑，水平泵管进行有效接驳。在单根钢管柱顶升完成后，及时关闭截止阀，为了保证C60自密实混凝土在泵管内的流动性，可在水平泵管分离截止阀后，适当泵送少许混凝土，同时快速连接下一根钢管柱。

2、技术方面

1）本工程竖向立管为超高压直径（内径）为125mm的螺栓连接式泵管，水平泵管为管卡式泵管，应注意管径的一致性；同时，应在施工现场提前制作螺栓连接式与管卡式的转换弯管，数量备用应充足。

2）在钢管柱顶升混凝土的过程中，应配备热成像仪进行实施观测，为后续施工提供参考意见。

3）在混凝土顶升作业前，工程部人员应提前进行单根钢管柱的所需混凝土方量，以便更好地安排混凝土罐车，以单根顶升混凝土方量只需一辆罐车为宜；钢管柱体量较大者，可达到两辆罐车即可满足浇筑需求为宜。

4）在混凝土顶升过程中，混凝土班组人员应及时观察钢管柱的溢流孔的溢流情况。单根钢管柱顶升高度的确定办法主要由单根钢管柱所需混凝土方量、溢流孔流浆情况为主，使用铁锤敲击钢管柱和热成像仪观察的办法为辅。

5）如果在顶升过程中，发现泵送困难，应及时关闭截止阀，将泵管的出口置于在水平楼板中，在混凝土通管正常后，立即接入到截止阀上，恢复到钢管柱的正常顶升作业。

参考文献：

[1]钢柱混凝土顶升施工技术研究与探讨-葛立杰-《工程技术：全文版》

[2]望京SOHO-T3标段钢管柱混凝土顶升施工技术-张陆凯-《建筑技术开发》

[3]钢管混凝土柱泵送顶升混凝土施工技术-赵巨海，张凤敏-《建筑技术》

[4]天津津塔钢管柱内顶升混凝土浇筑试验研究-高华杰，杨耀辉，王岩-《施工技术》