桑红飞（南通光华建筑工程有限公司226400）
[摘要]：钢管砼结构（CFST）广泛使用于高层建筑、重型厂房、桥梁工程中，其管内灌入砼要求具有高强度、可填充性能、可泵送性能、收缩补偿性等特征。本文通过工程实例研究钢管柱管内混凝土泵送顶升浇灌法施工的细节管理。从混凝土配合比设计、泵送设备选择、止流装置、浮沫收集装置、异常情况处理、检测方法选择等方面提出精细管理建议方案，望能对同类工程施工有借鉴作用。
[关键词]：钢管砼；泵送顶升浇灌法；自密实混凝土；精细管理
1.工程概况
宏华海洋组块结构厂房为造船综合车间，单体建筑面积136095平方米，最大跨度48米，跨高37.75米，建安造价2.3亿元，为造船行业单体最大厂房。主跨竖向支撑系统采用双肢或四肢钢管砼桁架格构柱274榀（636根），φ529×9㎜、φ325×8㎜钢管共2704吨，共压注C40微膨胀自密实混凝土1528m3；单次连续压注混凝土最大高度为26.72米。中间横管采用φ150×5㎜钢管，斜撑采用φ180×6㎜钢管。
本工程钢管柱根数多，压注要求高，工作场地较大，基于工期、投资及施工难度考虑，采用泵送顶升浇灌法进行施工。
2.施工作业流程
2.1钢结构加工厂准备工作
为提高效率，双肢柱或四肢柱一般均在钢结构工厂加工成型运抵现场，现场仅吊装。因此在钢结构工厂制作阶段需将下部压注口、上部排气口、水污排出口按统一位置切割好。
压注口开在柱底标高±0.000m处（本工程地面标高-1.00m），直径为Φ150mm，为便于施工方便，开孔方向一般位于双管柱同一方向。
排气口开在钢管柱顶牛腿平台封面钢板上，开洞直径为Φ100mm，洞口两侧各焊接L=50mmΦ8圆钢弯钩作为浮沫收集袋的挂钩，浮沫收集袋口边用圆钢制作。
水污排出口开在距钢管混凝土柱底部-100mm处，开洞直径为Φ100mm，以清除柱内积水、杂物，砼浇筑前封闭。
压注口、排气口、水污排出口割除的钢板应电焊在开口位置附近，以便顶升完成后用原钢板封闭，焊缝高度同母材厚度，表面做磨平处理，经检查合格后，按钢管柱原涂装设计进行补漆。
精细管理点说明：
(1)切割开口工作必须在加工厂完成，减少现场焊接作业和高空作业工程量。
(2)切割下来的钢板需点焊在开口位置附近，减少收集管理工作量，顶升完成后进行补焊施工，提高工作效率。
(3)排气口附件设置浮沫收集袋挂钩，便于浮沫收集袋固定，采用浮沫收集袋，省略工人柱顶看管环节，减少高空作业风险。
(4)成品钢管柱运输前应用透明胶带将排气口封住，防止水及污物进入，浇筑前撕开。
(5)水污排出口应在加工厂设置，砼浇筑前封闭。
2.2现场施工准备工作
(1)水平短管焊接：在压注口处满焊一节L=500mm水平短管（可用合适的废旧泵管切割加工而成，直径同输送泵管），水平短管用连接阀于输送泵软管相连接，与压注口成90度角。在水平短管末端开50mm*10mm的孔3个，泵送时用同直径的沟槽式卡箍封孔，待管内混凝土灌满后打开密封卡箍，打入止流钢锲（止流钢锲用Q235钢板250*50*6制作）。
(2)钢管柱冲洗、浸润：泵送前检查并清理钢柱内的杂物、积水，并用水泥浆润滑输送管，用于润滑的水泥浆必须排放到管柱外面，不得代替砼泵入钢管柱内。
(3)水污排出口封闭：按设计规范采用坡口焊接，待砼完成后与其它部位同时补刷油漆。
(4)浮沫收集标志杆制作：用木材制作长度1000mm标志杆，标志杆顶部刷红色油漆，上部钉100mm长横杆，下部钉30*30木块托板；浮沫收集标志杆插入排气口中，待砼顶升至一定位置时，标志杆将浮至柱顶，下方看管人员见至浮沫收集标志杆升起后通知泵车人员放缓顶升速度，派人攀爬至柱顶，在排气口上套好浮沫收集袋。浮沫收集标志杆的作用将原来在柱顶看管人员调整至地面，减少高空作业隐患。
(5)浮沫收集袋制作：可采用布或聚乙烯制作，袋口尺寸稍大于排气口，袋边用圆钢包裹，然后套在排气口两侧挂钩上，根据经验及现场情况浮沫收集袋充满至一定位置即可停泵。
精细管理点说明：
(1)水平短管上开孔，改变通常使用插入钢柱内止回阀装置，使止流装置更为简单实用。
(2)浮沫收集系统增加了标志杆，改变要求工人高空值班的常规做法，减少高空作业。
(3)浮沫收集袋扣置于排气口弯钩，上到柱顶的操作人员应准备好一块湿抹布，柱顶少量溢流浮沫可用人工拭去，有效防止污损。
2.3现场施工作业管理
(1)作业流程：工序交接→砼泵就位→连接砼输送管、止流阀孔处加密封箍→搅拌车就位、取样做坍落度试验→搅拌车出料、开始泵升浇灌→砼出现溢流时结束泵升→控制泵压5min，打开密封卡箍，打入止流钢锲→拆除输送管，转移到另一根作业。
(2)混凝土配合比设计：应严格按照CECE203-2006《自密实混凝土应用技术规程》及GB50119-2003《混凝土外加剂应用技术规范要求进行设计，用于泵送顶升的混凝土还应有良好的可泵性能、可填充性能和收缩补偿性能。
(3)泵送设备选择标准：施工前应按JGT/T10《混凝土泵送施工技术规程》计算总压力损失、输送泵管距离等参数，通过上述参数选择合适的泵送设备。本工程通过计算，总压力损失为3.54Mpa,选择的泵送设备为三一重工HBT80C-1818D型拖泵，其混凝土最大出口压力（低压）为10MPa，能够满足施工要求。砼垂直向上输送时，为抵消反坠冲力影响，应在砼泵与短管之间设置大于10m长的水平管。具体布置详见图1
图1：拖泵现场连接图
(4)在压送砼时必须保证砼的供应，避免或减少泵送时中途停歇，以免堵塞砼输送管。同一根钢管砼柱泵升浇灌应连续进行，直至顶端溢流，中途不得停顿。钢管砼柱在泵升过程中严禁振捣，以防堵管。
(5)每次浇灌混凝土前应先浇灌一层厚度为10～20cm的与混凝土等级相同的水泥砂浆，以免自由下落的混凝土粗骨料产生弹跳现象。
(6)为确保每根柱都连续浇灌，应提前计算好每个柱需要灌注混凝土的方量，防止因施工现场混凝土不足造成顶升中断。合理供料避免混凝土运达施工现场后等待时间过长导致混凝土性能指标降低。
(7)泵送顶升过程中，严禁反泵。泵送时，料斗内混凝土不得少于其容量的2/3，以避免在泵送过程中吸入空气。泵送顶升速度不易过快，宜使用小排量泵送，当钢管柱顶部浮浆排完后，，即可拆除输送泵管。
(8)当混凝土浇灌到钢管顶端时，地面指挥人员看到浮沫收集标志杆升出柱顶，应立即指挥泵车放缓进度，同时派人攀爬至柱顶，套上浮沫收集袋，待浮沫收集袋充满至指定位置移除并擦拭干净后，应停泵约5min左右，让混凝土沉降充分后再次泵送使混凝土注满钢管柱，稳压1min后卸掉密封卡箍，打入止流钢锲。灌注完毕30min后，观察柱顶混凝土有无回落下沉，若有下沉，则用人工补浇。泵送完成后应用原排气口割除钢板压在柱顶，随即进行点焊，待混凝土强度达到设计值的50%后，再将封顶板按原设计要求进行补焊。地面操作人员可同时拆除输送泵管，转移至另外一根作业。
（9）砼浇灌三天之后，用火焊割去插入短管,将多余的砼凿除，并用原来割除下来的钢板焊接封闭孔洞。
2.4现场施工异常情况处理
(1)泵管堵管处理：出现堵管可频繁地进行反泵操作，将管道混凝土吸回一部分到料斗里，通常可排除堵管。若不行，说明已堵牢。此时，在一边进行正泵——反泵操作，一边让其他人员沿着输送管路寻找堵塞部位，一般从泵的出口开始，未堵塞的部位会剧烈振动，而堵塞部位之后的管路是静止的，还可以用木锤敲打判断。用木锤敲打堵塞部位有时可以使堵塞的骨料瓦解而恢复通畅，但不准用铁锤等砸损管道。若敲打无效，可将堵塞段管件拆下，清除混凝土后再装回去，即可继续泵送。
(2)钢管柱堵塞处理：堵管的原因可能是管道润滑不足，摩擦阻力太大造成，或者是由于停歇时间太长，混凝土水分倒流造成失水严重形成堵管。应通过敲击摸清堵塞位置，通过轻微振动或紧急切割开口疏导。
(3)压注过程中钢管柱出现倾斜：压注前应提前计算受力验算，如采用杯口基础，可先浇筑一半基础承台对钢管柱进行加固。如在施工中出现明显倾斜，应在水平短管卸掉已注入砼，并在出具加固措施后进行施工。如倾斜程度较小，应控制压注速度，并在倾斜方向相反设置锚固，待压注完成终凝前进行调整。
(4)输送泵管爆管，应立即打入止流钢锲，在初凝前更换泵管，并重新调整拖泵输送压力。在下一根柱施工前重新复核相关计算结果，并做好相关安全措施。
2.5钢管混凝土检测及缺陷处理措施
钢管混凝土质量检测主要采用3种方法联合检测：①敲击法全面检测；②对敲击有疑问的进行钻孔检测；③超声波无损抽样检测。
对不密实的部位，用钻孔压浆法进行补强，然后将钻孔补焊封固。如柱顶部分空心，可用强度不低于C40的灌浆料二次灌满。灌浆前先用白铁皮制作一个漏斗将灌浆料导入柱顶排气孔内，并配以小铁棒捣实。
3.结论与展望
(1)通过工程实践证明，采用泵送顶升浇灌法施工，在混凝土压注过程中不需浇捣，同时由于混凝土由下向上顶升逆向浇灌，利用泵送压力和混凝土自重达到密实、均匀，较好的杜绝了高位抛落无振捣法的离析、烂根等质量通病。
(2)通过对止流装置和浮沫收集装置的精细管理，能有效较少高空作业工程量，减少安全隐患，简化设备要求，加快施工进度，工期和投资效益显著。
(3)高性能混凝土或特种添加剂的研究是目前钢管混凝土推广应用的重要推动力量。因为混凝土和钢材两种不同材料特性，其粘结性能的效果直接影响钢管混凝土的力学性能。
(4)钢管混凝土现场施工中使用的检测方法主要采用敲击法，主观随意性过大，应提倡推广超声波检测法，其它如射线检测法等是钢管混凝土检测的深入研究方向。
参考文献：
[1]CECS28:1990,钢管混凝土结构设计与施工规程[S].
[2]CECS203:2006,自密实混凝土应用技术规程[S].
[3]韩林海.钢管混凝土结构—理论与实践[M].北京：科学出版社，2004.
作者简介:桑红飞，1978年9月生，工程师、一级建造师；2001年毕业于东北电力学院，2012年毕业于同济大学，工程硕士学位；南通光华建筑工程有限公司项目经理。《排版人员注意作者简介需刊登出来》