工艺工法qc宁夏高层建筑矩形截面钢管柱自密实混凝土施工工法

'矩形截面钢管柱自密实混凝土施工工法XX集团有限公司XXXXXXXX1前言建发现代城工程建筑面积11.5725m2,总高度130m,是宁夏自治区第一高楼,是银川市地标性建筑。建发现代城工程钢管混凝土柱总高度109.95m，截面700×700mm，单柱高7m，钢管柱安装接头位置高出楼层结构面1.2m。该工程钢管混凝土柱采用自密实混凝土施工技术，在银川市尚属首创。XX集团公司根据工程实际情况及当地各种地材的特点，多次反复研究、试验，成功确定了科学的自密实混凝土配合比，开发了适合银川地区实际的矩形截面钢管柱自密实混凝土施工工法，该工法具有创新性，其研究成果在建发现代城工程取得成功应用，经济和社会效果显著，具有广阔的推广应用前景。本工法由XX集团有限公司在施工中研究、实践总结而成。应用于建发现代城工程结构。该工法获XX集团有限公司2008～2009年度二等奖。2工法特点2.1钢管柱自密实混凝土钢管柱安装校正好后直接灌注自密实混凝土，钢管柱内不需要安装绑扎钢筋，节省了支设模板工序。2.2根据银川当地地材实际特性、通过严密的配合比试验试配成功的自密实混凝土具有高坍落度，很好的流动性、不离析、不泌水等特点，而且混凝土硬化后具有良好的力学性能和耐久性。2.3采用高抛免振捣技术进行钢管柱混凝土浇筑施工，与泵送顶升法 施工相比免去了拆装输送管道工序、不用在钢管柱下边开进料口，不需要对泵送口进行补焊，施工时间短，节省施工成本。3适用范围本工法适用于钢结构混凝土结构竖向结构施工,尤其是单层层高较高的大型公建工程,承受荷载较大又有使用面积要求的特殊工程等。4工艺原理钢管柱自密实混凝土是利用高处下抛的混凝土自身产生的动能达到充填钢管柱内部、实现混凝土密实的效果的同时，钢管柱与混凝土紧密结合，对柱内混凝土形成强有力的包裹，共同承受竖向荷载，其中钢管柱承力60%，柱内混凝土承力40%。混凝土使用新型混凝土外加剂和掺用大量的活性细掺合料，通过胶结料，粗细骨料的选择与搭配的配合比设计，使混凝土的屈服应力减少到适宜范围，同时又具有足够的塑性粘度，使混凝土拌和物既具有高流动性，又不离析、泌水，不经振捣或少振捣而利用混凝土在高处下抛时产生的动能达到填充钢管柱内空间，并形成均匀、密实的结构。5施工工艺流程及操作要点5.1工艺流程 图5.1-1钢管柱自密实混凝土施工工艺流程5.2操作要点5.2.1矩形截面钢管柱施工操作要点1矩形截面钢管柱加工1）加工流程 图5.2.1-1矩形截面钢管柱加工流程图2）加工工艺钢结构使用的钢材、焊接材料、涂装材料和紧固件等具有质量证明书，在监理、甲方的见证下，进行现场见证取样、送样、复验，其复验结果应现行国家产品标准和设计要求，做好检查记录。并向甲方 和监理提供检验报告。（1）划线号料柱接料时，翼缘板及腹板焊缝，不能设置在同一截面上，应相互错开200mm以上，并与加劲板错开200mm以上。号料时长度方向必须留焊接收缩量，其中每根不少于30mm余量，宽度方向留切割余量，δ≤25时，切割余量为2mm，δ≥25时，切割余量为3mm。钢板边缘必须去掉,毛边料必须去净毛边,剪切边去边不少于10mm。（2）切割所有主材采用数控切割，零件等采用半自动切割及剪板机剪切，并采取防弯曲措施。切割前，应将钢材表面切割区域内的铁锈、油污等清除干净，气割后应清除熔渣和飞溅物。（3）接料接料和组装必须在经过测平的平面上进行，平面的水平差不大于3mm。接料前将坡口两测30～50mm范围内铁锈及污物等清除干净。接料焊缝必须采用埋弧自动焊，焊缝两端需加入引入板和引出板，引入板和引出板规格自动焊为50×1000mm，材质与板厚和坡口形式应与焊件相同，焊接完毕用气割切掉并修整平直，不得用锤击落。（4）装配主要负责产品加工中零部件、成品的点焊装配和成品矫正工作。（5）焊接箱形柱隔板采用CO2气体保护焊，CO2气体纯度大于99.5％。其余焊缝采用自动埋弧焊。箱形柱在进行四条主焊缝自动埋弧焊前，接 缝两端装引弧板和熄弧板。（6）修整及钻孔修整包括焊接补肉、磨平等。主缝及接料焊缝打磨平整。（7）除锈负责原材料、半成品、成品表面清理工作。2矩形截面钢管柱安装1）安装流程钢管柱成品进场进场验收返修测量放线不合格合格吊装就位合格梁板模架板安装调整偏差梁钢筋绑扎焊缝探伤检查钢柱焊接连接布料机就位混凝土配比申请梁钢筋与钢柱连接混凝土运输浇注钢管柱混凝土图5.2.1-2矩形截面钢管柱安装流程图2）安装工艺（1）吊点的设置柱的截面为箱形，构件的刚度较大，根据本工程的具体情况，采 用两点吊装。吊点的设置见下图。图5.2.1-3吊点设置图（2）起吊方法①基础验收合格后，即开始钢柱的吊装。起吊时采用旋转吊装法或者滑行吊装法，注意钢丝绳对钢柱的绑扎点，避免钢丝绳滑动。②起吊时钢柱必须垂直，尽量做到回转扶直，根部不拖。起吊回转过程中应注意避免同其它已吊装好的构件相碰撞，吊索应有一定的有效高度。③第一节钢柱是安装在柱基上的，钢柱安装前应将登高爬梯和挂篮设在钢柱预定位置并绑扎牢固，起吊就位后临时固定地脚螺栓，校正垂直度。钢柱两侧装有临时固定用的连接板上节钢柱对准下节钢柱柱顶中心线后，即用螺栓固定连接板做临时固定。④钢柱安装到位，对准轴线，必须等地脚螺栓固定后才能松开吊索。（3）钢柱校正钢柱校正要作三件工作：柱基标高调整，柱基轴线调整，柱身垂直度校正。①柱基标高的调整 放上钢柱后，利用柱底板下的螺母或标高调整块控制钢柱的标高，精度可达±1mm以内。柱底板下预留的空隙，可以用高强度、微膨胀、无收缩砂浆以捻浆法填实。如下图所示。当使用螺母作为调整柱底板的标高时，应对地脚螺栓的强度和刚度进行计算。图5.2.1-4柱基标高的调整②第一节柱底轴线的调整对线方法：矩形截面钢管柱安装时双向控制柱体轴线，以防钢柱偏位或扭曲。在起重机不松钩的情况下，将柱底板的四个点与钢柱的控制线对缓慢降落至设计标高的位置。如果这四个点与钢柱的控制轴线有微小的偏差，可借线。③第一节柱身垂直度校正采用缆风绳校正的方法。用两台90°的经纬仪找垂直。在校正的过程中，不断微调柱底板下的螺母，直至校正完毕，将柱底板上面的两个螺母拧上，缆风绳松开不受力，柱身呈自由状态，再用经纬仪复核，如有微小的偏差，再重复上述过程，直至无误，将上螺母拧紧。地脚螺栓采用双螺母，可在螺母拧紧后，将螺母与栓杆焊实。第一节柱安装，在底板上预埋地脚螺栓，钢管柱到位后用塔吊就 位安装，安装调整完毕后，进行柱底支模灌浆。④柱顶标高调整和其它节框架钢柱标高控制柱顶标高的调整和其它节框架钢柱标高控制可以用两种方法：一是按相对标高安装，另一种是按设计标高安装，本项目采用相对标高安装。钢柱吊装就位后，用螺栓固定连接上下钢柱的连接耳板，但不能拧得太紧，通过起重机起吊，撬棍可微调柱间间隙。量取上下柱顶预先标定的标高值，符合要求后打入钢楔、点焊限制钢柱下落，考虑到焊缝及压缩变形，标高偏差调整至4mm以内。⑤第二节柱轴线调整为使上下柱不出现错口，尽量做到上下柱的中心线重合，如有偏差，钢柱的中心线的偏差调整每次3mm以内，如偏差过大，则分2～3层调整。每一节钢柱的定位轴线决不允许使用下一节钢柱的定位轴线，应从地面控制线引至高空，以保证每节钢柱安装正确无误，避免产生过大的积累误差。⑥第二节钢柱垂直度校正柱的垂直度校正：采用两台经纬仪对钢柱的安装进行观测。采用无缆风绳校正。在钢柱斜方向的一侧打入钢锲或顶升千斤顶。注意：临时连接耳板的螺栓孔应比螺栓直径大4mm，利用螺栓孔扩大足够余量调节钢柱制作误差－1～5mm。⑦柱－柱节点的焊接箱形柱－柱节点的焊接顺序。箱形柱中对称的两个柱面板要求由 两名焊工同时对称施焊。首先在无连接板的一侧焊至1/3板厚，割去柱间连接板，并同时换侧对称施焊，接着两人分别继续在另一侧施焊，如此轮换直至焊完整个接头。这样两人对称地同步施焊顺序既便于操作又便于控制钢柱的倾斜。图5.2.1-5钢柱焊接要对面同时施焊,确保焊缝高度同时,防止钢柱在焊接过程中因温度应力产生变形扭曲。⑧补漆补漆为人工涂刷，在钢结构按设计安装就位后进行。补漆前应清查、除锈、去油污，自然风干，并经检查合格。5.2.2自密实混凝土施工操作要点1原材1）水泥选用P.O.42.5硅酸盐水泥,经过对不同厂家水泥进行试配,最终 选用了宁夏赛马水泥集团生产的P.O.42.5硅酸盐水泥,细度要求80цm方孔筛筛余量3.8%，标准稠度用水量28.4%。2）粗骨料粗骨料是混凝土的主要组成材料,在混凝土中起骨架作用,其粒径、粒形、含泥量、级配、针片状含量等对混凝土强度和耐久性能有明显影响。根据混凝土配置及工程特点，选用含泥量0.3%,泥块含量0%,针、片状含量4.3%，压碎指标值7.2%，粒径5～31.5连续级配的碎石做为粗骨料。碎石颗粒级配筛孔尺寸（mm）26.519.016.09.504.752.36累计筛余（%）19.243.760.789.698.699.83）细骨料细骨料用于填充粗骨料之间的空隙，并增加混凝土的流动性，选择洁净、级配良好的天然中砂，细度模数为2.7цf，含泥量1%，泥块含量0.3%，含水率2%。中砂颗粒级配筛孔尺寸（mm）4.752.361.180.60.30.15累计筛余（%）8.422.235.048.184.598.44）掺合料掺合料是配置高性能混凝土的重要技术手段。本次试验选择了矿粉、粉煤灰等掺合料，最终选择优质粉煤灰做为掺合料。粉煤灰技术指标检验项目标准要求试验结果细度(0..45mm方孔筛筛余%)≤12.0%9.5烧失量≤5.0%3.5 含水量≤1.0%0.6需水量比≤95%925）外加剂高效减水剂是配置自密实混凝土的技术关键，减水剂在混凝土中可以消除水泥、掺合料之间由于表面张力作用而产生的互锁效应，更好地分散水泥和掺合料颗粒，使其不宜絮结成块，增加混凝土的流动性，有效的减少用水量，降低水胶比，提高混凝土强度。减水剂技术指标检验项目计量单位标准要求试验结果坍落度增加值mm≥100142常压泌水率比%≤9022.4压力泌水率比%≤9072含气量%≤4.54.1坍落度保留值30minmm≥15019160min≥120152抗压强度比3d%≥901727d≥9015428d≥90140收缩率比28d%≤1351132配合比经过多次试配，调整碎石、砂子、水泥、外加剂等用量，多次浇筑样板桩试验，最终确定C55自密实混凝土配合比。C55自密实混凝土配合比水胶比砂率单方原材料用量(kg/m3)水泥砂水碎石掺合料减水剂0.2837%49562016510608019.8性能指标:强度等级C55，坍落度SIP≥250mm，扩展度≥600mm，充填 性≤5mm，流动性≥700。3浇注操作要点1）在第一节柱安装完毕后，即可进行柱底灌浆。浇筑时管内不得有杂物和积水，先浇筑一层100～200mm厚与混凝土强度等级相同的水泥砂浆，以防止自由下落的混凝土粗骨料产生弹跳。2）泵管出料口需伸入钢管内，利用混凝土下落产生的动能来达到混凝土的自密实。3）当抛落的高度不足4m时，用插入式振捣棒密插短振，逐层振捣。振捣棒垂直插入混凝土内，要快插慢拔，振捣棒应插入下一层混凝土中5～10cm。振捣棒插点按梅花形均匀布置，逐点移动，按顺序进行，不得漏振，每点振捣时间不少于60s。管外配合人工木槌敲击，根据声音判断混凝土是否密实，每层振捣至混凝土表面平齐不再明显下降，不再出现气泡，表面泛出灰浆为止。4）除最后一节钢管柱外，每段钢管柱的混凝土，只浇筑到离钢管顶端500mm处，以防焊接高温影响混凝土的质量。5）除最后一节钢管柱外，每节钢管柱浇筑完，应清除掉上面的浮浆，待混凝土初凝后灌水养护，用塑料布将管口封住，并防止异物掉入。安装上一节钢柱前应将管内的积水、浮浆、松动的石子及杂物清除干净。6）当最后一节浇筑完毕后，应喷涂混凝土养护液，用塑料布将管口封住，待管内混凝土强度达到要求后，用与混凝土强度相等的水泥砂浆抹平，盖上端板并焊好。 6.材料与设备6.1主要材料序号名称规格数量备注1钢材厚度25mm2200t2混凝土2000m33电焊条Φ3.2、Φ4.0满足施工需要4氧气乙炔气体满足施工需要5石棉布、石棉绒满足施工需要6焊工劳保用品满足施工需要7防粘胶带满足施工需要8石粉笔满足施工需要6.2工厂主要设备序号名称数量用途备注1数控等离子切割机2台下料用2双梁桥式起重机1台车间吊装3半龙门式起重机2台车间吊装4数控平面钻床1台构件钻孔5摇臂钻2台构件钻孔6手工电弧焊机5台焊接7CO2气体保护焊6台焊接8埋弧自动焊6台焊接9焊条烘箱4焊条干燥用10电热焊条保温筒8个焊条存放用6.3现场施工主要设备序号名称数量用途备注1CO2气体保护焊机4台焊接2100m钢卷尺4把测量用3配电箱2个现场电源用4手工电弧焊机8台焊接5气割设备2台切割6焊条烘箱4个焊条干燥用7电热焊条保温筒10个焊条存放用8钢缆风绳500m施工需要9卡扣、活动扳手若干施工需要7.质量控制按照《高强混凝土结构技术规程》和《钢管混凝土结构设计与施工规程》进行施工及质量检查验收。 7.1矩形截面钢管柱质量要求7.1.1钢管柱加工质量要求：检查钢管柱焊缝外观不能出现夹渣、咬肉、未熔合、焊瘤、咬边、烧穿、弧坑等缺陷。切割断面无裂纹、不能有超过规定的缺口。钻孔无飞边、毛刺，成型良好。结构外观成型良好，无变形扭曲，表面无疤痕油污等。7.2矩形截面钢管柱安装质量要求：施工中严格控制钢管柱定位轴线，测量偏差小于1mm；地脚螺栓位移小于2mm；上柱和下柱扭转小于3mm；单节柱的垂直度小于h/1000；同一层柱的柱顶标高小于5mm。7.3混凝土密实性质量要求：混凝土浇筑完成后，采用超声波检验对混凝土与钢管柱间缝隙进行检验，小于2mm。8安全措施操作人员进行高空作业、用电和操作液压设备，除遵照国家颁布的《建筑安装工程安全技术规程》的有关安全规定外，还要遵照以下安全技术要求：8.1钢管柱吊装作业划定危险区域，挂设安全标志，加强安全警戒。吊装钢管柱时,吊钩要确保稳固,无虚挂情况。吊装时，吊臂下严禁站人。8.2当风速达到15m/s（6级以上）时，吊装作业必须停止。8.3钢柱安装时，高空作业人员必须系挂安全带，并在操作行走时即刻扣挂于安全缆绳上。8.4浇筑混凝土时,振捣手必须戴绝缘手套，穿绝缘鞋，防止电线、机械漏电。 8.5放灰人员要待泵管稳定后再进行放灰，防止泵管伤人。8.6夜间施工应有足够的照明设施。8.7泵管、布料机的支撑应有足够的强度，防止变形倒塌伤人。9环保措施9.1混凝土运输车辆应保证车况良好，避免在运输过程中发出很大的噪声、排放尾气等。在车辆上料过程中，洒在车身上的各种骨料必须清理干净，以免遗撒在运输道路上。9.2确保混凝土泵送设备的良好工作状态。泵送时间停顿过长，易造成泵管堵塞，从而造成冲洗泵管和敲打泵管，造成浪费水资源和产生噪声。采用自密实混凝土,避免了振捣棒振捣时产生的噪音污染。泵送设备经常进行维修，避免漏油及排放废气过多而污染土地及大气。9.3混凝土养护：对混凝土进行养护时,苫布和塑料薄膜要覆盖好，防止到处乱扔。保温被和其它东西经多次利用后统一收集废弃。10效益分析10.1社会效益矩形截面钢管柱自密实混凝土施工技术，在银川尚属首次使用。XX集团公司根据工程实际情况及当地各种地材的特点，多次反复研究、试验，成功确定了科学的自密实混凝土配合比，开发了适合银川地区实际的矩形截面钢管柱自密实混凝土施工工法，该工法具有创新性，其研究成果在建发现代城工程取得成功应用，社会效益显著，具有广阔的推广应用前景。10.2经济效益 钢管混凝土柱与普通钢筋混凝土结构相比，可降低工程造价约2471.8-1967=504.8元／m，按每根110m，共44根计算．则为110×44×504.8=244.322万元；采用钢管混凝土结构，可增大使用面积：(1.2×1.2-0.6×O.6)×28层×44个=1330.56m2。按1.5万元／m2计．则可增加收益约1996万元。采用钢管混凝土结构，可缩短工期，同普通钢筋混凝土柱结构相比，钢管混凝土柱结构省去了混凝土柱子支模拆模的施工工序；同时，由于钢管混凝土柱采用了高抛免振自密实混凝土，减少了混凝土振捣时间，每层综合节省施工工序时间为18小时，全楼28层共可节省21个工作日，提前投入使用21天，业主可增加租金收入21×=210万元。综上所述，本工程采用钢管混凝土结构可节约工程费用：244.322+210+1996=2440.322万元。10.3环保效益使用钢管柱自密实混凝土柱子，与常规的钢筋混凝土柱子相比，节省了大量模板、木方等周转材料，避免了支设模板时产生的噪声；浇注自密实混凝土不需振捣，不会产生浇注混凝土时振捣棒的噪声,环保方面取得明显效果。11应用实例银川建发现代城工程位于银川市兴庆区解放西街,总建筑面积11.7525m2,全框架结构,该工程于2008年9月16日开工,采用700×700mm，600×600mm矩形截面钢管柱 ，地下两层，地上26层，每层44棵。总高度为109.95m，浇筑自密实混凝土1200m3，混凝土强度等级为C55。钢管柱自密实混凝土在工程使用后经过检测,达到密实结果,效果良好。'