某塔楼箱型钢管柱施工方案

箱型钢管钢筋混凝土施工方案

1. 概况 1.1 基本情况

**·xxxx中心A座金融大厦外框结构采用16根箱型钢管混凝土柱组成，这些柱共三种形式，箱型钢管混凝土柱表（基础段）

柱名 截面形状 截面 尺寸 钢板厚度 /混凝土强度 纵向 钢筋 分别为Z1、Z2、Z3，其平面分布如下图：

箱型钢管混凝土柱索引图

本工程箱型钢管混凝土柱由22mm～75mm厚钢板按柱截面尺寸焊接成矩形钢管，矩形钢管内再焊16mm～40mm厚的竖向立板，立板对称分布，用拉筋按一定的间距将对边的两立板拉焊，每层再按确定的间距焊水平隔板，隔板上预留纵向钢筋穿过的孔洞，同时保持中间较大的空腔，以便混凝土浇筑能顺利进行，箱型钢管混凝土柱截面内还配有纵向的粗直径钢筋，粗直径钢筋采用直螺纹进行连接，在这个焊好立板、水平隔板、拉筋、安装好纵向钢筋的箱型钢管中浇筑C60混凝土，最终才为本工程结构外框箱型钢管混凝土柱。这些箱型钢管混凝土柱截面形状及尺寸如下表：

Z1 3200×2650～外侧钢板：66㎜ 1200×900 立板：40㎜/C6O 36Φ32 Z2 3900×2700～外侧钢板：75㎜ 2500×1500 立板：40㎜/C6O 60Φ32 Z3 2350×2350～外侧钢板：55㎜ 1100×800 立板：30㎜/C6O 32Φ32 箱型钢管混凝土柱钢结构安装一次层数为2～3层，安装高度约8.2米至16.2米，即每混凝土浇筑高度最高为16.2米。在这样的一个高度，这样的一个钢管空间内浇筑混凝土，存在较大的施工困难。

1.2 各部位箱型钢管混凝土浇筑量

单根钢管混凝土浇筑量表（按标准层高4.2米为计算单元）

序号 构件名称 一层混凝土浇筑体积二层混凝土浇筑体积三层混凝土浇筑体积（m3） （m3） （m3） 1 Z1a 32.023 64.046 96.069 2 Z1b 28.703 57.407 86.110 3 Z1c 19.645 39.291 58.936 4 Z1d 11.869 23.738 35.607 5 Z1e 4.158 8.316 12.474 6 Z2a 40.315 80.631 120.946 7 Z2b 35.300 70.600 105.901 8 Z2c 26.939 53.878 80.816 9 Z2d 20.257 40.513 60.770 10 Z2e 14.427 28.854 43.281 11 Z3a 20.858 41.717 62.575 12 Z3b 16.648 33.296 49.943 13 Z3c 11.563 23.126 34.689 14 Z3d 6.262 12.524 18.787 15 Z3e 4.627 9.254 13.881 一次混凝土的浇筑总量表（按标准层高4.2米为计算单元）

序号 柱的各段截面 一次浇筑一层 一次浇筑二层 一次浇筑三层 截面区段（层数） 1 柱a截面段 500.876 1001.752 1502.628 B4～21 2 柱b截面段 437.416 874.832 1312.248 22～43 3 柱c截面段 311.168 622.336 933.504 44～58 4 柱d截面段 201.028 402.056 603.084 59～76 5 柱e截面段 109.48 218.96 328.44 77～94 1.3 施工的难点

1.3.1. 浇筑的高度高，混凝土浇筑的落差大，如何保证混凝土不离淅是该工程的一个难点； 1.3.2. 箱型钢管内空间有限，施工操作空间与平台是混凝土浇筑施工的一个难点；

1.3.3. 箱型钢管内每隔一定的高度设置水平隔板，如何保证隔板底没有空气也是混凝土浇筑过程中的难点之一；

2. 箱型钢管柱混凝土施工方法选择

2.1 钢管混凝土施工特点

本工程钢管混凝土柱为矩形，内部在立板、水平隔板、拉筋及纵向钢筋，把有限的空间分割成更小的空间，只有30㎝×40㎝这么大的空间，每一施工段的浇筑高度很大，且按一定间距设置的水平隔板，都是浇筑混凝土的障碍，增加了混凝土施工难度。

箱型钢管柱平面图

2.2 施工方法及其比较 2.2.1. 施工方法

目前国内外常见的钢管混凝土施工方法有泵送顶升浇灌高流态自密实混凝土法、高抛自密实混凝土法、串筒浇筑人工振捣法及串筒浇筑机械振捣法，这几种施工方法的使用都受不同条件限限制。

2.2.2. 方案比较

针对国内外使用的几种方法现对其适用范围、特点及对本工程的适用性进行描述和比较，见下表：

序号 方法名称 原理 特点 针对于本工程的适用性 1 通过一定的抛落高抛自密高度，充分利用本工程钢管柱内设在立板、横隔板及纵向钢筋，实混凝土混凝土坠落时的不用振捣混混凝土从漏斗落下后由于钢管内的钢板、钢筋法 动能及混凝土自凝土。 等的影响，混凝土的动能损失很大，不能达到身的优异性能达高抛效果。 序号 方法名称 原理 特点 针对于本工程的适用性 到密实的效果。 本工程钢管截面变化由底部3900×2700到顶部串筒浇筑利用人工和振捣的1100×800，被立板、横隔板，拉筋以及纵向2 人工振捣器械对混凝土实人工操作，施钢筋分割成很小的空间，施工人员很难进入钢法 施振捣，以达到工灵活。 管内振捣，钢管底部距离上口太远，而且炎热密实的效果。 天气时钢管底部内作业环境恶劣。因此不适合本工程施工。 利用泵送的压力将高流态自密实此方法人员不用进入混凝土管内，解决了管内混凝土由底到顶空间小，人无法进管内操作的困难，虽然对混3 泵送顶升注入钢管，由混不用振捣混凝土泵的要求高一些，但都能达到要求，本工法 凝土自重及泵送凝土。 程一段钢管一次性浇筑方量较大，此法需保证压力及混凝土自在1个半小内完成注浆，这一点难以保证，故身性能达到密实此方法不太适合本工程施工。 的状态。 采用串筒浇筑高本工程钢管柱内设在立板、横隔板及纵向钢筋，高抛自密流态自密实混凝操作人员在土，电动绞车调狭小的空间将整个空间分隔成6个小空间，设置6个机器4 实砼辅助振捣棒，振捣棒到最远边的距离为800㎜，查机器振捣节振捣器械对混外面进行控德国威克IREN65型高频振动棒的振捣有效半法 凝土实施辅助振制，不用下到捣，以达到密实钢管内操作。 径为1200㎜，能把混凝土振捣密实，因此可采的效果。 用此法为本工程的施工方法。 2.3 箱型钢管各段情况

钢管柱在每一层由于要与钢梁焊接，钢管柱内需设置横隔板，层中部位只有立板。

楼层结点处钢管柱的状况

层中钢管柱状况

2.4 选择结果

由于箱型钢管柱的设计状况，及施工方面的原因，本工程选择串筒浇筑机器振捣法为箱型钢管混凝土的施工方法。其施工示意图如下：

串筒浇筑机器振捣法示意图

3. 施工准备 3.1 技术准备

3.1.1. 熟悉相关资料，掌握施工的关键点

施工前认真熟悉施工图纸及相关资料，了解钢管混凝土的施工特点，然后根据这些特点掌握施工过程中的关键点。在开始浇筑前，机械要准备好，要有备用，人员全面到位，材料要准备充足。

3.1.2. 混凝土的配比

本工程外筒16根箱型钢管柱内填充C60高强高性能混凝土。钢管混凝土要求混凝土具有很好的填充性能，确保混凝土充满钢管内的每个空间，同时具备高流动性和体积稳定性。根据搅拌站、我局在西塔以及合景大厦的施工经验，提出参考配合比如下：

C60混凝土配合比

生产 F块3d抗折强28d抗折3d抗压强28d抗压水品种 强度 等级 厂名 （Mpa） 度（Mpa） 强度强度泥 （Mpa） 度（Mpa） （Mpa） P．Ⅱ 42.5R 珠江 水泥厂 —— 6.4 9.0 35.2 53.5 产地 级配区 细度模量 表观密度 堆积密度原砂 （kg/m3） （kg/m3） 含泥量（%） 材北江 Ⅱ区 2.5 2670 1400 0.6 料表观 堆积 检产地 品种 规格针片状颗粒密度 密度含泥量 验石 （mm） 含量% （kg/m3） （kg/m3） （%） 掺量（%） 结花岗岩 5～果 市郊 31.5 5.3 2640 1390 0.4 混合材 外加剂 水 ① ② ① 品种 等掺量及级 方式 品种 等掺量及 级 方式 名称 掺量 （%） 浓度（%） 来源—— —等量取— —— 矿渣 S95 代 KJ-JS 2.10 30.0 自来水 水胶比 配合比 （水泥：水：混合材：砂：石） 含砂率 坍落度 质量密度施（kg/m3） 工0.28 1：0.30：0.05：0.93：1.93 32.5% 180±20 2413 配材料用量（kg/m3） 抗压强度 合比 水泥 混合材 砂 石 水 外加剂 7d 28d 快速法 570 —— —— 530 1100 170 13.2 49.1 71.9 —— 备注 实际生产混凝土配合比还将根据当时天气和原材料情况作相应调整。 3.2 现场准备

3.2.1. 1）现场主要施工机具

名 称 型号及数量 示意图 HBT90：3台 砼输送泵 本工程43层以下钢管混凝土按二层一次浇筑量为1001.752m3，采用2台中联HBT90泵进行浇筑，按每台泵每小时浇筑量不小于40m3计，2台泵12个半小时可完成浇筑任务，44层至94层按三层一次混凝土浇筑量为933.504 m3，只需11个小时完成浇筑任务。 布料机 HGY-13型布料机：2台；布料半径13m，自重4.2t。 漏斗：2个；上口530×530mm，漏斗 下口300×300mm，高400mm）。 由5mm厚钢板加工而成。 容量３m3,６个； B=1500mm，H1=1000mm，吊斗 H2=800mm。 容量5m3,６个； B=2000mm，H1=1000mm，H2=1000mm。 串筒 内径150mm，厚度1.5mm。 每节长度1.5m，共48节。 照明及 碘钨灯：12只； 监控装置 钢管上口监控摄像头：12个。 钢管上口监控摄像头 振动棒 德国威克IREN65型高频振动棒：15根。 电动绞车 型号：KXD； 起重量：500kg。 3.2.2. 人员组织 本工程钢管混凝土顶升浇筑，按两个班组进行，人员组织见下表：

序号 职务 人数 职责 1 混凝土施工员 1 负责混凝土浇筑的全面工作，包括对外协调 2 混凝土班组长 2 负责本班组的全面协调工作，监督工人按要求操作。 3 泵机司机 4 负责开停泵机，保证送料与现场需求一致。 4 信号员 4 负责将楼面混凝土送料需求信息传递给泵机司机 5 布料员 8 协同操作布料机 6 振捣棒手 12 对入模的混凝土进行振捣密实 7 维修人员 2 保证混凝土机械能正常运转 8 电工 2 保证泵送及浇筑现场供电正常 4. 箱型钢管柱内钢筋施工

本工程箱型钢管柱内设有纵向钢筋，钢筋为直径32㎜三级钢，没有箍筋及其它水平筋，钢筋接头采用直螺纹连接。

4.1 箱型钢管柱内钢筋施工使用的机具

名 称 型号、技术参数及主要性能 数量 示意图 1、型号： GQ-50； 2、切断直径：Φ6-Φ50； 切断机 3、电机功率：5.5kw； 2台 4、性能：要断各种螺纹钢，润滑性好、功耗少、移动方便。 1、型号：三力SLG-B剥肋滚轧机； 2、加工钢筋直径范围：Φ16-Φ40； 剥肋滚丝机 3、滚丝轮型号： A20、A25、 A30、 AS30； 4、滚压螺纹螺距：2、2.5、3.0、3.0； 2台 5、性能：操作方便，尺寸稳定，连接性能高。 力矩扳手 1、型号:Y1500； 2、开口头范围:S24～75。 6把 带灯头盔 1、能照亮10米以内范围； 2、适合建筑工人夜间施工。 12只 1、型号：TP1500便携式焊机 电焊机 2、性能：温控的冷却风扇，有极好的引弧性能和焊接性能。 4只 3、重量：4.7KG。

操作平台控制示意图

对于钢管柱隔板处，由于隔板是水平的，在浇筑混凝土时容易在隔板底部留有空气，使混凝土不密实，为了排走空气，需在隔板上设置排气孔，排气孔直径为20㎜，纵横间距为300㎜，

距离钢管柱侧板30㎜开始布置，隔板上的穿筋孔也可作排气之用。

立板与上一层 穿筋孔 以螺栓连接 排气孔距 侧板约3㎝ 拉筋

排气孔布置平面图 类似工程实物图

5.6 施工注意事项

序号 项 目 注意事项 钢管混凝土柱分四个区浇筑，先由1#布料机浇筑一区，2#布料机浇筑二1 浇筑顺序 区，再由1#布料机浇筑三区，2#布料机浇筑四区，始终保持同向浇筑和中心对称浇筑。 2 节点处混凝 钢管内混凝土浇筑完成面标高低于钢管接驳面400mm以上，待混凝土接土面处理 近初凝用球面棒将接触面压成球面凹窝，保证与上层混凝土接触良好。 3 钢管混凝土 为保证对钢管混凝土质量的监控，在钢管内安装摄像头，对混凝土施工施工监控 过程进行全面控制。 4 纵向钢筋安 构件1区混凝土是人工进入钢管内进行振捣，故在施工过程中必须作好装注意通风 钢管内通风，使工人处于一个良好的施工环境。 5 浇筑速度 要合理控制混凝土的浇筑速度，以保证混凝土的振捣质量。同一根钢管柱混凝土浇筑应该连续，分层间不得出现冷缝。 6 节点处混凝 由于钢筋柱内每层都有水平隔板，此处难以振捣密实，需放慢浇筑速度，土的振捣 加强振捣，并要求在隔板上以一定的间距设置排气孔。 5.7 质量保证措施

序号 项 目 保证措施 控制粗细骨料的级配、粒径、粒形、强度、含泥量、杂质等指标，特别是骨料中的泥块含量，含泥量大不仅影响混凝土的强度，还使混凝土的自身收缩增大，容易产生裂缝。还要控制粗骨料的空隙率，粗骨料的空隙率小1 原材料的 质量控制 不仅可以节约水泥，减少混凝土的自身收缩及混凝土的水化热，还可以提高混凝土的流动性，减少混凝土拌合物的泌水。 对进场的原材料严格按规范规定的检验批次进行检验和验收，不合格材料严禁进场。 钢管混凝土要求混凝土拌合物有很好的自密实性能，要平衡混凝土的流动2 配合比的 性和抗离析的关系，浆骨比要适当，砂浆量太小，影响混凝土的流动性；优化设计 砂浆量过大，混凝土的自身收缩大，同时由于粗骨料体积比例小，混凝土的弹性模量降低，混凝土的受压变形增大。 混凝土搅拌站要严格按照配合比进行生产，生产前对搅拌站的计量设备进行校核，确保原材料的计量准确。高强高流动性混凝土要求有足够的搅拌时间，搅拌时间要求控制在3分钟，确保拌合物搅拌均匀，气温变化及砂石含水率变化时应对施工配合比及时调整，确保入泵混凝土坍落度的稳定，3 混凝土拌合物 生产控制 严格控制单方混凝土的用水量，炎热天气时采取相应措施降低混凝土的入模温度，搅拌站及现场应加强对混凝土的抽检力度，不合格混凝土严禁使用。 搅拌车在装车前应排除罐体内的洗车水，在运输过程中要保持旋转状态，卸料前高速旋转1分钟，保证混凝土拌和均匀。并保持泵送的连续性。 制作典型的钢管柱进行样板柱试验，模拟现场气温及施工条件进行混凝土4 现场拟做样板 的泵送施工，用来检验混凝土填充的密实度和混凝土的泌水性能等其它性钢管柱实验 能指标。 现场制作标养试件，浇筑28天后先进行超声波检测。 5 确保入模混凝土的坍落度一致。严禁在现场对混凝土拌合物加水。严格执混凝土现场验收 行混凝土进场交货检验制度，由搅拌站人员向现场检验人员逐车交验，交验的内容有：目测混凝土有无泌水离析现象，试验员对每车的坍落度进行序号 项 目 保证措施 取样试验，对于坍落度不符合要求的混凝土严禁使用。混凝土每车必检，检查必须有记录和检查人员签字。 6 现场试件制作 严格按照《混凝土结构工程质量验收规范》对每根非节点钢管柱和节点钢管柱浇筑的混凝土制作试件，并做好施工纪录及试件强度试验报告。 混凝土浇筑过程中，前台与后台保持有效沟通，混凝土浇筑及间歇的全部7 混凝土浇筑 时间不应超过混凝土的初凝时间。同一根钢管柱的混凝土应连续浇筑，并应在底层混凝土初凝之前将上一层混凝土浇筑完毕。 8 现场交通协调 现场要合理安排调度混凝土运输车辆及混凝土浇筑的人员，防止混凝土运输车在现场等待时间过长，影响混凝土的质量。 6. 箱型钢管柱混凝土的检测 6.1 检测方法及原理

在主楼钢管混凝土施工前我们将进行1：1模型钢管混凝土模拟试验，优化施工工艺，使我们的施工工艺能确保钢管混凝土的浇筑质量。

钢管混凝土柱施工完毕后，等混凝土终凝后，开始对混凝土进行检测。检测首先采用常规的敲击法，然后对可疑部位进行超声波检测，并加测10%的钢管混凝土柱。

超声波检测的原理是：超声波检测钢管混凝土的基本原理是在钢管外径的一端利用发射换能器产生高频振动，经钢管圆心传向钢管外径另一端的接收换能器。超声波在传播过程中遇到由各种缺陷形成的界面时就会改变传播方向和路径，其能量就会在缺陷处被衰减，造成超声波到达接收换能器的声时、幅值、频率的相对变化。

超声波检测方法主要包括：波形识别法，首波声时法以及首波频率法。 6.2 检测方法分类与分析

序号 类 型 结 果 1 声时短、幅值大、频率高 表明超声波穿过的钢管混凝土密实均匀，没有缺陷。 2 声时长、幅值表明钢管混凝土中存在着缺陷，而且缺陷的位置是在有效接收声场的中心轴线小、频率低 上即收发换能器的连线。 钢管混凝土中的缺陷不在有效接收声场的中心轴线上，而是在有效接收声场覆盖的空间内，以致声线仍然通过有效接收声场的中心轴线，声时不会改变，然而有效声场空间里的缺陷使得声能受到衰减，导致幅值变小频率下降。 3 声时短、幅值小、频率低 钢管混凝土中的缺陷虽然在有铲接收声场的中心轴线上，但是缺陷足够小。 钢管混凝土本身并没有缺陷，但是由于换能器与钢管外壁耦合不良，也会造成幅值变小、频率下降而声时变化很小的现象。这种现象是在检测过程中由人为因素造成的，它不能反映钢管混凝土的真实情况，必须杜绝它的出现。 6.3 检测仪器

6.3.1. 超声波检测仪参数

本工程拟采用超声波系统进行钢管混凝土外部检测，该系统各技术指标如下表所示：

体 积 252mm×185mm×58mm 重 量 约2kg(含内置电池） 工作温度 0℃～+40℃ 供电方式 AC：220 10%，内置锂电供电 声时测读精度 ±0.1μs 声时测读范围 0～19999.9μs 放大增益 82dB 幅度分辨率 3.9‰ 放大器带宽 10kHz～250kHz 接收灵敏度 ≤30μV 采样周期(μs) 0.05～6.4，八档 最大采样长度 32k 发射电压(V) 65～1000，五档 发射脉宽 20μs～20ms可调 通道数 1 信号采集方式 连续 显示方式 640×480,TFT彩显 数据存储空间 32Mbytes（3.5万波形+数据） 通用接口 并口 支持打印机 HP系列及其兼容激光打印机

6.3.2. 超声波检测仪技术要求及检验和操作

序号 项 目 内容 进入现场进行钢管混凝土检测的超声波检测仪应通过技术鉴定并必须具有产品1 超声波检测合格证。 仪技术要求 仪器应具有良好的稳定性，声时显示调节在20～30μs范围内时，2h内声时显示的漂移不得大于±0.2μs。 换能器宜采用厚度振动形式压电材料。 2 换能器技术要求 换能器的频率宜在50～100kHz范围以内。 换能器实测频率与标称频率相差应不大于±10%。 操作前应仔细阅读仪器使用说明书。 3 超声波仪器仪器在接通电源前应检查电源电压，接上电源后仪器宜预热10min。 检验和操作 换能器与标准棒耦合良好，有调零装置的仪器应扣除初读数。 在实测时，接收信号的首波幅度均应调至30～40mm后，才能测读每个测点的声时值。 如仪器在较长时间内停用，每月应通电一次，每次不少于1h。 仪器需存放在通风、阴凉、干燥处，无论存放或工作均需防尘。在搬运过程中4 检测仪器维护 须防止碰撞和剧烈振动。 换能器应避免摔损和撞击，工作完毕应擦拭干净单独存放。换能器的耦合面应避免磨损。

6.4 现场检测 6.4.1. 检测工作流程

施工准备工作现场试件制作编制检测施工方案对试件进行超声波检测钢管混凝土柱施工分析试验数据混凝土终凝后外部检测得出各种情况下波形参数数据修正对比分析检测结果得出结论

6.4.2. 检测布点

TRTRT

钢管混凝土超声波检测点的布置 对测示意图对 测 检测时根据需要采用对测法,如上图所示。 6.4.3. 数据整理分析

1）测位混凝土声学参数的平均值mx和标准差sx应按下式计算：

式中：Xi——第i点的声学参数测量值； N——参与统计的测点数。 2）异常数据可按下列方法判别：

A、将测位各测点的波幅、声速或主频值由大至小按顺序分别排列，即X1≥X2≥……Xn≥Xn+1≥……，将排在后面明显小的数据视为可疑，再将这些可疑数据中最大的一个（假定Xn）连同其前面的数据按上式计算出mx及sx值，并按下式计算异常情况的判断值（X0）：

X0=mx-λ1?sx

式中λ1按《超声法检测混凝土缺陷技术规程》（CECS21：2000）表6.3.2取值。

B、当测位中判出异常测点时，可根据异常测点的分布情况，按下式进一步判别其相邻测点是否异常：

X0=mx-λ2?sx或X0=mx-λ3?sx

式中λ2及λ3按《超声法检测混凝土缺陷技术规程》（CECS21：2000）表6.3.2取值。当测点布置为网格状时取λ2；当单排布置测点时（如在声测孔中检测）取λ3。

3）当测位中某些测点的声学参数被判为异常值时，可结合异常测点的分布及波形状况确定

混凝土内部存在不密实区和空洞的位置及范围。R

斜 测

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