CN104278841A - 在钢管柱内浇筑混凝土的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种在钢管柱内浇筑混凝土的方法，包括：在钢管柱顶部搭设操作平台；在钢管柱内插入上端装有混凝土料斗的导管组件；自下而上一边浇筑一边提升；人工振捣配合，直到完成钢管内混凝土的浇筑。

Description

在钢管柱内浇筑混凝土的方法

技术领域

本发明涉及混凝土浇筑技术，具体涉及一种在钢管柱内浇筑混凝土的方法。

背景技术

钢管混凝土结构是一种具有承载力高、塑性和韧性好、材料节省、施工方便等特点的新型组合结构形式。相对于一般的钢筋混凝土结构来说，钢管混凝土有诸多优点。因此，近年来已经有越来越多的建筑采用了钢管柱（矩形、圆形）混凝土组合结构。

目前钢管柱内混凝土的传统浇注方法有泵送顶升浇筑法、高位抛落免振捣法、自密实混凝土浇筑法三种。由于钢管柱（矩形、圆形）混凝土组合结构一般在钢管柱内设置有多道加强横隔板，传统施工方法浇筑混凝土难以成功，更难以保证柱内混凝土密实性。

发明内容

本发明发明人经过研究，发现采用导管法浇筑同时配合人工振捣的施工方法可以有效保证柱内混凝土的密实性，显著提高钢管柱内混凝土的浇筑质量。

简单来说，本发明的施工方法可概述为在钢管柱顶部搭设操作平台，在钢管柱内插入上端装有混凝土料斗的导管组件，自下而上一边浇筑一边提升，人工振捣配合，直到完成钢管内混凝土的浇筑。

根据本发明的一方面，提供了一种在钢管柱内浇筑混凝土的方法，其中所述钢管柱内以预定间隔设置有一个或多个加强横隔板，每个所述加强横隔板上开设有一个浇筑孔，所述方法包括：在所述钢管柱顶部搭设操作平台；将多节钢制导管顺次拼接在一起构成导管组件，并用塔吊将所述导管组件垂直吊运到所述钢管柱内，使得所述导管组件穿过所述浇筑孔且所述导管组件的下端开口离所述钢管柱底部的距离在300～400mm的范围内；将混凝土料斗装配到所述导管组件上端；将振捣器的振动棒插入所述钢管柱内并穿过所述浇筑孔，其中所述振捣器的软轴橡胶管外侧绑扎有一根钢丝绳；从所述混凝土料斗、经由所述导管组件将与待浇筑的混凝土内的砂浆成分相同的水泥砂浆以50～100mm的厚度填充在所述钢管柱底部；启动所述振捣器，并执行如下步骤：a从所述混凝土料斗、经由所述导管组件将混凝土灌入所述钢管柱内，其中控制所灌入的混凝土的体积，使得每次灌入的混凝土的高度小于等于1.5m，并且所述导管组件没入混凝土中的深度不小于1m；b以快插慢拔的方法，利用所述振动棒对所灌入的混凝土进行振捣，其中将所述振动棒垂直插入混凝土中并逐点移动、按顺序进行振捣，每次振捣的时间不少于30秒，以保证混凝土内气泡溢出，并且其中插入点沿所述钢管柱周界均匀分布，所述插入点之间的间距不大于所述振动棒的作用半径的1.5倍；c在完成所述振捣后，向上提升所述导管组件及所述振动棒，其中在向上提升所述导管组件的过程中，所述导管组件的下端开口始终埋在已浇筑的混凝土内部，并且其中当在所述加强横隔板处时，连续地浇筑混凝土，待混凝土溢出所述加强横隔板上不小于100mm时，提升所述导管组件至该加强横隔板之上以继续进行浇筑；重复步骤a-c，直至离所述钢管柱的上端开口1m处。

本发明发明人发现，人工振捣混凝土可以使柱内混凝土质量均匀，特别地使对钢管柱内的混凝土密实度的质量控制更容易；同时由于钢管本身是很好的钢筋承重骨架，免去了钢筋成型等一系列工艺过程，因此可以简化施工工艺；另外钢管本身就是很好的耐侧压模板，因此浇灌混凝土时，可节省大量的支模、拆模人工和材料。

相对于现有的三种施工方法，本发明所提供的在钢管柱内浇筑混凝土的方法具有诸多优点，或者克服了它们的既有缺点：

1．相对于泵送顶升浇筑法来说，本发明不需要在钢管柱上开进料口和设置卸压孔洞，避免削弱钢管柱的钢板的整体性，输送设备要求比较低；本发明比泵送顶升法施工准备时间短，比泵送顶升法的控制程序简单，比泵送顶升法的施工装置要简单，比泵送顶升法对混凝土原材料的要求低，节约成本；

2．相对于高抛免振捣混凝土施工方法，本发明可以采用一般的商品混凝土，对混凝土原材料的质量要求低，浇注时容易控制混凝土质量，且适用于任何高度的钢管混凝土柱，节约成本；高抛免振捣混凝土施工方法适用于管径大于350mm，高度不小于4m钢管柱混凝土柱，同时高抛免振捣混凝土需要高流动性、稳定性、抗离析性，利用浇筑时从高处下抛产生的动能来实现流动密实的混凝土，因此高抛免振捣混凝土对原材料的要求高，实际施工过程中不容易控制好质量；

3．自密实混凝土是借助于高效减水剂、流化剂、增塑剂以及掺加粉煤灰、矿渣等粉粒制成的流动性大的混凝土，因此它对混凝土原材料质量要求高，成本代价大；同时试验表明，自密实混凝土不影响混凝土干燥收缩量，但相对于本发明所述的方法而言，其影响混凝土的弹性模量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例或现有技术的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，无需付出创造性劳动，即可根据这些附图获得其他的实施方式。

图1示出在根据本发明的混凝土浇筑方法的实施过程中的钢管混凝土结构的截面示意图；

图2示出根据本发明的实施例的在钢管柱内浇筑混凝土的方法的示意性流程图；以及

图3示出根据本发明的实施例的在钢管柱内浇筑混凝土的方法以及执行该方法之前的准备和执行期间的检测的示意性流程图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方案，都属于本发明保护的范围。

在实施本发明的施工工艺之前，需进行如下的施工准备：

1．工前培训及技术交底。钢管柱内混凝土导管浇筑法连续性较强，要求多班组、多工种协调作业。务必使参与施工的管理人员、操作人员了解这一特点。并根据施工图纸及有关规定要求进行详尽的技术交底，按照不同班组、不同岗位进行认真的岗前培训，让参加作业的人员明确本岗位应完成的任务，必须达到的质量标准以及与其他工种的配合要求，确保各工种协调一致，优质高速的施工。

2．劳动力准备。劳动力应按岗位定人，持证上岗，并有一定的富余量。制定各项劳动力管理措施，强化管理，责任到人，保证施工质量和安全。

3．作业条件准备。钢管柱已安装完成并固定牢固，并完成安装检验批的验收。

图1示出在根据本发明的混凝土浇筑方法的实施过程中的钢管混凝土结构的截面示意图，从该图中可以清楚看出钢管柱的基本结构。操作平台101搭设在钢管柱103顶部，优选地，其搭设在相应的操作平台钢梁102上。钢管柱103内以预定间隔设置有多个加强横隔板104，每个加强横隔板104上开设有一个例如圆形浇筑孔（例如在中央位置）。根据实施例，钢管柱103具有矩形或圆形横截面，截面尺寸例如为400mm×400mm～1000mm×1000mm或Φ400mm～1000mm；钢管柱103的长度例如在6-15m的范围内；所述预定间隔为1.5-3m，优选为2m；浇筑孔的尺寸例如为Φ200 mm～400mm。根据一实施例，在每个加强横隔板104下方沿着钢管柱的周缘开设有多个直径例如为5mm的排气孔105，以利于横隔板104底部混凝土的密实，并可在浇筑过程中查看柱壁小孔砂浆溢出程度，初步判断混凝土密实度。

图2示出根据本发明的实施例的在钢管柱内浇筑混凝土的方法的示意性流程图。以下结合图1对图2的施工工艺进行具体描述。

在步骤201，在钢管柱103顶部搭设操作平台101（优选搭设在操作平台钢梁102上）。柱顶操作平台应安全稳固，可以给操作工人足够的空间，主要受力杆件的选型应经过计算。可以采用型钢定型制作，方便装拆。

在步骤202，将多节钢制导管顺次拼接在一起构成导管组件106，并用塔吊将所述导管组件106垂直吊运到钢管柱103内，使得导管组件106穿过所述浇筑孔且导管组件106的下端开口离钢管柱103底部的距离在300～400mm的范围内。导管的直径应根据钢管柱103内的横隔板104上的浇筑孔尺寸选择，导管壁与浇筑孔边的侧隙优选不宜小于100mm，通常情况下可以选择Φ100～200mm的导管。导管优选为2m一节，以方便装拆和提升。导管接头外凸尺寸应较小，可采用螺纹式接头、键销式快速接头、软索式快速接头等。

在步骤203，将混凝土料斗（图中未示出）装配到导管组件106上端。关于混凝土料斗的有关操作是本领域所熟知的，在此不再赘述。

在步骤204，将振捣器的振动棒107插入钢管柱103内并穿过所述浇筑孔，由于插入式振捣器的软轴长度很长（振动棒的软管长度需大于钢管柱的长度，必要时可向厂家定制），所以在振捣器的软轴橡胶管108外侧绑扎一根钢丝绳，以增强振动棒的抗拔性能。有关振捣器的具体结构及基本操作也是本领域公知的，因此将省去对其的具体描述。

在步骤205，从所述混凝土料斗、经由导管组件106将与待浇筑的混凝土内的砂浆成分相同的水泥砂浆以例如50～100mm的厚度填充在钢管柱103底部。

在步骤206，启动所述振捣器，并执行如下操作：

a从所述混凝土料斗、经由导管组件106将混凝土灌入钢管柱103内，其中控制所灌入的混凝土的体积，使得每次灌入的混凝土的高度小于等于1.5m，并且导管组件106没入混凝土中的深度h不小于1m；

b以快插慢拔的方法，利用振动棒107对所灌入的混凝土进行振捣，其中将振动棒107垂直插入混凝土中并逐点移动、按顺序进行振捣（如略带倾斜，则倾斜方向应保持一致，以免漏振），每次振捣的时间不少于30秒，以保证混凝土内气泡顺利溢出，并且其中插入点沿钢管柱103周界均匀分布，所述插入点之间的间距不大于振动棒107的作用半径的1.5倍（优选为300~400mm）；根据实施例，振捣器在使用过程中先开动其振动机，再灌入混凝土，料斗运料期间则将振动棒拔出混凝土层，让其保持空振状态；优选地，振动时间不能过长，以防止混凝土的离析、分层；

c在完成所述振捣后，向上提升导管组件106及振动棒107，其中在向上提升导管组件106的过程中，导管组件106的下端开口始终埋在已浇筑的混凝土内部，并且其中当在加强横隔板104处时，连续地且优选慢速地浇筑混凝土，待混凝土溢出加强横隔板104上不小于100mm时，提升导管组件106至该加强横隔板之上以继续进行浇筑，即继续浇筑上面一层混凝土；

重复步骤a-c，直至离钢管柱103的上端开口1m处后停止（留施工缝）（步骤207），以避免上层柱子焊接时产生的高温对混凝土质量有不利影响。而后，优选可以移至下一根钢管柱（步骤208），以继续进行施工。

在上述的浇筑过程中，优选混凝土不得发生离析现象，并且优选地，混凝土运至浇筑地点时，应符合浇筑规定的坍落度，当有离析现象出现时，需在浇筑前进行二次搅拌。由于钢管柱内每隔一定距离设置有加强横隔板104，因此混凝土的坍落度不宜太小，例如可将坍落度控制在120mm。另外，初凝时间应根据混凝土的运输距离、现场浇筑时间综合考虑。

根据一个实施例，优选地，在将所述导管组件向上提升后逐节卸除所述钢制导管。根据一个实施例，优选每次振捣的时间不大于60秒，以防止混凝土离析、分层。优选地，在开始对一加强横隔板104之上的混凝土进行振捣时，将振动棒107插入加强横隔板104之下的混凝土中50mm，以消除加强横隔板104上下的混凝土之间的接缝。优选地，浇筑混凝土应连续进行；如必须间歇，其间歇时间应尽量缩短，并应在前层混凝土初凝之前，将次层混凝土浇筑完毕。间歇的最长时间应按所用水泥品种及混凝土初凝条件确定，一般超过3小时应按施工缝处理。优选地，在钢管柱内混凝土终凝后，用干海绵吸除泌水，并在柱顶上加盖封口板，避免雨水、垃圾落入钢管柱内。

钢管柱内混凝土的浇筑质量，可以用铁锤敲击钢板的方法作初步检查。对于重要构件和部位或敲击法检查发现声音异常的部位，还需要采用超声波法进行检测。为了检测钢管混凝土的密实程度和均匀性，应合理布设检测点，检测钢管混凝土是否存在缺陷及缺陷位置，做好详细记录和标记，对不密实的部位应采用局部钻孔和压浆法进行补强，然后将钻孔补焊封闭牢固。以上除浇筑方法之外的其他操作均在图3的流程图中进行了简要描述。

采用本发明的浇筑方法可以获得一种钢管混凝土结构（参见图1），包括钢管柱103和混凝土，其特征在于：所述钢管柱103内以预定间隔设置有多个加强横隔板104，每个所述加强横隔板104上开设有一个圆形浇筑孔；在每个所述加强横隔板104下方、沿着所述钢管柱103的周缘开设有多个排气孔105；所述混凝土均匀分布于所述钢管柱104内。优选地，所述钢管柱104的长度在6m～15m的范围内，所述预定间隔在1.5m～3m的范围内，所述浇筑孔的直径在200 mm～400mm的范围内，所述混凝土的坍落度小于120mm。优选地，所述多个排气孔105沿着所述钢管柱103的周缘均匀布设，所述多个排气孔105与相应的所述加强横隔板104之间的垂直距离小于0.1m，且所述多个排气孔105的直径为5mm。

根据一种方案，所述钢管柱103具有矩形横截面，所述矩形横截面的尺寸在400mm×400mm～1000mm×1000mm的范围内。

根据另一种方案，所述钢管柱103具有圆形横截面，所述圆形横截面的直径在400mm～1000mm的范围内。

 

采用本发明的混凝土浇筑施工工艺至少能够带来以下效益：

1．钢管柱内一般设置有多道内横隔板，传统施工方法浇筑混凝土难以成功，采用本发明，可以保证柱内混凝土的浇筑质量。

2．本发明所述的方法对混凝土原材料的质量要求低，浇注时容易控制混凝土质量，且适用于任何高度的钢管混凝土柱，节约成本。

3.本发明不需要在钢管壁上开设同泵管直径的孔（泵管连接孔及溢流卸压孔），从而避免削弱钢管柱钢板的整体性。

4．本发明的施工工艺简单，浇筑与振捣设备要求低，施工工期短，材料节约，输送设备要求比较低，并可节省混凝土泵送费用。

5．钢管本身是很好的钢筋承重骨架，免去了钢筋成型等一系列工艺过程，简化了施工工艺。且钢管本身就是很好的耐侧压模板。因此浇灌混凝土时，可节省大量的支模、拆模人工和材料。

以下对本发明所使用的材料与设备进行简要介绍。

本发明的混凝土浇筑方法所采用的混凝土的原材料包括：水泥、粗骨料、细骨料、活性掺合料和化学外加剂，具体如下：

水泥：优选42.5级以上高等级普通硅酸盐水泥；水胶比控制在0.4以下；

粗骨料：优选二次破碎石子，连续级配，最大粒径在40mm以下，且不大于导管内径的1/3；

细骨料：优选类圆形颗粒，细度模数≥2.5 的天然中粗河砂，砂率35%～40%；

活性掺合料：可掺人粉煤灰或者磨细矿粉，可有效改善混凝土拌合物的工作性能；

化学外加剂：一般应掺入高效减水剂和微膨胀剂，掺入微膨胀剂的目的在于使混凝土微膨胀，补偿收缩，避免混凝土和钢管壁脱开。

此外，钢管混凝土宜采用补偿收缩或无收缩等高性能混凝土。配合比可根据混凝土的设计强度等级计算，并通过试验确定。可以在混凝土拌合物中掺入活性掺和料、减水剂、膨胀剂，以达到减小收缩率，减少泌水率、改善和易性等目的。钢管柱内混凝土导管浇筑法施工应采用商品混凝土，钢管混凝土强度较高（一般在C40以上），现场自拌通常难以满足要求。且单节柱子一次性浇筑量较小，不宜采用泵送，宜采用塔吊料斗运输。

主要机具设备如下表所示：

名称	规格型号	功率（kW）	数量
				塔吊	QTZ80	55	1
插入式振捣器	ZN-1	1.5	2
				混凝土运输车	SY5256GJB		3
导管和接头	Φ150mm		若干
				混凝土超声波检测仪	U-Sonic		1

其它机具设备还包括料斗、塌落度筒、混凝土试模、钢丝绳、铁锤等。

以下对本发明的施工工艺的质量控制方式进行简要介绍。

施工质量检测依据为：《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204；《矩形钢管混凝土结构技术规程》CECS159；《钢结构工程施工质量验收规范》GB50205；《混凝土强度检验评定标准》GB50107；《钢管混凝土工程施工质量验收规范》GB50628。

钢管混凝土所用的水泥、石子、砂、水、掺合料、等原材料需符合相应的国家及行业标准。混凝土拌合过程中应经常检测砂石粒径、含泥量、含水率等，并根据检测结果及时调整配合比。混凝土浇筑过程中，应有专人负责坍落度检测，以及试块的制作、保管、养护、送检工作，并应按规定制作同条件养护试块。

钢管柱内混凝土的浇筑质量，可以用铁锤敲击钢板的方法作初步检查。对于重要构件和部位，还需要采用超声波法进行检测。对于敲击法检查发现声音异常的部位，可进一步用超声法检测。如果发现混凝土有不密实的部位，可以采用局部钻孔压浆法进行补强，然后将钻孔补焊封固。

 

以下对本发明的施工工艺的安全措施进行简要介绍。

施工安全的规范要求：应遵循《建筑施工安全检查标准》JGJ59、《建筑施工高处作业安全技术规范》JGJ80、《施工现场临时用电安全技术规范》JGJ46以及地方有关施工现场安全生产管理的规定。

其他安全措施：

柱顶操作平台应安全稳固，和钢梁有可靠的连接，并设置1.2m以上高度的安全防护栏杆。

柱顶操作平台上的作业人员应系安全带施工。当风速达到六级以上时，应停止高空作业。

混凝土浇筑前，应对振动棒进行试运转，操作人员应戴绝缘手套、穿绝缘靴。

本发明中针对具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其思想；对于本领域的一般技术人员而言，依据本发明的思想，可以想到许多的改变或变型，而这些改变或变型均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种在钢管柱内浇筑混凝土的方法，其中所述钢管柱内以预定间隔设置有一个或多个加强横隔板，每个所述加强横隔板上开设有一个浇筑孔，所述方法包括：

在所述钢管柱顶部搭设操作平台；

将多节钢制导管顺次拼接在一起构成导管组件，并用塔吊将所述导管组件垂直吊运到所述钢管柱内，使得所述导管组件穿过所述浇筑孔且所述导管组件的下端开口离所述钢管柱底部的距离在300～400mm的范围内；

将混凝土料斗装配到所述导管组件上端；

将振捣器的振动棒插入所述钢管柱内并穿过所述浇筑孔，其中所述振捣器的软轴橡胶管外侧绑扎有一根钢丝绳；

从所述混凝土料斗、经由所述导管组件将与待浇筑的混凝土内的砂浆成分相同的水泥砂浆以50～100mm的厚度填充在所述钢管柱底部；

启动所述振捣器，并执行如下步骤：

a从所述混凝土料斗、经由所述导管组件将混凝土灌入所述钢管柱内，其中控制所灌入的混凝土的体积，使得每次灌入的混凝土的高度小于等于1.5m，并且所述导管组件没入混凝土中的深度不小于1m；

b以快插慢拔的方法，利用所述振动棒对所灌入的混凝土进行振捣，其中将所述振动棒垂直插入混凝土中并逐点移动、按顺序进行振捣，每次振捣的时间不少于30秒，以保证混凝土内气泡溢出，并且其中插入点沿所述钢管柱周界均匀分布，所述插入点之间的间距不大于所述振动棒的作用半径的1.5倍；

c在完成所述振捣后，向上提升所述导管组件及所述振动棒，其中在向上提升所述导管组件的过程中，所述导管组件的下端开口始终埋在已浇筑的混凝土内部，并且其中当在所述加强横隔板处时，连续地浇筑混凝土，待混凝土溢出所述加强横隔板上不小于100mm时，提升所述导管组件至该加强横隔板之上以继续进行浇筑；

重复步骤a-c，直至离所述钢管柱的上端开口1m处。

2.根据权利要求1所述的方法，其中每节所述钢制导管的长度为2m，且所述钢制导管的直径被选择为使得所述钢制导管的外壁与所述浇筑孔之间的侧隙大于等于100mm。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述钢制导管之间采用螺纹式接头、键销式快速接头和软索式快速接头拼接。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述振捣器的软轴橡胶管的长度大于所述钢管柱的长度。

5.根据权利要求1所述的方法，其中在将所述导管组件向上提升后逐节卸除所述钢制导管。

6.根据权利要求1所述的方法，其中每次振捣的时间不大于60秒，以防止混凝土离析、分层。

7.根据权利要求1所述的方法，其中在开始对所述加强横隔板之上的混凝土进行振捣时，将所述振动棒插入所述加强横隔板之下的混凝土中50mm，以消除所述加强横隔板之上的混凝土与所述加强横隔板之下的混凝土之间的接缝。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述钢管柱具有矩形或圆形横截面。

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述混凝土为补偿收缩或无收缩的混凝土，所述混凝土的原材料包括：水泥、粗骨料、细骨料、活性掺合料和化学外加剂，并且其中所述粗骨料为二次破碎石子且为连续级配的，其最大粒径在40mm以下且不大于所述钢制导管内径的1/3。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述混凝土的坍落度小于120mm。