秦超宁

摘要：结合兰州中川机场二期扩建工程航站楼工程，C60微膨胀自密实钢管混凝土的应用施工技术，从钢管混凝土施工方法选择、C60微膨胀自密实钢管混凝土原材料的选用到钢管混凝土施工等情况。本文简要介绍C60微膨胀自密实混凝土在钢管混凝土柱中的的应用施工技术。

关键词：航站楼；钢管柱；自密实；施工技术

一、工程概况

兰州中川机场二期扩建工程航站楼工程，位于兰州市永登县中川镇。总建筑面积61100m2，总长526.9m，总宽163.5m，建筑高度为42.6m。基础混凝土强度等级为C30； 航站楼主体结构部分为两部分，下部及地下室为钢筋混凝土框架，主体结构为框架二层，框架高度7.80m，上部钢结构，钢结构下弦中心标高15.603m～40.2m，整个屋盖由50根圆钢管混凝土柱、28根方钢管柱支承，钢管柱柱顶标高为20.332～37.479m。主体框架结构混凝土强度等级C40。50根圆钢管混凝土为C60自密实混凝土，设计合理使用年限50年。

二、钢管混凝土柱施工难度大

1、混凝土为C60自密实混凝土，高强度混凝土本身对试配、原材料及施工工艺要求高，且由于地区差异，兰州当地的原材料质量不稳定且没有工程实例可参考，增加了工程施工的不确定性和难度；

2、钢管柱高度较高，不能一次浇筑，需要分次浇筑，施工缝处理较难；钢管柱的截面尺寸较大，均属大体积混凝土的范畴，温度控制不易；

3、钢管柱混凝土的施工按照计划，第一次施工至9.000m处，即框架面上1.2m，从此位置至20.332～37.479m标高，第二次施工的钢管柱高度为11.332～28.479m，在如此高度的范围内施工单立独耸的钢管柱的混凝土，施工难度比较大；

三、混凝土配合比优化设计：

针对这一关键技术，进行大量关于外加剂与水泥、掺合料的试验，专门配置专用外加剂，进一步提高了流动性的保持能力，混凝土的流动性在4h之内基本稳定，为连续泵送高强度混凝土提供了良好的材料保证，根据配合比设计的思路，考察省外工程，借鉴先进技术，采用“双掺”技术，通过多次正交试验优化出最佳配合比，最终确定了施工配合比：

试配性能指标如下：

四、自密实混凝土顶升施工工艺、操作要点及质量控制

1、混凝土搅拌运输车辆的确定

按照流体力學能量方程，取进料口与顶部出口为1、2截面建立如下方程：

由于混凝土顶升过程中速度很小，简化后的：

根据计算，选用理论输送压力8MPa的混凝土输送泵车可以满足要求。

为了保证混凝土输送连续，混凝土供应必须连续不断，按照每根柱子混凝土顶升量计算，需要配备3辆9m3的混凝土罐车，可保证混凝土连续供应。

2、逆止阀的安装

防止在拆除输送管时混凝土回流，在进料短管与泵输送管之间安装1个止流装置，其形式为闸板式。为防止顶升时闸板缝漏气，需用黄油涂缝。

3、钢管柱顶端排气、溢流孔开设和溢流管安装。

（1）钢管混凝土柱顶端开设排气、溢流孔是为了保证钢管柱在顶升混凝土时的一个关键装置，该装置在顶满前，作为钢管柱的排气孔，因为钢管柱内在混凝土往上顶升时，随着混凝土的上升而空气外排，若排气量与混凝土的进料量不成比例，进料量大于空气的排出量，会造成阻力增加，故要求钢管柱端排气孔排气量要大于混凝土的进料量。

（2）溢流管的安装泄压孔与排气孔的设置。在钢管柱的顶部原设计所留的4个 20的排气孔，还需要在顶部增加泄压孔，保证在最后阶段顶升过程中混凝土泵的的压力能够释放，不集中在钢管内部造成将钢管压爆的现象，需要在每个柱子的顶部开设 159mm的孔（大于进料孔直径），并在上部焊接长度200mm的 159的钢管，做泄压溢流使用。

（3）在距钢管混凝土柱底部300mm～500mm开一Φ145mm圆孔，以清除柱内积水、杂物及焊接单向阀。焊接单向阀，单向阀伸进钢管混凝土柱内的位置见图中所示。单向阀的盖板与水平方向的夹角宜为60°～70°，可通过伸出铰链背后的钢板调节固定。

（4）进料短管与柱肢的连接。基础顶面标高为-0.700m，而柱子插入基础内的深度不一，为防止混凝土自由下落的高度过高，在管柱±0.000标高开一进料孔。进料口的尺寸要稍大于进料短管直径3mm。焊接的进料短管为Dg125无缝钢管，焊接时一定要保证进料短管与钢管柱向下呈45°，进料短管的出口面呈水平，以减少混凝土进入钢管柱内直接喷射到管内壁，减少混凝土向上的顶升阻力。

4混凝土的顶升施工

（1）实施顶升前，必须要对已运至现场的混凝土的坍落度进行检查，要求混凝土的坍落度必须保持在规定要求的范围内。现场要设专人对混凝土坍落度进行测试，对检测结果予以记录。通过对钢管混凝土顶升施工和混凝土坍落度是影响混凝土顶升浇筑最关键的一环。

（2）进料短管与钢管必须焊接牢固，焊肉饱满，不得有漏焊和花焊，防止在顶升过程中因水平管的颤动而脱焊，造成顶升失败。

（3）浇筑时，计算好每个单元柱混凝土量，待所需混凝土运至施工现场后方可顶升（每个顶升单位的混凝土宜在2～3h内连续顶升完毕），防止混凝土在运输过程中耽搁造成顶升中断。

（4）非特殊要求的钢管柱内混凝土不需振捣，以防堵管，进料短管管口以下部分混凝土靠自由下落填满。为保证混凝土密实，采用附着式振捣器在钢管柱外部振捣时间不少于1min。在顶升过程中，要派专人对泵压进行计录，及顶入的实际混凝土量，并与理论计算混凝土量进行比较。

（5）在混凝土输送管与截止阀连接前，先泵送砂浆进行润滑，用于润滑输送管的水泥砂浆，不得替代混凝土注入钢管内。待砂浆泵送完毕，甭管口流出混凝土后再把泵管与截止阀用套箍连接好。endprint

（6）在泵送顶升过程中，严禁反泵，在更换车辆时要保证泵压连续。泵送时，料斗内混凝土不得少于其容量的2/3，以免在泵送过程中吸入空气。同时，顶升的速度不宜过快，应根据排气孔（钢管柱加强板上应留有开孔直径不小于158mm孔）的出浆情况控制顶升速度。

（7）混凝土顶升到位后（8.0m，其他柱端标高），输送泵衡压5min先让混凝土自由下沉5min左右，然后再泵送至相应虚高度，关闭截止阀，及时停泵，最后再拆除截止阀与混凝土泵管的输送管，关闭截止阀，将水平管拆除，将利用水平管内的剩余混凝土制作一组试块，作为观察是否初凝和终凝及同条件混凝土强度的依据，以便及时将逆止阀和进料短管拆除清洗，以备后用，混凝土顶升施工完毕。

（8）顶升完后，要及时清理被从排气孔流出的水泥浆污染的钢结构。

（9）在顶升过程中，采用小型监视器从柱顶部伸入柱内进行观察，随时掌握泵送顶升的全过程。

5、柱端细部施工技术

依据钢结构深化后的要求，柱端由8块-25×430× 754Q345C隔板形成八个空腔，如何充分有效的完成这部分的混凝土浇筑，是钢管柱混凝土浇筑的关键和最大的困难：

（1）从正截面的φ50中注意观察，当有混凝土浆液从空腔底部流出时，减慢浇筑速度，缓缓浇筑，待混凝土充盈整个空格，在这个过程中，剖面的φ20所在空格应从空腔隔板所留孔中流入直到完全充盈。自密实混凝土的塌落扩展度试配达到了680mm，可满足空格的要求；

（2）浇筑时，通过上下贯通的φ186导入混凝土；

（3）利用小振动棒通过正截面中的φ50孔加以振捣，也可通过该位置导入混凝土，以满足要求；

（4）浇筑完毕后，清除表面的浮浆，直到孔中露出石子。

（5）覆盖浇水养护。

五、混凝土的温度控制及养护

（一）大体积混凝土的热工计算

水泥为甘肃祁连山水泥有限责任公司生产的P·O 52.5级普通硅酸盐水泥，钢管柱直径在1.2m至2.0m。混凝土强度等级为C60，混凝土浇筑3d后为水化热高峰期，计算混凝土内部中心温度，由此判断混凝土出现温度裂缝的可能性。

1、最大绝热升温

Th=（ Mc +K·F）Q/C·P =76℃

2、混凝土中心温度

T1（3）=Tj+Th·ξ（3） =64℃

3.混凝土表层（表面下50～100mm处）温度

1）采用外包钢板养护：

hw=x·M（Tmax-T2）Kb·λw/（700Tj+0.28mc·Q） =0.084 m

2）混凝土表面保温层的传热系数

β=1/[Σδi/λi+1/βq]= 4.5

3）混凝土虚厚度

h'=k·λ/β=0.345m

4）混凝土计算厚度

H=h+2h' =2.69m

5）混凝土表层温度

T2（t）=Tq+4·h'（H-h'）[T1（t）-Tq]/H2=42.44℃

4.混凝土内平均温度

Tm（t）=[T1（3）+ T2（t）]/2=53.22℃

5.混凝土内部中心温度与表面温度差△T（t）1、混凝土表面温度与大气温度差△T（t）2

△T（t）1= T1（3）- T2（t） =21.56℃

△T（t）2= T2（t）- Tq=17.44℃

由此可见混凝土内部中心温度与混凝土表面温度差异、混凝土表面温度与大气温度差异没有高出不安全温差25℃的界限。

（二）钢管柱混凝土的养护

钢管柱混凝土浇筑后基本与外界隔绝了湿交换，除了顶升完成初凝后，即在混凝土的顶部表面蓄水养护，在蓄水时不应对表面产生冲刷，应将养护用水缓慢地倒在混凝土的表面，及时对养护用水更换，并记录其温度的变换。

在柱核心、距柱外皮50mm以内、柱顶2m以下设置一组测温点，测温线从柱顶留出，按照大体积混凝土的测温要求测温并作好记录，以控制和验证混凝土温度变化。

由于钢管的约束及隔绝了湿交换，采用了自密实混凝土，大体积混凝土的温度应力及自收缩得到了控制，所以这部分混凝土的温度控制只控制温度下降的速度，根据测温的情况，如果温度降温速度大于2℃·d-1

则采用对钢管柱包棉毯的办法，以控制钢管柱内混凝土的温度变化。

六、结语

该工程于2012年3月15日开工，2012年11月16日框架结构封顶，2012年11月20日地基与基础分部验收，2013年10月16日主体结构验收，兰州中川机場二期扩建工程航站楼工程的混凝土结构工程的施工质量完全满足设计文件及相关验收规范的有关要求。

本工程B、F区段共设有42根钢管柱，直径最大2m，最小1.2m，高度最高37.479m，最低20.332m。钢管内充填C60自密实混凝土。进行了多次试配，从原材料的优选，施工工艺的改进等方面入手，最终使各项性能达到了设计要求。 为确保混凝土施工质量，浇筑前由项目部试验员对每一罐混凝土的扩展度进行检测，全部达到要求。为及时准确掌握混凝土水化热的产生和发展情况，施工人员在钢管内埋置了测温传感器，实时采集数据，并用棉毯包裹钢管柱以控制温度变化。

本工程所处地域为昼夜温差大、气候干燥的地区，裂缝控制是本工程的一项重点。组织了“主体混凝土工程控制裂缝施工技术措施”专题专家论证会，从配合比、混凝土拌合、浇筑、养护等方面分析裂缝产生的原因，并提出相对应的防治措施。预拌混凝土在配合比上精益求精，在配料、搅拌方面严格控制；从浇筑、振捣、抹压、养护四大方面进行现场交底，在过程中严格控制标高和平整度，梁板等水平构件表面采用电动抹压机抹光压平，覆盖塑料薄膜和无纺布进行养护，由专人负责混凝土养护作业，确保混凝土强度的增长，避免了裂缝的出现。

参考文献：

[1]李新国，郭卿平，李新峰.双掺法配置高性能自密实混凝土柱施工技术[J].施工技术，377（41）；27-29.endprint