关键词：钢管混凝土；泵送顶升 

 

1 引言 

 

近年来，越来越多的大跨度无站台柱雨棚在我国火车站的建设中投入使用，而钢管混凝土柱以其造型流畅、结构受力性能好、截面尺寸 经济 等优势在无站台柱雨棚中得到广泛应用。钢管混凝土（concrete filled steel tube，简写为CFST）是由混凝土填入钢管内而形成的一种新型组合结构。钢管混凝土结构可使混凝土处于侧向受压状态，其抗压强度可成倍提高，同时由于混凝土的存在，提高了钢管的刚度，两者共同发挥作用，从而大大地提高了承载能力。钢管混凝土主要以轴心受压和作用力偏心较小的受压构件为主，具有良好的受力性能和施工性能，具体表现为：承载力高、延性好，抗震性能优越；施工方便，工期大大缩短；有利于钢管的抗火和防火；耐腐蚀性能优于钢结构。 

 

 

2 张家界无站台柱雨棚工程简介 

 

 

张家界无站台柱雨棚33773m2,主体结构采用双肢钢管混凝土组合柱支撑倒三角形钢管桁架结构，横向跨度最大达到26.25m、纵向柱距为25m,共有46榀双肢钢管混凝土组合柱需要浇注C40混凝土。每榀钢柱由2根φ630×16的钢管焊接而成，变肢距１.2～３m，其中7榀浇灌高度为29.75m，其余 39榀浇灌高度为23.75m。 

 

3 钢管混凝土柱泵送顶升的特点 

 

钢管混凝土柱浇灌已广泛使用的有开孔浇灌法、高位抛落法等施工方法。张家界无站台柱雨棚根据钢管混凝土柱变肢距这一特点采用在管柱下部开临时浇灌孔，用混凝土泵自下而上灌注混凝土的泵送顶升法施工。采用泵送顶升法施工，在混凝土浇灌过程中不需振捣，可节省大量的混凝土用工和机械；由于混凝土从柱根向上顶升逆向浇灌，利用混凝土的重力自密实，比传统施工工艺浇灌的混凝土更加密实、均匀，并较好地杜绝了采用高位抛落法在变肢距处出现离析、烂根等质量通病；由于双肢柱在柱脚底部连通，利用连通器原理只需在任一肢柱上开孔就可以同时将一榀双肢柱浇灌完毕，极大提高了施工效率；同时不搭设高空脚手架，减少了高空作业量,在安全保障方面可有较大改善,并且具有时间短、费用低等优点。 

 

 

4 混凝土泵送顶升浇灌工艺原理 

 

 

 在钢管混凝土柱的底部管壁上开一个比输送管略大的孔洞,用输送管将混凝土输送泵的出口与之连接, 利用混凝土泵的压力将自密实混凝土自下而上挤压顶升灌入钢管内，直至管内注满混凝土。钢管柱顶部设置溢流排气孔，以减少泵送压力。在钢管柱下部接口的接管上设置止流闸防止砼倒流。 

 

5 混凝土泵送顶升浇灌施工工艺流程 

 

6 混凝土泵送顶升浇灌施工操作要点 

 

 

（1）泵送混凝土配合比：除必须满足混凝土设计强度和耐久性的要求外，尚应使混凝土满足可泵性要求，使水灰比小、坍落度大，减少混凝土收缩，强度、均匀性和凝聚性均优于普通同强度等级的塑性混凝土。在混凝土中同时掺加减水剂和膨胀剂，可使混凝土拌和物泌水率减小，含气量增加，和易性改善，从而满足泵送要求，可采用压力泌水试验结合施工经验进行控制，一般10S时的相对压力泌水率S10不宜超过40%。

 

S 10 =V10 / V 140 （V 10、V140-混凝土加压至10S和140S时的泌水量） 

 

粗骨料选用最大粒径与输送管径比对碎石不宜大于1：3，对卵石不宜大于1：2.5，细骨料宜采用中砂细度模数为2.0，同时掺合适量Ⅱ级粉煤灰，混凝土水灰比宜为0.4~~0.6，外加剂可选用高效缓凝减水剂增加砼的初凝时间，同时掺入10%的UEA膨胀剂使砼浇灌后微膨胀，以补偿收缩达到密实。 

 

（2）对混凝土输送泵工作压力的要求：顶升过程中，混凝土在钢管内呈“泉涌状”上升，混凝土输送泵工作压力与泵产品性能、状况、泵送高度、泵送水平距离和混凝土坍落度及和易性有关。施工前要根据现场实际水平泵送距离及泵送管路的设置 计算 压力损失（具体见压力损失换算表），为减少泵送压力损失，输送泵与钢柱间距离不宜过大，以确保输送泵的有效工作压力达到10～16MPa。

 

（3）柱肢与混凝土输送管的连接：在距钢管混凝土柱底部约800mm的位置开一个进料口，进料口的尺寸比进料短管大3mm，焊接的进料短管采用混凝土泵管制作，焊接时须保证进料短管与钢管柱向下呈450，进料短管的出口面呈水平状态以防止混凝土进入钢管柱后直接喷射到管内壁，减小混凝土向上的顶升阻力（详见图2）。进料短管与钢管柱之间采用焊接，焊缝高度不小于壁厚。为防止施工时进料口处振动剧烈，将进料口与钢管柱之间的焊缝撕裂，在进料短管周围均匀地加焊加强筋板。 

 

（4）止流阀的制作、安装：为防止在拆除输送管时混凝土回流, 需在连接短管上设置一个止流装置，其形式可以是闸板式的（详见图3），或者是插楔式的。为防止在混凝土泵送顶升浇灌过程中闸板缝漏气,需用黄油涂缝，或者加设一个密封圈垫在闸板缝内。混凝土泵送顶升浇灌结束后,控制泵压2～3ｍｉｎ,然后略松闸板的螺栓,打入止流闸板,即可拆除混凝土输送管,转移到另1根钢管柱浇筑。待混凝土强度达70% 

 

后切除连接短管,补焊洞口管壁,磨平、补漆。补洞用的钢板宜为原开洞时切下的。 

 

（5）卸压孔：采用泵送顶升浇灌工艺，钢管柱顶端必须设溢流卸压孔或排气卸压孔。溢流卸压孔的面积应不小于混凝土输送管的截面面积，并将洞口适当接高，以填充混凝土停止泵送顶升浇灌后的回落空隙。 （6）在混凝土泵送顶升浇灌作业中注意事项： 

 

①顶升前必须对进料短管、弯头、止流阀进行全面的检查，进料进料短管与钢管须焊接牢固，以免顶升时因水平管颤动而脱焊，造成顶升失败。 

 

②及时做好混凝土坍落度及坍落扩展度的检测。 

 

③同一钢管内的砼顶升必须连续进行。 

 

④顶升前和首次顶升后续接砼管时都必须用与砼相同标号的水泥砂浆润管。 

 

⑤用于润滑输送管的水泥砂浆不得替代混凝土注入柱内。 

 

⑥对钢柱上开启的雨水管、电力及信号预埋管在施工前密封好。 

 

⑦不可进行外部振捣，以免泵压急剧上升，甚至使浇筑被迫中断。 

 

⑧当混凝土中石子从卸压孔洞中溢出以后稳压2～3min方可停止泵送顶升浇灌。等待2～3min后再插入止回流阀的闸板，混凝土顶升浇灌施工完毕。顶升完后及时清理被水泥浆污染的钢结构。 

 

 

7 施工质量控制 

 

 

在施工中严格遵照《钢管混凝土结构设计与施工规程》、《自密实高性能混凝土技术规程》、《混凝土泵送施工技术规程》和《建筑工程质量检验评定标准》的有关规定，尤其要求：

 

（1）泵送混凝土采用的水泥、砂、石子、水、掺和料、外加剂等原材料技术指标必须符合国家标准规定。特别是骨料粒径，含泥量、含水率应经常检测，根据检测结果及时调整配合比。 

 

（2） 混凝土添加的水泥掺和料、外加剂均应有合格证和出厂检测报告。 

 

（3）现场随时检查混凝土的坍落度，不符合要求的及时通知搅拌站。 

 

（4）柱内混凝土的质量检验，其标准试样的取样符合《混凝土强度检验评定标准》的要求。加强混凝土试块质量管理，专人负责制作、养护、保管及送检，以试验报告作为检验工程质量和交工的依据。 

 

（5）钢管混凝土施工必须符合《钢管混凝土结构设计与施工规程》（CECS28：90）的要求，浇灌质量可用敲击钢管的方法进行初步检查，为了对钢管混凝土柱的核心混凝土质量和钢管混凝土柱的完整性有一个更 科学 的结论，在现场施工时除按《混凝土强度检验评定标准》(GBJl07-87)留置试块的方法检验混凝土的强度外，可采用应力波脉冲反射波法和直达波法对钢管混凝土柱完整性进行了检测。 

 

（6）对不密实的部位，应采用钻孔注浆法进行补强，然后将钻孔补焊封闭。 

 

8 安全措施 

 

 

除应执行相关安全施工措施规定外，尚应遵守注意下列事项： 

 

（1）施工作业人员必须了解和掌握技术操作要领，特殊工种（如输送泵操作人员、电焊工等）应持证上岗。 

 

（2）混凝土浇灌前，应对截止阀、输送管的布管及接头等进行检查，符合要求后方可开机进行空运转。 

 

（3）在混凝土浇灌过程中，截止阀旁严禁站人。 

 

（4）现场道路要平整畅通，保证混凝土输送泵平稳运行。 

 

（5）混凝土运输车出场前应清理下料斗，防止混凝土滴洒，经洗车台洗车后方可离场。 

 

9 结束语 

 

 张家界无站台柱雨棚钢管混凝土柱混凝土浇灌采用泵送顶升法施工，全部46榀钢柱一次性顶升至设计标高，施工完成后采用敲击法检查钢管混凝土的密实性，未发现空鼓现象，并对拉索及桁架连接处进行了超声波检测，也未发现明显收缩相象。