高拋免振搗混凝土施工工法

(編號(hào)：SZJXGF01-2004)

中鐵建工集團(tuán)有限公司深圳分公司

一,、前言

    高拋免振搗混凝土采用的是高位拋落法，即拌合物是具有很高的流動(dòng)性且不離析,、不泌水,、不經(jīng)振搗或少振搗而利用澆筑過程中高處下拋時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)能來實(shí)現(xiàn)自流平并充滿鋼管柱的混凝土。

    高拋免振搗混凝土的生產(chǎn),、施工在我集團(tuán)公司尚屬首次,，通過進(jìn)行高拋免振搗混凝土施工的科研攻關(guān)，（試配混凝土配合比和現(xiàn)場澆灌模擬試驗(yàn)）并結(jié)合國內(nèi)外高拋免振搗混凝土施工的成功經(jīng)驗(yàn),，依據(jù)國家現(xiàn)行規(guī)范,，總結(jié)了一套行之有效的施工工法。

二,、特點(diǎn)

•  使用功能上的特點(diǎn)

     高拋免振搗混凝土的重要特征是必須從高處拋落,，使混凝土利用其自身重量由高處拋落時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)能來實(shí)現(xiàn)自流平并充滿管柱。

•  施工方法上的特點(diǎn)

    目前,，鋼管柱混凝土的澆筑方法主要有兩種：高位拋落澆灌法和泵送頂升法,。本工法系指高位拋落澆灌法，它與泵送頂升法相比具有以下特點(diǎn)：

•  從澆筑形式上看,，本工法所采用的澆筑方法是從上往下,，在高位往下拋落。泵送頂升法是從低位將混凝土注入鋼管,，由下往上,，直至鋼管內(nèi)注滿混凝土。

•  從施工準(zhǔn)備上看,，泵送頂升法比本工法施工準(zhǔn)備時(shí)間長,。

•  從施工過程的控制程序上看，泵送頂升法比本工法的控制程序復(fù)雜,。

•  從施工裝置上看,，泵送頂升法的施工裝置要比本工法復(fù)雜。泵送頂升法要有止流裝置,、短管等,。泵送頂升法還需在鋼管柱上開進(jìn)料口和設(shè)置卸壓孔洞，輸送設(shè)備要求比較高,。而本工法無需在鋼管柱上開孔和進(jìn)行補(bǔ)焊,。

三、適用范圍

    高拋免振搗混凝土施工方法是適用于管徑大于 350mm ,，高度不小于 4m 鋼管混凝土柱,。

四、工藝原理

    高拋免振搗混凝土的工藝原理是采用合理的配合比,，使混凝土拌合物具有很高的流動(dòng)性,，在高空拋落中不離析、不泌水,，不經(jīng)振搗或少振搗而利用澆筑過程中在高處下拋時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)能達(dá)到自密實(shí)的要求,。

五、工藝流程及操作要點(diǎn)

•  工藝流程

    現(xiàn)場鋼管柱的施工程序?yàn)椋喊惭b第 K 層的空鋼管體系 → 支設(shè)第 K 層樓板的梁,、柱模板 → 穿第 K 層的梁,、柱鋼筋并綁扎 → 澆筑第 K 層樓板混凝土 → 搭設(shè)第 K ＋ 1 層梁板模板 → 安裝第 K ＋ 1 層的空鋼管體系 → 布設(shè)泵管 → 澆筑第 K 層的鋼管混凝土 → 穿第 K ＋ 1 層的梁、柱鋼筋并綁扎……如此循環(huán),。

•  操作要點(diǎn)

•  澆筑時(shí)管內(nèi)不得有雜物和積水,，先澆筑一層 100~200mm 厚與混凝土強(qiáng)度等級(jí)相同的水泥砂漿，以防止自由下落的混凝土粗骨料產(chǎn)生彈跳,。

•  泵管出料口需伸入鋼管內(nèi),，利用混凝土下落產(chǎn)生的動(dòng)能來達(dá)到混凝土的自密實(shí)。

•  當(dāng)拋落的高度不足 4m 時(shí),，用插入式振搗棒密插短振,，逐層振搗。振搗棒垂直插入混凝土內(nèi),，要快插慢拔,，振搗棒應(yīng)插入下一層混凝土中 5 ～ 10cm 。振搗棒插點(diǎn)按梅花形均勻布置,，逐點(diǎn)移動(dòng),，按順序進(jìn)行，不得漏振,，每點(diǎn)振搗時(shí)間不少于 60s ,。管外配合人工木槌敲擊，根據(jù)聲音判斷混凝土是否密實(shí),，每層振搗至混凝土表面平齊不再明顯下降,，不再出現(xiàn)氣泡，表面泛出灰漿為止,。

•  除最后一節(jié)鋼管柱外,，每段鋼管柱的混凝土，只澆筑到離鋼管頂端 500mm 處,，以防焊接高溫影響混凝土的質(zhì)量,。

•  除最后一節(jié)鋼管柱外，每節(jié)鋼管柱澆筑完，應(yīng)清除掉上面的浮漿,，待混凝土初凝后灌水養(yǎng)護(hù),，用塑料布將管口封住，并防止異物掉入,。安裝上一節(jié)鋼柱前應(yīng)將管內(nèi)的積水,、浮漿、松動(dòng)的石子及雜物清除干凈,。

•  當(dāng)最后一節(jié)澆筑完畢后,，應(yīng)噴涂砼養(yǎng)護(hù)液，用塑料布將管口封住,，待管內(nèi)混凝土強(qiáng)度達(dá)到要求后,，用與混凝土強(qiáng)度相等的水泥砂漿抹平，蓋上端板并焊好,。

•  澆筑過程中,，必須由專人對(duì)混凝土的質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)控，及時(shí)作好塌落度檢測,，對(duì)有和易性,、塌落度不達(dá)標(biāo)等現(xiàn)象的混凝土堅(jiān)決不準(zhǔn)使用。每臺(tái)班混凝土取樣不少于 2 組,。

六,、材料：

•  膠凝材料

    可選用硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥和礦渣硅酸鹽水泥,。水泥應(yīng)具有較低的需水性,，同時(shí)還應(yīng)考慮其與高效減水劑的相容性。摻用的礦物細(xì)摻料也應(yīng)具有低需水性,、高活性,。綜合考慮后宜采用強(qiáng)度等級(jí)為 42.5 的硅酸鹽水泥。

•  骨料

    骨料的粒徑,、尺寸和級(jí)配對(duì)高拋免振搗混凝土拌合物的施工性,，尤其拌合物通過的間隙影響很大。高拋免振搗混凝土的骨料采用粒徑 5mm~25mm 的石子,、粒徑 5mm~10mm 的小石子,，細(xì)度模數(shù)為 3.0 ～ 2.6 的中砂。粗骨料的最大粒徑,，當(dāng)使用卵石時(shí)為 25mm ,，使用碎石時(shí)為 20mm 。施工過程中嚴(yán)格控制砂中粉細(xì)顆粒的含量和石子的含泥量,，砂子的含泥量一般不宜大于 2% ,，石子的含泥量一般不宜大于 1% ,。砂中粉細(xì)顆粒含量通過 0.16 mm 篩孔量不小于 5% 。

•  外加劑

    對(duì)高拋免振搗混凝土外加劑性能的要求為：有優(yōu)質(zhì)的流化性能,，保持拌合物的流動(dòng)性,、合適的凝結(jié)時(shí)間與泌水率、良好的泵送性,；對(duì)硬化混凝土的力學(xué)性質(zhì)、干縮和徐變無不良影響,，耐久性（抗凍,、抗?jié)B、抗碳化,、抗鹽浸）好,。同時(shí)為避免鋼管與混凝土間的微小空隙，必須在混凝土中加入微膨脹劑,。

•  摻合料

    摻合料采用Ⅰ級(jí)粉煤灰,。

•  . 配合比

    高拋免振搗混凝土的配合比應(yīng)滿足拌合物施工性能的要求。因此,，與相同強(qiáng)度等級(jí)的普通混凝土相比,，它具有較大的漿骨比，砂率較大,，細(xì)摻料用量多,。為了保證耐水性，水膠比一般不宜大于 0.4 ,。采用如下配合比設(shè)計(jì),。

•  性能指標(biāo)

    強(qiáng)度等級(jí)： C50 ，塌落度 S IP ≥ 255mm ,，擴(kuò)展度≥ 600mm ,，充填性 H ≤ 5mm ，流動(dòng)性≥ 700mm ,，抗離析性△ G ≤ 7% ,，保塑性 90min 內(nèi)。

七,、機(jī)具設(shè)備

•  混凝土輸送泵,。

•  混凝土輸送管：規(guī)格可選φ 100 、φ 125 和φ 150mm 等,，并配有各種拐彎角度的短管,。

•  振搗棒。

•  混凝土輸送泵應(yīng)備有足夠功率和穩(wěn)定電壓的電源,。同時(shí)應(yīng)備有應(yīng)急發(fā)電設(shè)備,。

•  澆筑現(xiàn)場與混凝土攪拌站以及澆筑現(xiàn)場的前,、后臺(tái)之間必須有可靠的通訊聯(lián)絡(luò)設(shè)備。 八,、勞動(dòng)力組織和安全

•  勞動(dòng)力組織

本工法的勞動(dòng)力配備如下：

•  施工中的安全措施

•  操作平臺(tái)應(yīng)搭設(shè)牢固,，施工人員在上面操作時(shí)必須系好安全帶。

•  使用振搗棒的作業(yè)人員,，應(yīng)穿膠鞋,，戴絕緣手套，使用帶有漏電保護(hù)的開關(guān)箱,。

•  夜間作業(yè),，應(yīng)有足夠的照明設(shè)備，并防止眩光,。

•  清管時(shí),，管端應(yīng)設(shè)置擋板或安全罩，嚴(yán)禁在管端站立人員,，以防噴射傷人,。

•  拆除泵管接頭時(shí) , 應(yīng)先進(jìn)行多次反抽，卸除管道內(nèi)混凝土壓力 , 以防混凝土噴出傷人,。

九,、質(zhì)量要求

•  本工法執(zhí)行的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

    本工法主要執(zhí)行的是《高強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》、《鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程》,。

（二）檢查質(zhì)量的方法

（ 1 ）敲擊法,。即通過聲音來分析管內(nèi)混凝土是否密實(shí)。用質(zhì)檢專用的 3 號(hào)鋼錘進(jìn)行敲擊檢查,，每層每根鋼管柱進(jìn)行全檢,， 7 天、 28 天共兩次（敲擊時(shí)間不宜過早,，以免影響混凝土與鋼管壁的粘結(jié)）,。檢查方法為沿柱周邊取等距離若干個(gè)點(diǎn)，從柱底敲至柱頂,。注意：正常情況下,，由于鋼管混凝土柱由于兩端固定的原因，振幅不同,，柱中間與柱兩端的敲擊聲響不一致,。如出現(xiàn)第三種聲音，則視為異常,。

（ 2 ）超聲波檢測法,。對(duì)鋼柱內(nèi)的砼是否密實(shí),，可用超聲波進(jìn)行逐個(gè)檢查。測試頻率宜選擇在 40-100KHZ 范圍內(nèi),。

（三）管內(nèi)混凝土的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和檢驗(yàn)方法

    一般情況下,，按柱子數(shù)量的 25% 抽查，但不少于 3 根柱子,。檢驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)和方法見下表：

（四）混凝土缺陷的處理

    如發(fā)現(xiàn)局部混凝土不密實(shí)，應(yīng)在鋼管壁上鉆孔并壓漿補(bǔ)強(qiáng),，壓漿補(bǔ)強(qiáng)后將鉆孔塞焊補(bǔ)平,。

十、效益分析

（一）技術(shù)效益

    高拋免振搗混凝土技術(shù),，是對(duì)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)施工工藝的進(jìn)一步完善,，可減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度,，避免人為影響混凝土質(zhì)量的因素,，有效地控制混凝土的質(zhì)量，加快施工進(jìn)度,。

表一：同種配合比情況下混凝土振搗與自密實(shí)強(qiáng)度對(duì)比

表二：數(shù)據(jù)記錄

    從結(jié)果可以看出 , 高拋免振搗混凝土的 3 天強(qiáng)度已經(jīng)達(dá)到要求的 C50 混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí),，滿足施工需要。

（二）經(jīng)濟(jì)效益

    深圳市民中心（中區(qū)）工程共完成鋼管柱 3458.86 噸,，澆筑強(qiáng)度等級(jí)為 C50 的高拋免振搗混凝土 2710.4m 3 ,，普通 C50 混凝土單價(jià)為 469.2 元 / m 3 ，免振搗混凝土單價(jià)為 544.3 元 / m 3 ,，原材料成本增加支出金 20.36 萬元,。采用高拋免振搗混凝土后節(jié)約人工、機(jī)械等施工費(fèi)用 19.78 萬元,，節(jié)約機(jī)械臺(tái)班費(fèi) 14.82 萬元,，綜合后共降低成本 14.24 萬元，平均每方混凝土節(jié)約 52.5 元,，節(jié)約率達(dá) 9.6% ,。

    雖然材料成本較普通混凝土有大幅度提高，但采用高拋免振搗混凝土后加快了施工速度,、減少勞動(dòng)強(qiáng)度,、保證了工程質(zhì)量，降低了施工成本,，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益,。

（三）社會(huì)效益

    吸引了各方面專家學(xué)者前來工地考察，新聞媒體對(duì)工程的進(jìn)展進(jìn)行了全方位的報(bào)道,，為公司贏得了良好的社會(huì)效益,。

十一,、應(yīng)用實(shí)例

（一）深圳市民中心工程

    深圳市民中心工程位于深圳市福田中心區(qū)，中區(qū)部分地下 2 層,，方塔 15 層,，圓塔 12 層，其主體結(jié)構(gòu)為鋼－鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),，共有鋼管柱 70 根,，其中圓塔 14 根，方塔 56 根,。鋼管柱安裝工程量為 3458.86 噸,，共澆筑強(qiáng)度等級(jí)為 C50 的高拋免振搗混凝土 2710.4m 3 。施工中高拋免振搗混凝土的實(shí)際拌制情況如下：

•  原材料

•  水泥：湖南“韶峰” P.O.42.5 水泥,。

•  外加劑：深圳市兆深公司 KFDN-SP3000 高性能早強(qiáng)型混凝土外加劑,，減水率達(dá)到 40% 。

•  摻合料：深圳媽灣電廠Ⅰ級(jí)粉煤灰,。廣西“云燕” AEA 抗裂防水膨脹劑,。

•  砂子：東莞中砂，含泥量 1.6 ％,，泥塊含量 1.0% ,，

•  石子：深圳鹽田 5-25mm 碎石，含泥量 0.3% ,，泥塊含量 0.15% ,，壓碎指標(biāo) 9.7% 。深圳華達(dá)石場 5-10mm 碎石,，含泥量 0.9% ,。

•  水泥確定

    為確定水泥的品種，選用了“韶峰”,、“華潤”,、“銀羊”三種品牌的水泥進(jìn)行試驗(yàn)，其結(jié)果如下表：

    從上述試驗(yàn)中可以看出,，“銀羊”水泥在靜停 1h 后塌落度和擴(kuò)展度損失太大,，“韶峰”水泥水灰比為 0.32 時(shí)， 28 天抗壓強(qiáng)度能滿足 C50 混凝土抗壓強(qiáng)度要求,，塌落度,、擴(kuò)展度在靜停 1h 后仍能滿足高拋免振搗自密實(shí)混凝土的性能指標(biāo)。 •  配合比

   水灰比為 0.32 時(shí),，減水劑的摻量對(duì)塌落度的影響試驗(yàn),，結(jié)果如下圖：

    通過上述試驗(yàn)，可知 KFDN-SP3000 摻量在 4.0%-4.6% 區(qū)間較為合適,。通過近一步試驗(yàn),，流動(dòng)度也能滿足要求,，但充填性試驗(yàn)達(dá)不到指標(biāo)要求。通過加大砂率及加大粉煤灰摻量等方法,，使混凝土的各項(xiàng)指標(biāo)均能滿足要求,。

（ 1 ）混凝土的配合比最終確定如下表：

（ 2 ）混凝土配合比的性能指標(biāo)如下表：

（ 3 ）抗離析性能試驗(yàn)，結(jié)果見下表：

注： △ G=［（G 1 /H 1 - G 2 /H 2 ）］/［（G 1 + G 2 ）/（H 1 +H 2 ）］式中：

△G為抗離析性,，H 1 為一腔的混凝土重量,，H 2 為另一腔的混凝土重量，H 1 為一腔的粗骨料重量,，H 2 為另一腔的粗骨料重量,。

（ 4 ）混凝土各齡期抗壓強(qiáng)度如下表：

28 天強(qiáng)度 65.9Mpa ，滿足施工需要,。 3 ．現(xiàn)場試驗(yàn)

（ 1 ）現(xiàn)場測試混凝土塌落度為 26.5cm ,，塌落擴(kuò)展度為 700mm ，流動(dòng)度為 900mm ,，充填性為 5mm ,。

（ 2 ）現(xiàn)場進(jìn)行了免振和振搗兩種施工方法的對(duì)比試驗(yàn)，留置試件各齡期抗壓強(qiáng)度如下表：

    通過上述用免振方法和振搗方法成型的兩組試驗(yàn)結(jié)果,， 28d 抗壓強(qiáng)度分別為 68.2Mpa和67.6Mpa,，偏差僅為0.6Mpa,，說明免振搗成型對(duì)高拋免振搗自密實(shí)混凝土的強(qiáng)度沒有任何影響,。

（二） 深圳賽格群星廣場工程

    深圳賽格群星廣場工程，安裝鋼管柱 11 根,，總高度 112.9m ,，澆注高拋免振搗鋼管混凝土 1403.8m 3 ，地下 3 層～地上 12 層的強(qiáng)度等級(jí)為 C60 ,， 13 層～ 29 層的強(qiáng)度等級(jí)為 C50 ,。

（三）深圳港豐大廈工程

    深圳港豐大廈工程，用強(qiáng)度等級(jí)為 C45 的高拋免振搗混凝土對(duì)主體鋼筋混凝土柱加固,，每層 16 根,，原截面尺寸為 1500 × 1200mm ，加固完截面尺寸為 1700 × 1400mm ,，加固從地下室至轉(zhuǎn)換層,，地下室柱長 10 m ，地上五層,，每層層高 5.5 m ,，總加固高度為 37.5m