後包鋼管混凝土柱施工工法

《後包鋼管混凝土柱施工工法》是上海建工股份有限公司、浙江省二建建設集團有限公司完成的建築類施工工法；作者分別是胡玉銀、王美華、郁蕙、周軍、龔斌；適用範圍是工業、民用建築結構柱和公路橋樑的橋墩、柱的後包鋼管混凝土柱的加固施工。

《後包鋼管混凝土柱施工工法》主要的工法特點是：後包鋼管施工形成鋼管混凝土柱，占用的建築空間少；節省了支模、拆模的材料和人工費用，便於施工和管理，縮短了工期；提高了整個鋼管混凝土的綜合性能。

2009年10月19日，《後包鋼管混凝土柱施工工法》被中華人民共和國住房和城鄉建設部評定為2007-2008年度國家一級工法。

基本介紹

• 中文名：後包鋼管混凝土柱施工工法
• 工法編號：GJYJGF004-2008
• 完成單位：上海建工股份有限公司、浙江省二建建設集團有限公司
• 主要完成人：胡玉銀、王美華、郁蕙、周軍、龔斌
• 審批單位：中華人民共和國住房和城鄉建設部
• 主要榮譽：國家一級工法（2007-2008年度）

形成原因

隨著建築行業的不斷發展，截至2007年，混凝土柱加固的施工工藝形式逐漸多樣化並逐步走向成熟。加大截面法加固、置換混凝土加固、粘鋼加固、碳纖維加固等已廣泛套用到各類加固工程當中。然而隨著理論研究的深人，新設計理念和加固要求的產生，一些常規加固形式的缺點也逐漸暴露出來。如加大截面法減少了建築使用空間，置換混凝土加固構件的抗彎性能不足，碳纖維加固造價昂貴等。如何要求加固後的混凝土柱承載能力和抗震性能更強，而且滿足儘可能小的占用建築使用空間，更能符合設計、業主各方面的要求等，也成為科研工作者們積極關注和不斷研究的一個課題。中國民生銀行大廈改擴建工程混凝土結構柱根據設計要求將原混凝土結構柱後包鋼管形成鋼管混凝土柱。在施工過程中上海建工股份有限公司技術人員聯合設計單位，經過不斷的試驗摸索，以部分縮尺模型柱試件的軸壓試驗數據為依據，形成《後包鋼管混凝土柱施工工法》。

工法特點

《後包鋼管混凝土柱施工工法》的工法特點是：

1.與常規加大截面法相比，該工法通過後包鋼管施工形成鋼管混凝土柱，占用的建築空間少，能夠儘可能的滿足業主建築空間的使用要求。

2.通過後包鋼管作為外圍鋼模板，相比外圍搭設模板的其他混凝土柱加固工藝，避免了模板搭拆工序，節省了支模、拆模的材料和人工費用，便於施工和管理，同時縮短了工期。

3.通過後包鋼管施工並將混凝土柱芯與後包鋼管之間的縫隙用灌漿料填實形成的鋼管混凝土柱，通過後包鋼管對其內部混凝土的約束作用，能夠將鋼材和混凝土二者的優點結合在一起，提高了整個鋼管混凝土的綜合性能。

操作原理

適用範圍

《後包鋼管混凝土柱施工工法》適用於工業、民用建築結構柱和公路橋樑的橋墩、柱的後包鋼管混凝土柱的加固施工。

工藝原理

《後包鋼管混凝土柱施工工法》的工藝原理敘述如下：

混凝土柱在後包鋼管之前已經受力，屬於存在應力條件下的混凝土柱的加固。後包鋼管與混凝土芯柱與內灌漿形成共同受力體系，將鋼材和混凝土二者的優點結合在一起，形成性能優異的鋼管混凝土柱，增強了原混凝土芯柱的承載力及抗震性，從而能夠滿足加固設計要求。

施工工藝

• 工藝流程

《後包鋼管混凝土柱施工工法》的工藝流程是：

混凝土柱保護層鑿除→混凝土芯柱表面處理→混凝土芯柱測量→臨時擱置牛腿施工（後包鋼管工廠加工製作）→鋼管安裝→安裝質量檢驗→混凝土芯柱與鋼管間灌漿填實。

• 操作要點

《後包鋼管混凝土柱施工工法》的操作要點如下：

1.混凝土芯柱的測量前先根據設計要求鑿除原混凝土柱表面保護層。當設計對保護層的鑿除厚度無要求時，應鑿除至表面箍筋面為止。

2.混凝土芯柱表面處理時剔除柱表面鬆動的石子，刷除表面小顆粒。

3.根據每層縱橫軸線基準控制線，定位每根柱每層的外包鋼管完成後的外包邊界尺寸。通過對每根柱每層外包邊界與鑿除完成後的芯柱表面距離進行測量並數據匯總，通過比較可得出每根柱每層的偏移情況及從上到下整根芯柱的垂直度偏差情況（混凝土芯柱垂直度測量示意見圖1）。

圖1 混凝土芯柱垂直度測量示意圖

4.將測量成果數據提交設計方進行分析，當混凝土芯柱偏差導致外包鋼管無法施工時，應按照設計方要求進行調整。

5.每根柱應通過計算設定一定數量的臨時擱置牛腿，通過後置式埋件的形式固定在原混凝土柱鋼筋上，用於對後包的鋼管吊裝時進行臨時的擱置（臨時擱置牛腿見圖2）。

圖2 臨時擱置牛腿

6.嚴格按照設計圖紙加工製作後包的鋼管。鋼管運至現場後，先將鋼管通過氣割一分為二，形成兩個半片後分片進行運輸就位及吊裝。

7.鋼管構件垂直水平運輸過程分兩步：第一步通過塔吊從地面垂直運輸至樓層高處；第二步在施工樓層外圍邊緣設定鋼平台，鋼平台作為鋼構件垂直運輸轉化為平面運輸的中轉站，在平台上用液壓台車將構件運輸至夾層內的吊裝指定區域（鋼管運輸見圖3）。

圖3 鋼管運輸

8.鋼管吊裝時根據現場實際情況，靈活選擇起吊機械設備。條件允許的情況下可使用大型吊裝機械，派專人指揮進行吊裝控制，當吊裝機械無法直接安裝時，可採用卷揚機、神仙葫蘆等機具進行吊裝施工（鋼管吊裝見圖4、圖5）。

9.吊裝就位後將兩片鋼管通過電弧焊焊接的方式進行整體拼接，焊前檢查坡口、組裝間隙是否符合要求，焊縫周圍不得有油污、銹物。烘焙焊條應符合規定的溫度與時間。

10.要求根據現場實際情況選擇合適的焊接工藝，焊條直徑，焊接電流，焊接電弧長度等，通過焊接工藝試驗驗證等，焊接過程要求等速焊接，保證焊縫厚度、寬度均勻一致，同時應滿足鋼結構焊接的相關規範要求。

11.焊接完畢根據設計要求和施工及驗收規範的規定，進行焊縫探傷，並由相關部門出具探傷報告。同時要求Ⅰ、Ⅱ級焊縫不得有裂紋、焊瘤、燒穿、弧坑等缺陷。Ⅱ級焊縫不得有表面氣孔、夾渣、弧坑、裂紋、電弧擦傷等缺陷，且Ⅰ級焊縫不得有咬邊、未焊滿等缺陷。

12.鋼管吊裝焊接完畢並驗收通過後，正式灌漿前應提前24對混凝土加固段進行充分的澆水預濕。灌漿過程應持續不間斷，嚴格根據材料參數控制配比和攪拌時間，充分讓灌漿材料自流，並控制灌漿的速度。下料時灌漿料斗按一定方向繞圈灌注，確保均勻（灌漿見圖6）。

圖6 灌漿

13.灌漿期間套用榔頭不間斷輕觸鋼管外壁，促進管內漿體下落以及空氣的排出，確保灌漿層的緻密性。在灌漿作業時嚴禁在鋼套筒上進行焊接作業，以免焊接時的高溫影響鋼套筒內灌漿料的性能。

勞動力組織

採用《後包鋼管混凝土柱施工工法》施工時，根據工作量合理安排勞動力。每根混凝土柱鋼管內灌漿勞動力配備表見表1。

材料設備

《後包鋼管混凝土柱施工工法》所用的材料及設備明細如下：

1.按設計要求的鋼材、灌漿料、內壁鋼筋，焊條。

2.灌漿料攪拌機，電焊機。

3.鋼刷、卷揚機、神仙葫蘆、鋼絲繩。

質量控制

《後包鋼管混凝土柱施工工法》的質量控制要求如下：

一、工程質量控制標準

1.《混凝土結構工程施工質量驗收規範》GB50204；

2.《建築工程施工質量驗收統一標準》GB50300；

3.《鋼結構工程施工質量驗收規範》GB50205；

4.《建築鋼結構焊接規程》JGJ81；

5.《高層民用建築鋼結構技術規程》JGJ99；

6.《混凝土結構加固技術規範》CECS25：90。

二、質量保證措施

1.施工前制訂後包鋼管混凝土柱施工方案，並嚴格按照方案要求進行技術交底。

2.混凝土柱表面鑿毛時需確保表面鬆動的石子剔除完畢，表麵粉塵清理乾淨。

3.焊接材料應符合設計要求和有關標準的規定，應檢查質量證明書及烘焙記錄。Ⅰ、Ⅱ級焊縫必須經探傷檢驗，檢查焊縫探傷報告。

4.鋼結構焊接時嚴禁隨意在焊縫外母材上引弧。焊接完成後嚴禁撞砸接頭，嚴禁往剛焊完的鋼材上澆水。

5.嚴格控制灌漿材料的配比。

6.施工過程中應該做好過程控制。

7.材料進場應檢查合格證、質保書、檢測報告，隱蔽工程驗收記錄，鋼結構施工檢驗批質量驗收記錄表，焊接質量檢驗報告、探傷報告。

安全措施

採用《後包鋼管混凝土柱施工工法》施工時，除應執行國家、地方的各項安全施工的規定外，尚應遵守注意下列事項：

1.所有參加施工的作業人員必須經安全技術操作培訓合格後方可進人現場進行施工。特殊工種必須持有操作證上崗作業，嚴禁無證上崗作業。各工種、各工序施工前均應由施工人進行書面交底後方可進行施工作業。

2.施工現場的電氣設備設施必須制定有效的安全管理制度，現場電線，電氣設備設施必須應有專業電工經常檢查整理。凡是觸及或接近帶電體的地方，均應採取絕緣保護以及保持安全距離等措施。

3.嚴格動用明火審批手續，動用明火必須同步做好防護監控措施，做到“兩證一器一監護”。

4.電焊機必須一機一閘、一漏、一箱，並裝有隨機開關，一、二次線接頭應有防護裝置，二次線套用線鼻子連線，焊機外殼必須有良好的接地。現場電焊機設定空載保護器。

5.用電設備及線路絕緣良好，電氣設備及裝置的金屬部位保護接地。電箱開關、插座按規定位置固定，不歪斜不鬆動，接線端子接頭不鬆動，外殼作保護接零。

6.施工中操作工人必須配備必需勞防用品，操作工人穿戴工作服，佩帶安全帽。

7.後包鋼管混凝土柱施工全過程現場必須有專職人員全程監督。

環保措施

《後包鋼管混凝土柱施工工法》的環保措施如下：

1.在後包鋼管混凝土柱施工中，主要的環境污染包括噪聲、廢料、粉塵等，在不同的施工地段，環境保護的要求和措施不同，除符合該施工工法外，在特殊環境下，還應符合當地特別要求。

2.在後包鋼管混凝土柱施工過程中，噪聲的來源包括混凝土結構表面鑿毛的噪聲、材料搬運的噪聲、鋼管吊裝施工時的噪聲。在施工期間加強噪聲控制，嚴格按環保要求的控制指標組織施工，安排合適的施工時間，並設定必要的噪聲防護措施，減少對周邊的噪聲污染。

3.對於施工期間產生的廢料及其他污染物，主要包括材料使用時產生的廢料、包裝材料、電焊殘渣等，應在指定地點集中堆放，在夜間按環保要求運輸至場外指定地點進行處理。

4.對進出場道路及車輛應做好保潔工作，降低粉塵等對周邊環境污染。

5.對產生的廢水需設定沉澱過濾裝置，滿足環保要求後方可排出。

效益分析

《後包鋼管混凝土柱施工工法》的效益分析如下：

1.該工法施工方便，施工進度快，減免了模板搭拆、材料養護等環節，節約工期。

2.通過後包鋼管混凝土柱的施工方法，能夠將鋼材和混凝土性能結合起來，發揮了各自的材料優勢，同時避免加大截面法加固造成的建築使用空間的減小，形成的後包鋼管混凝土柱各方面綜合性能優異，能夠廣泛的套用，取得了一定的經濟效益和社會效益。

套用實例

《後包鋼管混凝土柱施工工法》的套用實例如下：

中國民生銀行大廈改擴建工程位於上海浦東新區陸家嘴金融貿易區內，浦東南路100號。工程由中國民生銀行股份有限公司投資，華東建築設計研究院設計，上海建科建設監理諮詢有限公司監理，上海建工股份有限公司總承包，上海市第七建築有限公司主建。

改建後結構框一筒形式不變，樓面體系採用鋼樑和壓型鋼板樓面，主樓24根混凝土結構柱從下到上共32層全部加固成為後包鋼管混凝土柱。根據設計要求，混凝土柱外包的鋼管厚度2厘米，樑柱節點處厚度3厘米，鋼管內壁焊接環向鋼筋，鋼筋直徑為18毫米，環筋間距300毫米。鋼管與混凝土材料之間採用UGM無收縮高強灌漿料填實。該工程採用的後包鋼管混凝土柱施工工法，能夠滿足設計對混凝土結構柱的加固質量要求，並且通過鋼管、內壁鋼筋和灌漿料的共同作用，形成改建後的鋼管混凝土柱，其承載力高、延性好，抗震性能優越，取得了成功。

外包鋼管混凝土柱：外包鋼管內壁焊環形鋼筋示意圖（圖7），現場外包鋼管（圖8），鋼管內壁焊環形鋼筋（圖9），灌漿完成（圖10），外包鋼管混凝土柱完成（圖11）。

圖7 外包鋼管內壁焊環形鋼筋示意圖

榮譽表彰

2009年10月19日，中華人民共和國住房和城鄉建設部以“建質[2009]162號”檔案發布《關於公布2007-2008年度國家級工法的通知》，《後包鋼管混凝土柱施工工法》被評定為2007-2008年度國家一級工法。