《鋼管內混凝土澆注施工工法》是浙江國泰建設集團有限公司、宏潤建設集團股份有限公司完成的建築類施工工法；作者分別是洪昌華、劉遠明、陳明、莊國強、章文湘、李津；適用範圍是各種工業與民用建築物的矩形鋼管柱內混凝土的分節澆築施工。
《鋼管內混凝土澆注施工工法》主要的工法特點是施工操作簡便；不需要在鋼管上開設同泵管直徑的孔；可以使柱內混凝土質量均勻；節省大量的支模、拆模人工和材料。
2008年1月31日，《鋼管內混凝土澆注施工工法》被中華人民共和國住房和城鄉建設部評定為2005-2006年度國家二級工法。
基本介紹
- 中文名：鋼管內混凝土澆注施工工法
- 工法編號： YJGF180-2006
- 完成單位：浙江國泰建設集團有限公司、宏潤建設集團股份有限公司
- 主要完成人：洪昌華、劉遠明、陳明、莊國強、章文湘、李津
- 審批單位：中華人民共和國住房和城鄉建設部
- 主要榮譽：國家二級工法（2005-2006年度）
形成原因,工法特點,操作原理,適用範圍,工藝原理,施工工藝,材料設備,質量控制,安全措施,環保措施,效益分析,套用實例,榮譽表彰,
形成原因
矩形鋼管混凝土結構是一種具有承載力高、塑性和韌性好、材料節省、施工方便等特點的新型組合結構形式。相對於圓形鋼管混凝土結構來說，矩形鋼管混凝土結構具有節點形式簡單、便於施工等優點。因此，截至2005年，已經有越來越多的建築採用了矩形（方）鋼管混凝土組合結構。
2005年前，浙江國泰建設集團有限公司、宏潤建設集團股份有限公司施工過數個矩形鋼管混凝土結構的工程，技術經濟效果很好。矩形鋼管柱內一般設定有多道內橫隔板，傳統施工方法澆築混凝土難以成功，因此浙江國泰建設集團有限公司、宏潤建設集團股份有限公司採用了矩形鋼管柱內混凝土導管澆築施工工法，保證了柱內混凝土的澆築質量。為了在矩形鋼管混凝土結構施工中，做到技術先進、經濟合理、質量可靠、安全適用，現根據工程實際套用情況及經驗編制《鋼管內混凝土澆注施工工法》。
工法特點
《鋼管內混凝土澆注施工工法》的工法特點是：
1.施工操作簡便，不需要複雜的機械設備。
2.相對於泵送頂升澆築法來說，不需要在鋼管上開設同泵管直徑的孔，避免削弱鋼柱鋼板的整體性。
3.可以使柱內混凝土質量均勻，特別是每一節矩形鋼管柱上部的混凝土密實度容易達到要求。
4.鋼管本身是很好的鋼筋承重骨架免去了鋼筋成型等一系列工藝過程，簡化了施工工藝。鋼管本身就是很好的耐側壓模板。因此澆灌混凝土時，可節省大量的支模、拆模人工和材料。
操作原理
適用範圍
《鋼管內混凝土澆注施工工法》適用於各種工業與民用建築物的矩形鋼管柱內混凝土的分節澆築施工。
工藝原理
《鋼管內混凝土澆注施工工法》的工藝原理是在鋼柱頂搭設操作平台，在矩形鋼管柱內插入上端裝有混凝土料斗的鋼製導管，同時在鋼柱內插入振動棒，自下而上一邊澆築振搗一邊提升，直到完成管內混凝土的澆築。
施工工藝
- 施工準備
《鋼管內混凝土澆注施工工法》的施工準備如下：
一、技術準備
1.編制《矩形鋼管柱內混凝土導管澆築法施工方案》。
2.工前培訓及技術交底。矩形鋼管柱內混凝土導管澆築法連續性較強，要求多班組、多工種協調
作業。務必使參與施工的管理人員、操作人員了解這一特點。並根據施工圖紙及有關規定要求進行詳盡的技術交底，按照不同班組、不同崗位進行認真的崗前培訓，讓參加作業的人員明確該崗位應完成的任務，必須達到的質量標準以及與其他工種的配合要求，確保各工種協調一致，優質高速的施工。
二、物資準備（見下文“材料設備”）。
三、勞動力準備勞動力應按崗位定人，持證上崗，並有一定的富餘量。制定各項勞動力管理措施，強化管理，責任到人，保證施工質量和安全。
四、作業條件。一節鋼柱及該節內鋼樑已經安裝、校正、探傷完畢，並完成了鋼構安裝檢驗批的驗收。
- 工藝流程
《鋼管內混凝土澆注施工工法》的施工工藝流程見圖1。
圖1 施工工藝流程圖
- 操作要點
《鋼管內混凝土澆注施工工法》的操作要點如下：
一、混凝土配合比的設計
1.矩形鋼管柱內混凝土導管澆築法施工應採用商品混凝土，塔吊料斗運輸。鋼管混凝土強度較高（一般在C40以上），現場自拌通常難以滿足要求。並且，單節柱子一次性澆築量較小，不宜採用泵送。
2.矩形鋼管混凝土宜採用補償收縮或無收縮等高性能混凝土。配合比應根據混凝土的設計強度等級計算，並通過實驗確定。可以在混凝土拌合物中摻入活性摻合料、減水劑、膨脹劑等，以達到減小收縮率，減少泌水率、改善和易性等目的。
3.矩形鋼管柱內一般每隔一定距離設定有加強橫隔板，因此混凝土坍落度不宜太小，一般將坍落度控制在120毫米左右。另外，初凝時間應根據混凝土的運輸距離、現場澆築時間綜合考慮。
二、鋼結構製做時，應在每個加強橫隔板底的柱對角四側各開一個Φ5毫米的排氣孔，以利於橫隔板底部混凝土的密實，並可在澆築過程中查看柱壁小孔砂漿溢出程度，初步判斷混凝土密實度。
三、柱頂操作平台應安全穩固，可以給操作工人足夠的空間，主要受力桿件的選型應經過計算。可以採用型鋼定型製做，方便裝拆。
四、矩形鋼管混凝土導管法澆築（圖2）。
圖2 矩形鋼管混凝土導管法澆築示意圖
1.下導管和振動棒。導管可以在空場地上連線拼裝完成到所需要的長度後用塔吊垂直吊運入矩形鋼柱內。澆筑前導管下口離柱底的距離不宜太近，應控制在300~400毫米之間由於插入式振動棒軟軸長度很長，所以在振動棒軟軸橡膠管外側綁紮一根鋼絲繩，以增強振動棒的抗拔性能。
2.一次投料振搗高度不超過1.5米，用混凝土體積控制高度。導管入混凝土深度應保證不小於1米，導管上拔後逐節卸除。
3.振動棒在使用過程中先開動振動機，再灌入混凝土，料斗運料期間則將振動棒拔出混凝土層，讓其保持空振狀態。振搗方法為快插慢拔，插入點沿矩形平面四角分布，每次振搗時間不應少於30秒以保證混凝土內氣泡的順利溢出。振動時間不能過長，以防止混凝土的離析、分層。振動棒在澆灌過程中保證與導管同步上拔。
4.連續混凝土澆築至離上端柱口1米處後停止（留施工縫），以避免上層柱子焊接時產生的高溫對混凝土質量有不利影響。
5.在矩形鋼管內混凝土終凝後，用乾海綿吸除泌水。並在柱頂上加蓋封口板，避免雨水、垃圾落人鋼柱內。
材料設備
《鋼管內混凝土澆注施工工法》所用的材料及設備明細如下：
一、混凝土原材料
1.水泥：應選用42.5級以上高等級普通矽酸鹽水泥。水膠比控制在0.4以下。
2.粗骨料：應選用二次破碎石子，連續級配，最大粒徑應在40毫米以下，並不得大於導管內徑的1/3。
3.細骨料：應選用類圓形顆粒，細度模數≥2.5的天然中粗河砂，砂率35%~40%。
4.活性摻合料：可摻入粉煤灰或者磨細礦粉，有效改善混凝土拌合物的工作性能。
5.化學外加劑：一般應摻入高效減水劑和微膨脹劑。摻入微膨脹劑的目的在於使混凝土微膨脹，補償收縮，避免混凝土和矩形鋼管壁脫開。
二、導管直徑應根據矩形鋼柱內橫隔板上的澆築孔尺寸選擇，導管壁與澆築孔邊的側隙不宜小於100毫米，通常情況下可以選擇Φ100~200米的導管。導管2米一節，以方便裝拆和提升。導管接頭外凸尺寸應較小，可採用螺紋式接頭、鍵銷式快速接頭、軟索式快速接頭等。
三、振動棒的軟管長度必須大於單節矩形鋼柱的長度，必要時可向廠家定製。
四、主要機具設備表（表1）。
名稱 | 規格型號 | 功率（千瓦） | 數量 |
塔吊 | QTZ80 | 55 | 1 |
插人式振動機 | ZN-1 | 1.5 | 2 |
混凝土振動棒 | ZN-35 | ╱ | 2 |
混凝土運輸車 | SY5256GJB | ╱ | 3 |
導管和接頭 | Φ150毫米 | ╱ | 若干 |
混凝土超音波檢測儀 | U-Sonic | ╱ | 1 |
其他機具設備還包括料斗、坍落度筒、混凝土試模、鋼絲繩、鐵錘等。
質量控制
《鋼管內混凝土澆注施工工法》的質量控制要求如下：
一、施工質量檢測依據
《混凝土結構工程施工質量驗收規範》GB 50204-2002，《矩形鋼管混凝土結構技術規程》CECS159∶2004，《鋼結構工程施工質量驗收規範》GB 50205-2001，《混凝土強度檢驗評定標準》GBJ 107-87。
二、矩形鋼管混凝土所用的水泥、石子、砂、水、摻合料、外加劑等原材料必須符合相應的國家及行業標準。混凝土拌合過程中應經常檢測砂石粒徑、含泥量、含水率等，並根據檢測結果及時調整配合比。混凝土澆築過程中，應有專人負責坍落度檢測，以及試塊的製做、保管、養護、送檢工作，並應按規定製做同條件養護試塊。
三、矩形鋼管柱內混凝土的澆築質量，可以用鐵錘敲擊鋼板的方法作初步檢查。對於重要構件和部位，還需要採用超音波法進行檢測。對於敲擊法檢查發現聲音異常的部位，可進一步用超音波法檢測。如果發現混凝土有不密實的部位，可以採用局部鑽孔壓漿法進行補強，然後將鑽孔補焊封固。
安全措施
採用《鋼管內混凝土澆注施工工法》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：
一、矩形鋼管柱內混凝土導管澆築法施工過程中應遵循《建築施工安全檢查標準》JGJ 59-99、《建築施工高處作業安全技術規範》JGJ 80-91、《施工現場臨時用電安全技術規範》JGJ 46-2005以及地方有關施工現場安全生產管理的規定。
二、其他安全措施
1.柱頂操作平台應安全穩固，和鋼樑有可靠的連線，並設定1.2米以上高度的安全防護欄桿。
2.柱頂操作平台上的作業人員應系安全帶施工。當風速達到六級以上時，應停止高空作業。
3.混凝土澆筑前，應對振動棒進行試運轉，操作人員應戴絕緣手套、穿絕緣靴。
環保措施
《鋼管內混凝土澆注施工工法》的環保措施如下：
1.柱頂操作平台四周欄桿設密目網防護，以減少噪聲對周圍環境的影響。
2.採用商品混凝土施工，避免自拌過程中粉塵、噪聲、污水排放。
3.混凝土運輸車出工地大門前應沖洗乾淨；施工過程中產生的廢棄物及時清運，保證工完場清。
效益分析
《鋼管內混凝土澆注施工工法》的效益分析如下：
1.矩形鋼管柱內一般設定有多道內橫隔板傳統施工方法澆築混凝土難以成功，採用該工法，可以保證柱內混凝土的澆築質量。
2.相對於圓形鋼管混凝土結構來說，矩形鋼管混凝土的柱樑連線節點較為簡單，工廠製做及現場連線工作量均較小。
3.矩形鋼管柱內混凝土採用導管澆築法施工不需要在鋼管上開設同泵管直徑的孔（泵管連線孔及溢流卸壓孔），避免削弱鋼柱鋼板的整體性。
4.矩形鋼管柱內混凝土導管澆築法施工工藝簡單，不需要複雜的設備，施工工期短，材料節約，並可節省混凝土泵送費用。
套用實例
《鋼管內混凝土澆注施工工法》的套用實例如下：
- 實例1：瑞豐商業大廈
工程位於杭州市慶春路中河路路口，總建築面積為50200平方米，地下2層，裙房5層，主樓24層，副樓15層，總建築高度為89.1米。工程自2000年6月28日開工，2002年12月24日竣工。該工程採用鑽孔灌注樁基礎，矩型鋼柱、H型鋼樑的鋼混凝土組合結構，樓面為壓型鋼板鋼筋混凝土組合樓板。
矩型鋼柱截面尺寸500毫米×500毫米、60毫米×600毫米，鋼板厚度16~28毫米，內灌C55~C40級的混凝土，鋼樑高度500毫米。矩型鋼柱單節長度8.2~13.2米，柱子內有間距2左右一道的加強橫隔板，內隔板開洞尺寸Φ250、Φ300毫米。矩型鋼柱內混凝土採用導管澆築法施工。
在正式澆築之前，在施工現場做了二根試澆灌柱，試件與標準柱節完全一致，並在養護28天后進行現場剖割，檢查鋼管混凝土的外觀、密實度、強度等情況，完善了配合比、坍落度、振搗方法、振搗時間、最終澆灌高度等參數。2001年2月18日~7月20日成功澆築完成全部1218立方米的矩形鋼管混凝土。和泵送頂升法相比，節約了泵送費、矩形鋼管開孔、補孔等費用，總計約3.5萬餘元。
2001年8月底，委託上海同濟建設工程質量檢測站用超音波非破損檢測法進行矩形鋼管內混凝土的質量檢測，共抽測了80個點。被檢部位的超聲信號正常，柱內混凝土完整密實，沒有發現存在混凝土和鋼管壁脫開，混凝土離析、蜂窩、孔洞等缺陷。
如果採用普通混凝土框剪結構，柱截面至少要1000毫米×1000毫米，梁高至少要800毫米。所以採用矩形鋼管混凝土組合結構增加了使用空間（至少750平方米），減小了層高（同樣的檐高，可增加2層），降低了總造價。
該工法施工工藝簡便，工效高，質量容易保證。該工程採用的矩形鋼柱內混凝土導管澆築工法，為中國國內同類型工程的實施提供了實踐經驗。
- 實例2：浙江麗水華富商務中心
工程總建築面積為17160平方米，地下1層，裙房4層，塔樓17層，總建築高度為67.1米。採用矩型鋼管柱、H型鋼樑、壓型鋼板鋼筋混凝土組合樓板的鋼混凝土組合結構。工程自2002年11月18日開工，於2004年3月28日竣工。
矩形鋼柱截面尺寸600毫米×600毫米（主樓）、450毫米×450毫米（裙房），內灌C50~C40級的混凝土，鋼柱單節長度8.2~11.6米，內橫隔板開洞尺寸Φ300、Φ225毫米。在施工中，成功套用矩形鋼管柱內混凝土導管澆築施工工法，完成了507立方米的矩形鋼管混凝土澆築。和採用泵送頂升法相比，該工法的綜合經濟效益約1.66萬元。
- 實例3：上海寶俊大廈
工程總建築面積為35600平方米，地下1層，裙房3層，塔樓20層，總建築高度78.3米。同樣採用矩形鋼管柱的鋼混凝土組合結構。工程自2004年7月22日開工，於2006年4月15日竣工。
主樓矩形鋼柱截面尺寸600毫米×600毫米，內灌C50~C40級的混凝土，內橫隔板開洞尺寸Φ300毫米，鋼柱單節長度8.9~11.1米。全部矩形鋼管混凝土約906立方米（裙房柱子內不灌築混凝土），採用了矩形鋼管柱內混凝土導管澆築施工工法施工獲得了成功，節約資金2.75萬元。質量受到業主及監理公司的高度評價，工期縮短了42天，創造了社會效益和經濟效益。
註：施工費用以2005-2006年施工材料價格計算
榮譽表彰
2008年1月31日，中華人民共和國住房和城鄉建設部以“建質[2008]22號”檔案發布《關於公布2005-2006年度國家級工法的通知》，《鋼管內混凝土澆注施工工法》被評定為2005-2006年度國家二級工法。
