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摘 要：结合天津美术馆工程的特点和钢管混凝土叠合柱施工情况,介绍了钢管混凝土叠合柱的制作、安装、焊接、模板施工、混凝土浇筑等技术.

关 键 词 ：钢管混凝土叠合柱；焊接；安装；混凝土

一、工程概况

天津美术馆工程是天津文化中心四大场馆之一,建筑面积46011,建筑高度30m,该工程地下一层、地上四层,结构形式为钢框架-剪力墙结构,本工程自地下一层开始设计有13根钢管混凝土叠合柱,柱内钢管直径为700mm,钢管壁厚为30mm,柱外混凝土厚度为200mm.钢管内混凝土为C60自密实混凝土,内掺4%CSA高效膨胀剂,钢管外混凝土等级为C40.钢管混凝土叠合柱设计为不同期施工叠合柱.钢管混凝土叠合柱典型剖面图如图1所示.

二、钢管柱加工

(一)工艺流程

深化设计→材料准备→焊接工艺评定→加工工艺方案制定→放样划线→下料、切割→钢板边端预弯→筒体卷制→筒体缝拼接→外形尺寸检查、校正→拼接缝焊接→探伤检测→矫正、打磨→加强环板焊接→栓钉焊接

(二)操作要点

（1）深化设计：钢管柱竖向分段需考虑现场塔式起重机起重能力、构件运输条件及安装的方便性等原则,本工程每根钢管柱分五段,每层进行一次焊接,接头留置留设在楼面上1.2m处.

（2）钢管卷制：由于钢板在卷制过程中钢板的延伸率发生变化,会导致加工后筒体的直径偏大,所以在加工前应将钢管直径缩小5～10mm展开进行下料,母材必须平直无损伤及其它缺陷,否则应先矫正或剔除.

（3）钢管焊接：钢管立柱焊缝采用自动埋弧焊进行,先焊内侧,后焊外侧面.待内侧焊满2/3坡口深度后进行外侧碳弧气刨清根；接着进行外侧打底,埋弧焊填充至坡口的2/3后,再反至内侧,焊满内侧大坡口；最后是焊满外侧大坡口；焊接前必须对钢板进行预热,预热温度100～150℃.

（4）栓钉焊接：栓钉焊接前进行焊接工艺评定试验,合格后方可进行栓钉焊接.磁环应在烘箱内烘干后使用,禁止使用受潮磁环.栓钉焊后要逐个进行外观检查,对不合格者采取手工电焊补焊,并且对已焊栓钉用小锤锤击打弯30°进行抽检.

（5）探伤和返修：焊接完成后,在24小时内对钢管进行UT探伤.焊缝等级为一级,对存在缺陷的焊缝段用记号笔标记上长度和深度,然后刨开缺陷处手工补焊.

三、钢管柱安装

(一)工艺流程

地脚螺栓预埋→钢柱定位测量、验线→安装首节柱→校正钢柱→逐节吊装连接→超声波探伤→钢柱验收.

(二)操作要点

1.地脚螺栓预埋

本工程地脚螺栓埋设于地下室底板上,螺栓规格为M24,每个柱脚8根,成环形布置.为保证埋设精度,地脚螺栓支架采用L75×5 角钢焊接支架,固定于预埋在混凝土垫层内的埋件上,形成固定架,用于支托地脚螺栓定位板定位螺栓.利用定位线及水准仪使固定支架准确就位后,将其与混凝土垫层上的埋件焊接牢固做好保护,底板混凝土浇筑时,设专人对地脚螺栓进行监测,发现偏移及时处理.地脚螺栓定位如图2所示.

2.钢管柱吊装

施工现场布置4台塔吊,型号分别为两台703,两台K5050,单节构件最大重量为7.6t,根据现场布置都能满足吊装要求.

首节柱安装的精度是整个钢柱安装的关键,首节柱安装步骤如下：

（1）彻底清除柱基及周围垃圾、污水.

（2）在基础底板上用墨斗弹设钢柱中心线,复合地脚螺栓的安装精度,确定钢柱的平面位置,柱中线对定位轴线的偏差控制在±3mm.并根据建筑标高原点,在基础底板上标注标高,钢柱底板面标高偏差控制在±2mm以内.

（3）安装柱下调节螺母和8mm厚调节垫片.

（4）安装钢柱.通过调节螺母及垫铁组的高低调节控制钢柱的标高.钢柱的垂直度校正,采用布置两台经纬仪在两个方向上进行正交测量,利用四个方向的缆风绳调整.钢柱垂直度、标高调整到位后,安装并旋紧紧固螺母,螺母与螺栓点焊连接,最后才能松开吊索.

（5）用灌浆料进行柱脚二次灌浆.

二节柱及以上段钢柱安装时将吊起的上节柱按划线位置缓缓插入下节柱内,上节钢柱对准下节钢柱柱顶中心线后,将钢柱四周的临时固定连接耳板用螺栓拧紧临时固定,如同首节柱安装步骤一样校正钢柱垂直度、对正轴线.对接节点如图3所示.

3.钢柱现场对接焊接

钢柱现场对接焊接采用等强全熔透坡口焊,焊缝质量等级一级.焊接方法采用CO2气体保护焊,药芯焊丝型号为EX-51B型.

正式施焊前应做焊接工艺试验评定,确定合理的焊接工艺.焊接顺序的选择应考虑焊接变形的因素,施焊由2名焊工采用对称焊接,焊接过程中要平衡加热量,使焊接变形和收缩量减小,钢柱对接焊缝完成后割除耳板.

钢管焊接完成后先进行100%自检,提交自检检测结果后委托第三方进行现场超声波探伤检测,检测按100%比例抽检,确认合格后进入下道工序施工.

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四、钢筋绑扎

主筋全部采用滚轧直螺纹机械接头,接头质量等级为Ⅰ级.柱主筋为全高贯通,在每层钢梁节点部位,设有环板,钢筋需从环板的洞中穿过与下一层连接,连接完成后对机械连接质量进行全数检查,合格后进行螺旋箍筋绑扎.

扎丝必须为无绣扎丝,每个钢筋绑扎点均应绑扎,扎丝不得少于2圈,扎丝头须全部向内折,并边绑扎边清理,以防外露导致混凝土表面出现锈斑.

钢筋保护层垫块采用灰色塑料垫块,颜色与混凝土表面颜色接近,位置、间距应准确,水平交圈、竖向成线.

五、模板安装

模板采用18mm厚双面覆膜定型圆柱木模板,为保证清水混凝土效果,在模板内侧粘贴一层0.8mm厚的耐力板,使用前将模板内表面均匀涂刷模板漆作为脱模剂. 模板安装前首先对每层柱根部楼板混凝土面进行标高测量,用细石混凝土或砂浆找平,确保同一标高内柱子根部标高一致.模板安装以3米为一个施工段,用40×4mm扁钢做柱箍加固,间距为300mm一道均分,柱箍螺栓锁固点避开木模竖向接缝,呈东西向布置,加固校正完成即可浇筑混凝土,浇筑完一段混凝土后立即进行第二段模板支设.支模平面图如图4所示.

六、混凝土浇筑

钢管内混凝土为C60自密实混凝土,内掺4%的CSA膨胀剂,钢管外混凝土为C40自密实清水混凝土.混凝土施工前需通过充分试配,并经现场试验；混凝土拌合物应工作性能稳定,无离析、泌水现象,混凝土拌合物扩展度650±50mm；V型漏斗流过时间7～25s,入泵坍落度值为180mm,90分钟的坍落度经时损失应小于30mm,确认满足要求后方可正式使用.

(一)管内混凝土浇筑

混凝土浇筑采用高抛法进行,待每层钢梁焊接完成后方可进行钢管内混凝土浇筑,浇筑利用塔吊和漏斗配合施工,漏斗容积不小于0.7m.如图5所示.

钢柱密实度采用方量控制与敲击控制两种,方量控制主要以实际浇筑量与理论浇筑量进行对比,在每浇筑2漏斗后进行实测,测量工具选用测锤,同时配合手电筒进行照射并进行目测.在浇筑过程中管外还辅以木槌进行敲击,通过声音来判断浇筑的密实度.

为减小焊接时对混凝土质量的影响,混凝土浇筑至钢管口以下300mm处,并在混凝土表面植入大粒径干净石子,小头朝上,露出1/3,混凝土终凝后进行蓄水养护.

(二)管内混凝土检测

混凝土浇筑完成28天后,利用非金属超声波仪进行了混凝土密实度检测,沿钢管壁外径等距设置4组对测点位,并沿柱高方向设置间距150mm的共5个等距环线测点.采用径内对测方法,使其在每一环线上均保持换能器连线通过圆心,检测过程中超声波波形均较规则、稳定,检测结果的判定采用声速临界+波幅临界进行.经检测超声波波形均较规则、稳定,声学参数未见密集明显异常,混凝土内部未见大面积孔洞、不密实等缺陷,混凝土内部质量较好.

(三)管外混凝土浇筑

混凝土施工由于受内部钢骨、钢筋、栓钉等限制混凝土的正常流动,浇筑时在柱四周搭设混凝土浇筑平台,实行分层布料、对称布料、分层浇筑,对称均匀下料、分层投料厚度一致.

管外混凝土浇筑过程中派专人用橡胶锤在模板周围自下而上进行连续敲打,赶出混凝土表面的气泡,增加混凝土表面的密实度.

七、结束语

通过周密的部署,精心的施工,采取各项施工技术措施,施工质量层层把关,天津美术馆项目钢管混凝土叠合柱施工取得了良好的成效,外观质量达到装饰清水混凝土效果,得到了政府、业主、监督机构的一致好评.

参考文献：

[1]CECS188-2005,《钢管混凝土叠合柱结构技术规程》[S],北京：中国计划出版社,2005.

[2]JGJ81-2002,