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1、第6節 巨柱箱型內腔混凝土頂升施工方案8.6.1 巨柱內腔混凝土設計概況本工程外框筒結構共設置了8根巨型型鋼混凝土柱，最大截面尺寸3.2m6.5m,自下而上逐漸減小。巨柱內型鋼采用“王字型實腹式鋼骨，內部設置有3個相對獨立的腔體，具體巨柱型式及內部混凝土概況詳見下表.表85-16 巨柱形式及內腔混凝土概況321基礎頂1層樓面321114層樓面3211430層樓面3213054層樓面C70C70C70C70腔1：0.83m3/m腔2：1。64m3/m腔3:1。64m3/m總方量：4。11m3/m腔1：0。88m3/m腔2:1.70m3/m腔3：1。70m3/m總方量:4。28m3/m腔1：0。82、8m3/m腔2:1.72m3/m腔3:1.51m3/m總方量:4。11m3/m腔1:0。90m3/m腔2:1。76m3/m腔3：1。55m3/m總方量：4。21m3/m3215464，6886層樓面2136468層樓面23186102層樓面12102118層樓面C70C70C60C60腔1:0。91m3/m腔2：1。85m3/m腔3:1.55m3/m總方量：4.31m3/m腔1：0.91m3/m腔2:1。85m3/m腔3:1。55m3/m總方量：4。31m3/m腔1：0。90m3/m腔2:1。88m3/m腔3：0.76m3/m總方量：3.54m3/m腔1:0.88m3/m腔2:1.00m3/m3、總方量：1.88m3/m8。6。2 澆筑方式分析和選擇詳見本章第五節8。5.2分析。8。6。3 類似超高層建筑頂升澆筑施工的經驗借鑒表85-17 類似超高層頂升澆注概況工程名稱工程概況臺北101建筑高度（m）508建筑面積（萬m2）37巨柱數量8巨柱尺寸(m）2.43.01。62。0布置位置巨柱巨柱巨柱巨柱巨柱巨柱巨柱巨柱巨柱巨柱 巨柱結構型式箱型鋼管混凝土柱混凝土強度等級及性能要求10000Psi（相對于C70）,坍流度60010mm最大頂升高度429m混凝土泵及泵送壓力Schwing 8350HP,220Bar頂升接口及澆筑照片 天津津塔工程建筑高度(m）336.9m建筑面積(萬m2）294、鋼管柱數量55（內筒23根，外筒32根）鋼管柱尺寸（m)1.20.6布置位置鋼管混凝土柱鋼管混凝土柱鋼管混凝土柱 鋼管柱結構型式 混凝土強度等級及性能要求C60，坍落度250mm，擴展度650mm最大頂升高度336混凝土泵及泵送壓力三一HBT90CH2122D，22MPa頂升接口及澆筑照片 上述兩個超高層建筑頂升施工實例中,臺北101大廈是目前世界上采用頂升法進行巨柱混凝土澆筑施工的最高建筑，而天津津塔工程是目前國內本土采用頂升法施工的最高建筑,兩者都非常具有代表性，其中天津津塔工程則成功實現了最為復雜的鋼板墻與鋼管柱十字交叉節點位置的獨立4腔鋼管混凝土柱的頂升澆筑施工，澆筑質量良好，各橫隔板5、下混凝土填充密實（如圖8-5-11（c）所示），沒有明顯的空隙,同時混凝土沿縱橫向隔板沒有明顯的收縮（如圖85-11（b）所示），由此可以看出采用頂升法進行帶有復雜節點的巨柱內腔或鋼管混凝土柱內混凝土的澆筑施工完全能夠滿足設計和現行規范的質量要求,與傳統人工振搗法和高拋法相比具有很好的優越性,工藝成熟，技術可靠。（a)十字交叉節點鋼管柱（b)試驗鋼柱橫斷面切割(c)試驗鋼柱縱斷面切割圖8-511鋼板墻與鋼管柱十字交叉節點頂升澆筑8.6。4 一柱三腔同時頂升的可行性分析 a、頂升法澆筑混凝土的工藝原理頂升法施工主要是利用U型管壓強相等的原理，即通過一定的壓力將能夠自由流動的液體壓入一根鋼管中，鋼6、管的內部存在大量的隔板將管子內部分隔成許多空腔，但隔板上存在一些可以使空腔相通的小孔,液體進入鋼管內部后各空腔內的液面能夠保持同一標高或同時上升。借用這一原理,首先配置出顆粒較小，流動性極強的混凝土，將混凝土泵管直接與鋼柱根部相連,通過適當的泵壓將混凝土直接泵入鋼管內部，各空腔內部的混凝土液面同步上升，并將相應空腔內的空氣擠出，不會在某些空腔產生空洞。 b、本工程一柱三腔同時頂升的可行性分析平安中心工程巨柱內的“王”字型實腹式鋼骨為長方形，長向最長達5。5m,短向僅為1m左右，并且沿長向分為3個相對獨立的腔體，頂升澆筑混凝土時可以采取三腔分別頂升和三腔同時頂升兩種方式。如果采取3個腔體分別頂升7、的方式，操作復雜，難度較高，并且會極大地增加泵管拆接和混凝土澆筑的時間，影響工期;采取3個腔體同時頂升的方式，操作簡便，難度較低,并且泵管拆接和混凝土澆筑的時間相對較短,有利于結構施工，但同時其對混凝土流動性和泵壓等的要求較高。因此在細致分析頂升法的工藝原理，充分借鑒其他工程十字交叉鋼管柱4腔同時頂升的經驗，結合成本和工期等各方面因素考慮后，我們擬采用一柱三腔同時頂升方式進行巨柱內腔混凝土的澆筑施工，并且采取增加混凝土流動性和泵送壓力、縱橫隔板預留足夠的過漿孔、控制泵送速度等措施，完全可以保證腔內混凝土的澆筑質量滿足設計及規范的要求。一柱三腔同時頂升時,為了最大限度的減小混凝土的流動距離，擬將8、巨柱頂升接口設置于中間腔體的側面，流動距離控制在2。5m左右，利于混凝土的澆筑和質量保證.表8518 頂升澆注方式對比分析頂升方式三腔分別頂升三腔同時頂升（接口位于端部）三腔同時頂升（接口位于中間）示意圖施工優點腔內混凝土流動距離短，流動性要求低，質量容易控制；接口設置較少，操作簡便，泵管拆接和澆筑時間較短，利于施工；1、接口設置較少，操作簡便，泵管拆接和澆筑時間較短，利于施工；2、接口位于中間，腔內混凝土流動距離較短，對混凝土性能和泵壓要求較接口位于端部的低，質量容易控制;缺點1、接口設置過多,成本高，操作復雜；2、泵管拆接和混凝土澆筑時間較長,影響工期；接口位于端部，腔內混凝土流動距離較長9、，對混凝土性能和泵壓要求較高，質量不容易控制；1、三腔同時頂升對于混凝土性能和泵壓的要求較分別頂升要高；2、豎向隔板需預留足夠的灌漿孔，保證混凝土充滿每一個空腔。預留孔的大小和留設位置需由設計單位計算復核后確定； c、頂升高度的確定本工程巨柱箱型內腔截面、鋼板壁厚以及巨柱分段吊裝長度都隨結構樓層發生變化，考慮巨柱頂升過程中,混凝土對鋼骨側壁壓力較大，需分不同工況對混凝土澆筑過程中的箱型鋼骨側壁進行受力復核，以確定不同樓層混凝土的最大頂升高度，具體計算過程詳見附錄86 巨柱鋼骨內腔頂升混凝土過程應力計算. 計算結果表明，除L54L86層巨柱鋼骨腔體需采取一定施工措施外，其余樓層巨柱鋼骨內腔混凝土10、按照三層一頂升，鋼板本身受力可以滿足要求。 8。6.5 頂升接口的設計頂升法進行混凝土澆筑施工中，泵管與巨柱或鋼管柱連接的接口設計十分關鍵，關系到頂升澆筑能否順利實施.接口設計的方便與否同樣關系到泵管的拆接和澆筑時間，進而影響整個施工工期。因此為了解決混凝土泵送頂升施工中泵管與巨柱的連接問題,在參考其他工程做法的基礎上，進行進一步的深化和改進，并針對一柱三腔同時頂升的方案進行了特殊處理，設計了一種價格便宜、操作簡便的接口，其優點是連接方便，可以顯著縮短接管時間,減少現場混凝土澆筑的等待時間，保證澆注質量。a、接口與巨柱的連接本工程巨柱內腔分為三個相對獨立的腔體,因此為了保證在頂升過程中混凝土面11、盡量做到同速上升，考慮在巨柱腔內設置一個帶有三個出口的連通管，管徑根據計算后確定。巨柱外側設置一根直徑125mm、長100mm的短管，短管一端與巨柱豎向隔板焊接,另一端焊接一塊30030015mm的方形鋼板,角部留有四個高強螺栓連接孔.連通管與外側連接短管均在加工廠與巨柱加工成一體。圖8512 巨柱內頂升接口設計b、接口與泵管的連接頂升接口與泵管的連接既要保證緊密可靠,又要簡潔方便。為了保證接口與標準高壓泵管的匹配,我們截取標準泵管端部一段500mm左右長的短管，一端利用泵管箍與高壓泵管連接,另一端焊接一塊300mm300mm10mm的方形鋼板，角部留設同樣的四個高強螺栓孔,與巨柱端的接口利用12、螺栓連接。圖8-5-13 巨柱頂升接口與泵管的連接c、防止砼倒流的止回閥設置頂升混凝土施工時需要采取措施避免頂升完成后鋼管內混凝土在自重壓力下的倒流,因此，在接口設計時我們設計了一種簡潔方便的止回閥裝置，有效地解決了混凝土的倒流問題.該止回閥采用一塊長方形鋼板，固定于巨柱接口與泵管接口之間，鋼板一側預留與泵管直徑相同的圓孔.混凝土頂升時，調節鋼板使圓孔與接口和泵管的圓孔位置相對應，頂升完成后,人工將鋼板敲向另一側，使圓孔偏離接口位置，并利用鋼板將鋼管內混凝土與泵管隔離，然后將鋼板焊死，在混凝土達到強度后即可拆除。澆注前位置澆注后位置 圖85-14 止回閥8。6。6 頂升預留孔的設計頂升混凝土澆13、筑施工中,縱橫隔板上預留的過漿孔對于混凝土澆筑質量十分重要。預留孔的設置不但要保證澆注時混凝土能夠充滿每一個空腔，而且還不能影響鋼柱內加勁板的傳力。而預留孔的設計目前在國內尚沒有相應的規范作為設計依據,只能通過以往工程經驗進行確定。對此我們通過對以往采用頂升工藝的超高層建筑進行詳細的調研和分析，尤其是天津津塔工程十字交叉鋼管柱4腔同時頂升的成功案例，充分借鑒其經驗，并結合平安工程巨柱設計情況，最終確定擬在巨柱內腔的縱橫隔板設置三類預留孔.a、灌漿孔。分為橫向灌漿孔和豎向灌漿孔。I、橫向灌漿孔.在巨柱內腔橫向隔板位置根據腔體大小共留設5個直徑350mm的圓形灌漿孔，灌漿孔位置居中布置。II、豎向14、灌漿孔。在巨柱內腔豎向隔板上留設邊長300mm的方形灌漿孔，豎向間距1500mm。11圖8-515 巨柱內腔橫向灌漿孔圖8516 巨柱內腔豎向灌漿孔（11剖）排氣孔b、排氣孔.在巨柱內腔橫向隔板角部預留直徑50mm小圓孔,便于混凝土澆筑過程中隔板下空氣的排出.排氣孔圖85-17 巨柱內腔排氣孔設置 c、觀察孔.沿巨柱內腔高度方向間距1m設置直徑10mm的圓孔,主要用于觀察混凝土在巨柱腔內的頂升情況，同時也有助于腔內空氣排出。觀察孔觀察孔圖8-518 巨柱內腔觀察孔設置上述三類預留孔為根據以往工程施工經驗預留，具體留孔大小位置需待總包確定后與設計單位進一步溝通協調，由設計單位核算后確定。8。6.15、7 角柱混凝土頂升施工 根據結構設計圖紙，主塔樓L12L85層各樓層角部V型撐之間設置400mm400mm25mm方鋼管角柱，每層四個;方鋼管內部澆筑C70混凝土,標準層混凝土量約為2.2m3/層.根據施工整體部署，角柱吊裝采用23層一節進行，考慮采用頂升法進行澆筑混凝土施工，角柱混凝土頂升施工與巨柱內腔混凝土頂升同時進行，頂升接口的設計、頂升預留孔的設計參照巨柱內腔混凝土頂升。8.6。8 頂升澆筑施工控制措施a、頂升澆筑施工流程及操作要點圖85-19 巨柱內腔混凝土頂升施工流程圖I、澆筑前，要計算好單根柱混凝土量，待所需混凝土運送到施工現場后方可進行頂升(從混凝土拌合至開始頂升的時間應控制在16、混凝土初凝前），防止混凝土在運輸過程中耽擱造成頂升中斷。II、坍落度是影響混凝土頂升澆筑關鍵的一環.實施頂升前，須檢測運至現場的混凝土坍落度及坍落擴展度，要求其必須保持在規定范圍內.現場設專人測試并記錄。III、進料短管與鋼柱須焊接牢固，不得漏焊和花焊,以免頂升時因為水平管顫動而脫焊，造成頂升失敗。IV、頂升過程中，要派專人記錄泵壓及實際頂入的混凝土量,并與理論計算混凝土量進行比較.V、在混凝土輸送管與止回閥連接前，泵送砂漿用以潤滑輸送管道，并把該部分砂漿清除干凈后再進行頂升混凝土的澆筑.VI、頂升完畢輸送泵恒壓23min后關閉逆止閥，拆除水平管，利用水平管內的剩余混凝土制作1組試件,供判斷是17、否初凝和終凝的依據，并制作同條件試件，及時拆除清洗止回閥和進料短管，以備后用。VII、頂升完畢后，應及時清理被從排氣孔流出的水泥漿污染的鋼柱表面。VIII、混凝土頂升至柱頂后,應及時停泵，并進行數次回抽，若柱頂混凝土面無明顯回落，方可拆除混凝土輸送管。b、頂升施工管理重點超高層混凝土泵送頂升施工工藝雖然比普通澆筑工藝的操作更為簡便、節省人工,但在具體實施過程中，對操作過程的管理則更為嚴格和復雜，施工中應注意以下幾點：I、泵管檢查.由于頂升時混凝土泵壓非常高,避免安全事故是頂升施工管理的重中之重.為了保證施工的安全，每次頂升澆筑前，需要對泵管及固定支架進行檢查，發現泵管壁磨損超過警戒值或支架松動18、等現象，必須及時進行更換。II、混凝土質量控制。頂升混凝土施工中如何控制混凝土質量，避免堵泵和堵管的發生，是現場管理的重點之一?，F場管理原則就是必須確保入泵的每車混凝土的流動性及和易性達到工藝設計要求。在實際施工中需要對每一車混凝土均進行坍落度和擴展度的測量,并觀察是否有離析現象，檢查最大粗骨料粒徑不能超過配比設計標準，只有這些指標均達到了工藝要求才能允許混凝土入泵。III、泵送壓力檢查。常規混凝土澆筑工藝可以通過澆筑口的混凝土掌握泵送的狀況，但頂升工藝就無法做到，因此，如何能夠隨時掌握混凝土的泵送狀況，及時發現問題是澆筑過程管理的一個重點。我們通過以往工程的成功實施經驗得出：當頂升順利進行時19、,泵壓基本會保持不變；當出現堵泵或堵管時，泵壓會突然增加；當泵管爆裂或接頭破壞時，泵壓會突然降低。為了能夠隨時掌握混凝土的泵送狀況，及時發現問題,在實際施工過程中,必須密切注意泵車的壓力表,發現泵壓異常時，必須立刻停泵,待查明原因排除故障后才能再次起泵.、防雨。防止雨水進入安裝完成的巨柱內是本工程頂升混凝土質量管理的一個重點。由于鋼柱安裝到位后無法立即進行混凝土的澆筑，如果這時雨水進入鋼柱內勢必造成內灌混凝土的薄弱層。因此為了避免雨水進入安裝好的鋼柱內,需要對鋼柱頂部采取遮蓋措施.同時，在每次澆筑混凝土前，必須通過頂升口檢查鋼柱內部是否有積水，確保將雨水清除后才能進行澆筑.c、頂升施工中的應急20、處理措施I、堵管。在鋼柱頂升過程中，泵管布置長度長,不可避免會出現堵管現象。堵管時，立即停止泵送，把泵的止回閥打開，防止泵管內混凝土倒流,將頂升口處的擋板也關閉,首先檢查泵管，特別在彎管處容易發生堵管現象,把堵管處的泵管拆掉，清理掉管內的混凝土。 II、漏漿。頂升時，在泵管接頭處，有時會出現漏漿現象.漏漿時,要暫停泵送，把泵管拆下重新安裝，及時更換橡膠墊圈.8。6.9 巨柱內腔混凝土質量檢測 a、檢測方法巨柱內腔混凝土頂升施工完畢后，待混凝土終凝后,開始對腔內混凝土進行超聲波檢測.超聲波法是目前檢測鋼管混凝土密實程度和均勻性的首選檢測方法。超聲波檢測可以根據合理布設的檢測點對鋼管混凝土的密實程21、度和均勻性進行全面而細致的檢測，它可以檢測出鋼管混凝土是否存在缺陷，并找出缺陷位置。方 法原 理超聲波檢測方法超聲波檢測鋼管混凝土的基本原理是在鋼管外徑的一端利用發射換能器產生高頻振動，經鋼管圓心傳向鋼管外徑另一端的接收換能器。超聲波在傳播過程中遇到由各種缺陷形成的界面時就會改變傳播方向和路徑，其能量就會在缺陷處被衰減，造成超聲波到達接收換能器的聲時、幅值、頻率的相對變化.超聲波檢測方法主要包括：波形識別法，首波聲時法以及首波頻率法。 b、檢測信號分類分析巨柱腔內混凝土的質量有好有壞，接收換能器接收到的信號也就隨之而變，而常遇到的信號可以大致分為以下幾類:序號類 型結 果1聲時短、幅值大、頻率22、高表明超聲波穿過的腔內混凝土密實均勻，沒有缺陷。2聲時長、幅值小、頻率低表明腔內混凝土中存在著缺陷，而且缺陷的位置是在有效接收聲場的中心軸線上即收發換能器的連線。3聲時短、幅值小、頻率低腔內混凝土中的缺陷不在有效接收聲場的中心軸線上,而是在有效接收聲場覆蓋的空間內，以致聲線仍然通過有效接收聲場的中心軸線,聲時不會改變，然而有效聲場空間里的缺陷使得聲能受到衰減，導致幅值變小頻率下降。腔內混凝土中的缺陷雖然在有效接收聲場的中心軸線上，但是缺陷足夠小。腔內混凝土本身并沒有缺陷，但是由于換能器與鋼管外壁耦合不良,也會造成幅值變小、頻率下降而聲時變化很小的現象。這種現象是在檢測過程中由人為因素造成的，它23、不能反映腔內混凝土的真實情況，必須杜絕它的出現. c、檢測儀器 本工程擬采用超聲波系統進行鋼管混凝土外部檢測，相關技術要求如下：序號項 目內容1超聲波檢測儀技術要求進入現場進行鋼管混凝土檢測的超聲波檢測儀應通過技術鑒定并必須具有產品合格證.儀器應具有良好的穩定性，聲時顯示調節在2030s范圍內時，2h內聲時顯示的漂移不得大于0.2s。2換能器技術要求換能器宜采用厚度振動形式壓電材料.換能器的頻率宜在50100kHz范圍以內。換能器實測頻率與標稱頻率相差應不大于10。3超聲波儀器檢驗和操作操作前應仔細閱讀儀器使用說明書。儀器在接通電源前應檢查電源電壓，接上電源后儀器宜預熱10min。換能器與標準棒耦合良好，有調零裝置的儀器應扣除初讀數。在實測時，接收信號的首波幅度均應調至3040mm后,才能測讀每個測點的聲時值。4檢測儀器維護如儀器在較長時間內停用,每月應通電一次,每次不少于1h。儀器需存放在通風、陰涼、干燥處，無論存放或工作均需防塵。在搬運過程中須防止碰撞和劇烈振動。換能器應避免摔損和撞擊，工作完畢應擦拭干凈單獨存放。換能器的耦合面應避免磨損.