钢管混凝土柱施工工法

吴建华

摘要：钢管混凝土柱是在方形或圆形钢管内浇灌混凝土形成的组合结构构件，是套箍混凝土的一种特定形式，兼有钢结构和混凝土结构的优越性能，充分利用了混凝土受压性能好和钢管韧性、塑性好的优点，使管内混凝土受三向约束，充分发挥了混凝土的作用，提高了结构构件的承载能力、抗震能力，与钢筋混凝土柱比较，减小了柱子截面尺寸，节约了钢材和混凝土，增大了建筑使用面积。由于钢管混凝土柱的上述优点，钢管混凝土柱越来越多的应用于各类建筑结构形式中。本文重点阐述钢管混凝土柱的钢管焊接和混凝土浇筑中的施工要点和注意事项。

关健词：混凝土柱；施工

1 工法特点

1.1钢管柱选用成品钢管，现场焊接，而后浇筑混凝土，是施工最为安全和快捷的建筑结构构件之一，施工速度快，可缩短工期。

1.2钢管本身即为耐侧压的模板，刚度大，浇筑砼时可省去支模和拆模工作；也不会发生涨模和跑模现象，与传统的钢筋砼柱施工比较可省去用工数量，从而降低了人工费和措施费，又保证了构件成型的质量。

1.3钢柱安装节点的焊接接头采用双人双机，按逆时针方向以均速对称焊接，换人不停机，一次焊接完成。

1.4由于此类混凝土浇筑时钢管柱高度均较深，浇筑时采用加长汽车泵软管伸入钢管柱内，代替串筒，减少混凝土的离析。此类钢管混凝土柱直径较大，且内部无钢筋骨架，振捣时可将四支振动棒（根据钢管柱直径确定）在棒头根部固定，一次入棒即完成同层面混凝土的振捣。

2 适用范围

适用于大直径钢管混凝土柱的施工。

3 工艺原理

钢管柱的工艺核心部分原理就是充分利用成品钢管的抗剪及轴向抗拉与砼的轴向受压相结合形成钢管与砼组合即钢管砼柱，利用钢管充当模板，且无须加固，无须拆模，成型速度快，成型质量好，在轴向力作用下，钢管的轴向和径向受压而环向受拉，砼则三向皆受压，钢管和砼皆处于三向应力状态。三向受压的砼抗压强度大大提高，同时塑性增大，其物理性能上发生了质的变化，由原来的脆性材料转变为塑性材料，正是这种结构力学性质的根本变化，决定了钢管砼的基本性能和特点。

4 工艺流程及操作要点

工艺流程：测量定位→第一节钢管柱吊装就位→第二节钢管柱与第一节钢管柱焊接→混凝土浇筑

钢管混凝土柱基础一般为混凝土基础，混凝土基础与第一节钢柱的连接一般有焊接和螺栓连接两种。本工法以螺栓连接为例进行阐述。

4.1测量定位

混凝土基础浇筑前即应对钢管柱预埋螺栓的位置进行校验，并可靠固定，混凝土浇筑完成后还应对预埋螺栓二次校验，如发生位移，应在混凝土终凝前进行调整。

基础施工完成具备一定强度后，基础放线（钢管柱控制轴线）。钢管柱在最下端端板上放控制轴线，柱身沿轴线延伸方向做竖向控制线。

4.2第一节钢管柱吊装就位

放线工作完成后，第一节钢管柱吊装就位。依据基础轴线及钢柱柱脚弹线，定位柱子位置。在安装钢管柱时应在两个垂直方向架设二台经纬仪，同时观测柱的两条控制母线，指挥操作人员校正钢管柱的垂直度。第一节柱的垂直度调整依靠地脚螺栓上的螺母调节完成。第一节柱就位完成后，灌注柱脚细石混凝土。

4.3第二节钢管柱与第一节钢管柱焊接

每节钢管柱的長度可按2～3个楼层的高度加上伸出楼板面400mm～1000mm（设计确定）考虑，但一般不超过12m。

4.3.1第二节钢管柱与第一节钢管柱就位

下节柱吊装前内壁贴焊40*4扁铁一圈，一是吊装时方便第二节钢柱就位，二是作为第一节柱和第二节柱焊接时的焊缝衬铁。吊装时将吊起的上节柱按划线位置缓慢插入下节柱扁铁内衬，角度调整用特制抱箍钳。上节柱插入内衬管时由于衬管外壁与上节钢管柱内壁局部存在磨擦，就位较困难，可在上下柱接口处设顶拉杆，一方面帮助就位，另一方面校正柱身垂直度，还可起到临时固定作用。垂直度校正好后，在钢管柱四侧焊接防变形卡板，以减小焊接变形。

4.3.2第二节钢管柱与第一节钢管柱焊接

由于钢管柱的碳当量及拘束度均较大，必须严格执行焊接工艺减少焊接应力，防止焊接（冷）裂缝等缺陷。

（1）焊接准备

按照《建筑钢结构焊接技术规程》（JGJ81-2002）和设计要求，做焊接变形数据测试进行焊接工艺评定试验，根据焊接工艺评定数据，确定焊接顺序及焊接各项参数，焊接采用低氢型焊条。

据焊接工艺评定选定最优接口角度为45°单V型坡口，焊接前要打磨接口至金属的光亮色，接口边沿100㎜处无铁屑、油漆等污物。

（2）焊接顺序

1）焊接顺序与吊装顺序协调一致，并考虑焊接本身的技术问题，为减小收缩变形与应力，所以焊接顺序应均衡对称。

2）为控制钢柱焊接变形，钢柱安装节点的焊接接头采用双人双机、对称焊接，换人不停机，一层一层焊接，一次焊接完成。焊接时2人按逆时针方向以均速对称焊接，每层起、收弧处错开30～50mm，成阶梯状。

（3）甲、乙焊工在起弧处注意与对方的收弧衔接好，避免出现缺陷。焊最后一层盖面焊缝时，应适当减小电流，使外观成形良好。负温下进行施焊，要进行负温下的焊接工艺评定，取得数据后方可施焊。

4.4混凝土浇筑

由于此类混凝土浇筑时钢管柱高度均较深，浇筑时采用加长汽车泵软管伸入钢管柱内，代替串筒，减少混凝土的离析。由于此类钢管混凝土柱直径较大，且内部无钢筋骨架，振捣时可将四支振动棒（根据钢管柱直径确定）在棒头根部固定，一次入棒即完成同层面混凝土的振捣。混凝土振捣时一次浇筑高度不宜大于500mm，每次振动时间以混凝土面无气泡泛出并不少于30秒为准，一次浇灌高度不大于振动器的有效工作范围。混凝土浇至顶后应清除浮浆层，添加适量清水洗过的石子，保证顶部混凝土的强度。

5 质量控制

5.1钢柱质量控制

5.1.1由于钢管柱的碳当量及拘束度均较大，必须严格执行焊接工艺减少焊接应力，须做焊接工艺评定及焊接试验，防止焊接（冷）裂缝等缺陷。

5.1.2焊缝收缩量和变形检测

（1）选择不同规格的柱、柱接头各2～3个，焊接前在接头上确定测量点（冲眼或钢针划线），并测量两点距离。

（2）焊缝的横向收缩值测定由计算和实测结合进行，以经验值为主，实测值为辅，及时反馈至制作厂，作为下一节构件增加长度的依据。

（3）焊前校正钢柱垂偏（≤4mm），考虑柱结点焊接变形、日照及焊口大小偏差适当预留变形量、焊后检测变形值。

5.1.3焊缝质量要求

（1）钢柱现场对接焊缝为双面坡口全熔透焊缝；鋼柱与钢柱、钢柱与斜撑连接上下翼缘均为双面坡口全熔透焊缝；以上焊缝柱与柱连接为一级焊缝。

（2）低合金高强度钢结构焊缝，在同一处返修次数不得超过两次。

5.2钢管混凝土施工的质量控制

5.2.1混凝土采用有资质的搅拌站供应。混凝土应配制成补偿收缩混凝土，使之既满足施工工艺要求，又满足钢管混凝土柱对混凝土的特定要求。

5.2.2砼配合比控制：粗骨料5—30mm，水胶比为0.4，塌落度应在15—19cm，加适量减水剂。浇筑前现场应检查混凝土塌落度是否符合配合比设计要求。

6 安全措施

6.1钢管柱在吊装过程中应派专人指挥和协调。

6.2各作业队在吊装钢管柱之前应所有操作人员进行详细的书面交底，安全人员应对操作班组及工人进行安全技术交底。并严格按照施工要求执行，例如戴安全帽、系好安全带等等。

7环保措施

7.1在钢管柱焊接时残留的焊渣及时清扫收集，对钢管柱喷涂时的落在地面的漆料如底漆、中间漆、防火漆、面漆及时用化学药剂清洁，避免污染地面，影响下步工序施工。

8效益分析

通过以上施工方法和质量保证措施，钢管柱焊接及混凝土柱浇筑质量一直处于受控状态，柱与柱之间焊缝探伤一次合格率为97%，第三方检测合格率100%。受到业主和监理单位的一致好评。钢筋混凝土柱施工不受混凝土养护时间的影响；由于钢管混凝土内部没有钢筋，便于混凝土的浇注和捣实；钢管混凝土结构施工时，不需要模板，既节省了支模、拆模的材料和人工费用，也节省了时间。