高层建筑钢管混凝土施工技术

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1 钢管混凝土结构及其特点

钢管混凝土是指在钢管中填充混凝土而形成的构件，按截面形式的不同，可以分为圆形、正方形、矩形和多边形截面钢管混凝土等，其中圆形截面和矩形截面钢管混凝土结构应用较为广泛。

钢管混凝土充分利用了钢管和混凝土2 种材料在受力过程中的相互作用，即钢管对其核心混凝土的约束作用，在提高了混凝土的抗压强度的同时，也使其塑性和韧性得到改善。

混凝土对钢管的约束作用避免和延缓了钢管过早地发生局部屈曲，从而提高了结构的可靠度和强度。因此钢管混凝土具有承载高、塑性和韧性好、施工方便、经济性好等优点。

在高层建筑结构中， 钢管混凝土柱由于具有承载力高，抗震性能好等特点，因此得到了广泛的应用。与钢筋混凝土结构相比，钢管混凝土结构可解决高层建筑结构中普通钢筋混凝土结构底部的柱截面大的问题和高强钢筋混凝土结构中柱的脆性破坏问题；与钢结构相比，钢管混凝土结构可以减少钢材用量，提高结构的抗侧移刚度和降低结构自重，可以减小基础的负担，降低基础的造价。同时在目前发展较快的全逆作法、半逆作法施工的高层和超高层建筑中，钢管混凝土的应用优势更加明显。因此，在近十几年中，钢管混凝土结构在高层和超高层建筑中得到了迅猛的发展。

2 钢管混凝土结构施工方法

钢管混凝土在本质上属于套箍混凝土，钢管可以作为混凝土浇筑的模板。因此采用钢管混凝土就无需支模和拆模等工序，从而简化了施工工序和措施，加快了施工的进度。目前比较成熟的钢管混凝土浇筑方法主要有：泵送压入浇筑法、立式手工浇筑法、 立式高位抛落无振捣法等3 种[1,2]。

1）泵送压入浇筑法：即在钢管接近地面或某楼层板处安装一个带闸门的进料管，直接与泵的输送管连接，由混凝土泵车将混凝土连续不断地自下而上压入钢管。其优点是施工质量好，管内混凝土密实度好，钢管柱吊装与混凝土浇筑两者相互独立，彼此影响小，对总工期基本无影响；其缺点是对机械、工艺要求较高，柱上留孔，需要补缺。压注施工的还需要考虑混凝土入口处截止阀的设计，防止混凝土在巨大的压力下回流。

2）立式手工浇筑法：即混凝土自钢管上方灌入，采用加长振捣器人工振捣。其优点是工艺简单，较容易掌握。其缺点是作业空间要求高，质量不容易保证，一次浇筑高度不宜大于2 m，严重制约上部钢管吊装，对总工期有影响。

3）立式高位抛落无振捣法：即将混凝土从高位顺钢管抛落，抛落高度不小于4 m，利用下落产生的动能达到振实混凝土的目的。其优点是施工效率较高，机械设备容易布置。其缺点是抛落高度太高，容易离析，施工效率较低，制约上部钢管吊装，对总工期影响较大。

对于方法3），解决对工期影响的方法是采用钢管侧壁开孔的方法进行浇筑。这样虽然产生了钢管开洞的补缺量，但是有效解决了制约上部钢管柱吊装的问题，同时操作的安全性大幅度提高。

3 高层建筑钢管混凝土施工技术

3.1 混凝土配制的关键要求

高层钢管混凝土配合比设计中关键要求主要有2 个方面[3,4]。

一是需要考虑泵送要求。钢管混凝土作为泵送混凝土，主要特点是流动性特大、级配良好、石子的粒径符合混凝土泵送管道内径的要求。因此，泵送混凝土除了要保证其自身密实性和稳定性，还必须满足可泵性。因为具有密实性和稳定性的混凝土不一定具有可泵性。而混凝土可泵性主要体现在流动性和内聚性两方面。流动性是它能够泵送的主要性能，所以泵送混凝土的坍落度可适当放大。内聚性是抵抗分层离析的能力，使混凝土拌和料从搅拌、运输到泵送整个过程能够使石子保持均匀分散的状态，以保证混凝土拌和料在混凝土泵的压送过程中顺利进行。由于泵送混凝土的施工工艺要求配制的混凝土必须具有可泵性，它与水泥用量、石子大小和颗粒级配、水灰比以及外加剂的品种与掺量等因素有密切的关系，需要综合考虑。一般而言，配合比设计时可在塑性混凝土中同时掺加减水剂和膨胀剂，从而使混凝土拌和物泌水率减小，含气量增加，和易性改善，从而满足泵送要求。也要根据混凝土强度等级、施工时的环境温度和选用骨料的粒径大小，确定混凝土的配合比和坍落度。

二是钢管混凝土宜考虑补偿收缩功能的要求。泵送用的混凝土，其水泥、砂、石子、水、掺合料、外加剂等原材料技术指标除符合国家现行标准规定外，混凝土尚有补偿收缩的要求，以保证钢管与混凝土的密实结合。通过掺入膨胀剂，使混凝土浇筑后微膨胀，补偿收缩，达到密实，或者掺入减缩剂，减小收缩。

3.2 混凝土施工的关键技术要求

泵送前，当混凝土送至现场，应在现场实测配合比及坍落度，要满足微膨胀要求、坍落度要求及和易性要求，确保泵送过程的顺利。浇筑前，如气温过高，施工期间可采取模板遮阳、外壁淋水等措施进行降温，防止钢管温度过高造成常温下收缩形成脱壳。钢管柱在检查验收完成后应及时进行浇筑，以避免杂物落入柱中而难以清理。严禁在混凝土浇筑前对钢管大量浇水，导致管壁形成水膜，从而影响混凝土和钢管壁的结合。

泵送时，为了确保混凝土的强度，严禁将第一次浇筑时用于润滑输送管的水泥砂浆注入柱内；应结合施工方法，合理选择振捣器，制定详细的振捣措施和要求，对于钢管内部有肋板处，振捣更需仔细和符合操作要求，确保混凝土的密实性。

泵送后，宜及时处理浮浆和拉毛，避免产生薄弱层和加强相邻两次浇筑混凝土的结合。管口宜采用蓄薄层水（＜5 cm）养护的方法，确保混凝土质量。

4 钢管混凝土浇筑施工的技术路线

根据超高层建筑设计的实际情况，总体技术路线宜为：“低立高抛，压注备选”。具体含义是：低空时（一般10 层以下）采用汽车泵结合立式手工浇筑法施工钢管内混凝土，此时钢管混凝土基本上施工一节，混凝土浇筑一节。高空时（一般10 层以上），则宜采用立式高空抛落法施工。

而泵送压入浇筑法一般作为备选方案[5]。因为泵送压入浇筑法虽然技术含量比较高，混凝土压入后比较容易密实，但是其实施对设备和操作的要求都比较高。首先，为防止在拆除输送管时混凝土回流，需在连接短管上设置止流装置，而且其操作对工人素质要求较高；其次，对混凝土输送泵工作压力的要求，一般为10～16 MPa，具体与泵的状况、泵送高度和混凝土坍落度及和易性有关，尤其是混凝土的坍落度对泵送工作压力的影响十分明显。在混凝土泵送压入浇筑作业过程中，不可进行外部振捣，以免泵压急剧上升，甚至使浇筑被迫中断。所以，除非条件不得已，从操作角度而言，泵送压入浇筑法宜作为备选方案。

钢管混凝土施工也需要考虑钢结构施工和混凝土施工的搭接。如果钢管结构和混凝土浇筑同步进行，则需要充分考虑混凝土冲击对钢柱精确定位的影响；如果混凝土滞后于钢结构施工，那么原则上钢结构领先混凝土施工的层数不宜大于6 层，以确保钢结构和混凝土能够协同受力，同时保证开孔处不产生过大的初始应力。

5 结语

钢管混凝土作为一种结构性能优越的构件，其使用必将越来越广泛，施工方法的合理选择对于确保其质量和操作过程的安全都具有重要的意义。因此，根据不同的建筑和环境情况，合理运用本文的技术路线和方法，将有利于工程施工的顺利进行。