摘要:天津现代城工程主塔楼高339m，通过主体结构钢箱形柱内灌混凝土顶升施工完成。通过总结与研究超高层混凝土顶升施工中钢箱形柱内灌柱的钢结构构造要求、混凝土技术要求、顶升施工的操作要求与注意事项等技术要点，实现超高层混凝土顶升施工技术在实际施工中的进一步应用。
关键词:超高层主体结构;钢箱形柱内灌柱混凝土顶升;构造;钢结构
DOI:10.13206/j．gjg201601017
1工程概况
天津现代城项目主塔楼为框架－核心筒结构，其中外框柱为箱形钢柱，最大截面为2000mm×1800mm，材质为Q345C，内灌混凝土。为保证箱形钢柱内混凝土的填充密实质量，节约工期，本工程采用混凝土顶升施工的工艺进行混凝土施工。
2施工特点
1)本工程箱形柱混凝土进行泵送顶升施工，将混凝土从柱底通过足够的压力灌入箱形钢柱内，无需振捣，通过顶升挤压自然密实。2)不需要使用布料机浇筑，减少高空作业带来的劳动力投入，降低高空作业安全风险，并且，能够加快混凝土的浇筑速度，缩短工期。3)混凝土浇筑时受到季节限制、天气变化等因素影响较小。
3解决的问题
与传统的高抛法混凝土施工工艺相比较，顶升混凝土施工工艺能够较好地解决由于钢柱的特殊构造带来的混凝土浇筑施工难点。1)为保证钢柱的整体稳定和结构强度［1］，钢柱内一般间隔一定的距离布置内隔板，虽然内隔板上开设了灌浆孔以及适当的溢浆孔，在采用高抛法进行混凝土浇筑过程中，内隔板与钢柱柱壁接触的阴角处由于气体无法及时排出，仍然容易形成气孔，影响混凝土浇筑质量。采用顶升混凝土施工工艺时，混凝土通过泵压从柱底顶升至柱顶以下的相应位置(避免柱顶由于钢柱焊接产生的高温影响混凝土强度，钢柱内混凝土一般不允许浇筑到柱顶［2］，顶升混凝土浇筑时，一般浇筑到距柱顶一定距离的溢浆孔处)，在混凝土徐徐上升过程中，钢柱内的气体更容易排出。2)高抛法混凝土施工一般采用自密实混凝土，自密实混凝土往往具有高胶凝材料用量和减水剂掺量，较低水胶比的特点，这一方面会促使混凝土的收缩值变大，更容易使混凝土开裂，对混凝土与钢柱的整体性不利，影响整体强度;另一方面也增加了混凝土的成本，同时高抛法更容易产生混凝土的离析现象。顶升混凝土浇筑时，一般采用微膨胀混凝土，增强混凝土与钢柱的紧密性。3)高抛法混凝土施工时，柱顶浮浆由于管理不当造成钢柱内积水无法有效排出［3］;而顶升混凝土浇筑时，由于混凝土浇筑完成面存在溢浆孔，可以及时排出溢浆及积水。
4工艺原理
钢柱底部通过布设适当的灌浆孔，并且预先安装泵管弯头，通过法兰盘在混凝土输送泵的出口处将输送管与钢柱连接，利用泵送压力将混凝土输送到钢柱内部，自然密实。钢柱侧壁上间隔一定距离开设溢浆孔，便于观察混凝土顶升进度的同时，亦可降低混凝土顶升过程产生的压力。混凝土顶升完成后，止流闸可以有效地防止钢柱内混凝土出现逆流现象。
5混凝土顶升施工对钢构件的构造要求
5.1泵送弯管的设置
钢柱上泵送弯管的设置是混凝土顶升施工的重要环节，本工程混凝土一次顶升高度在30m范围内，泵送弯管设置在相应楼层面上300mm高处，混凝土顶升后，涂刷防火涂料前将泵送弯管切除，采用厚度为12mm，300mm×300mm的方板贴焊封堵［4］，焊脚高度不小于8mm，并涂刷防腐涂料。泵管弯头选取材质为Q235B的无缝钢管，直径为125mm(输送管直径为121mm)，弯制而成。钢管具体尺寸如图1、图2所示;其中直段部分的长度随着钢柱截面的变化而变动，保证泵管弯头的弯口布置在柱中心，减小混凝土顶升时钢柱柱壁对混凝土的压力，直段部分保证水平。钢柱上泵送弯管开孔处需焊接补强板［5］，补强板焊接可以采用两种形式:1)钢柱外表面贴焊规格为325mm×325mm×40mm的方板，方板中间开设直径为135mm的圆孔。2)钢柱内、外表面分别贴焊规格为325mm×325mm×40mm的方板，方板中间开设直径为135mm的圆孔。上述两种方法均需在满足钢柱外表面装修空间的要求，择优而定。为减小混凝土顶升时的阻力，泵送弯管在安装过程中，钢柱内的弯口部分应布置在钢柱的中心位置，同时弯口向上。
5.2钢柱柱上壁溢浆孔的设置
为保证混凝土顶升施工时，钢柱内气体有效地排出，在钢柱侧壁上间隔25m开设直径为50mm的溢浆孔，同时用于观察混凝土顶升进度以及柱顶溢浆或积水的排出。此溢浆孔一般在泵管弯头下200mm位置，距离相应楼层楼板100mm高，布置在与泵送弯管相邻的侧壁上［6］。混凝土顶升过程中，当混凝土溢出时，停止混凝土顶升，并及时清理溢出的混凝土;在下一次顶升前，将此溢浆孔进行封堵处理。
5.3钢柱内部构造隔板的设置
为保证钢柱的整体稳定和结构强度，钢柱内一般间隔一定的距离布置内隔板，内隔板中心需开设直径为800mm的灌浆孔，内隔板四周开设直径为100mm的排气孔，本工程内隔板开孔设置如图3所示。钢柱内除了布置水平隔板外，一般同样布置竖向隔板，本工程竖向隔板规格较小［7］，在混凝土顶升过程中不会造成较大的影响。当钢柱内竖向隔板尺寸较大，未形成腔体时，需要在隔板上竖向间隔2000mm布置直径为250mm的过浆孔，使混凝土在钢柱内部更好地流动。当钢柱内部形成封闭的独立腔体时，每个腔体需要单独进行混凝土顶升浇筑。
6施工工艺流程及操作要点
6.1施工工艺流程施工工艺流程见图4。6.2操作要点6.2.1钢结构构件要求混凝土顶升前，首先检查设计位置处泵送弯管的安装情况，补强板焊接情况，钢柱柱壁上溢浆孔的开设情况是否满足设计要求［8］。当不满足设计要求时，及时进行补修处理，以免造成混凝土顶升时爆管现象。6.2.2混凝土顶升施工注意事项1)混凝土顶升前，需要使用适当的混凝土砂浆进行润管，并且，混凝土顶升施工时此类砂浆不允许流入钢柱内。2)混凝土顶升至预定高度时，立即停止泵送，待钢柱内混凝土基本稳定后，再拆除泵管设施［9］。3)混凝土顶升完成后，先拆除截止阀后的输送管，再拆除截止阀。当拆除时，如果混凝土回溢，立即关闭截止阀，待混凝土终凝后再拆除截止阀。6.2.3混凝土顶升施工对钢管柱的影响混凝土顶升施工时在钢柱内部产生的高压强对钢柱本体的结构安全会造成一定的影响。首先，钢柱构造上已经进行适当的加强，但是，顶升前仍需要通过严谨的计算，合理的选择泵送压力和单次顶升高度，本工程选用的混凝土泵送工作压力为50MPa，顶升高度达330m，单次顶升的最大净高度达27m。其次，在顶升过程中通过在钢柱表面间隔1000mm竖向均布应变片，顶升过程中动态地监测钢柱的应变情况，保证顶升过程钢柱的结构安全和施工安全。
7质量控制
1)施工组织设计指导到位，理论计算指导现场施工，施工布置合理，准备工作严密、充分，施工人员尽职尽责，共同保证混凝土顶升施工的顺利进行。2)混凝土质量严格满足泵送混凝土的质量要求，用于润管的砂浆不允许进入钢柱内。3)混凝土顶升选取的工作压力要严格按照设计执行，避免顶升时爆管现象的发生。4)管道坡度设置尽量平缓，管道接头必须连接紧密，弯管位置要固定，磨损严重的泵管不允许用在泵送管路中。
8安全措施
1)施工作业人员必须掌握本工艺的操作要领，特殊工种作业必须持证上岗。2)混凝土顶升施工时，截止阀旁边严禁站人［10］。3)高空作业人员要系好安全带，穿防滑鞋，防止高空坠落。在溢浆孔观察混凝土顶升状态的观察人员必须带好防护眼罩保护眼睛，防止混凝土喷出伤眼。4)顶升前检查输送管路连接处是否紧密、安全，合格后方可进行混凝土顶升施工。5)混凝土、砂浆等对钢结构的污染应该及时清除干净。
9效益分析
混凝土顶升施工在超高层结构施工中的应用一方面可以提高施工效率，另一方面极大地增强超高层施工的安全性。同时，节省了大量的人力、物力及资金，具有较好的经济效益和社会效益。
10结束语
天津现代城项目根据现场的实际情况，选取混凝土顶升施工的工艺，严格按照施工部署、计划顺利地完成办公楼外框箱形钢柱的混凝土顶升施工。本文通过总结本工程钢管柱混凝土顶升施工的技术要点，为类似工程提供施工依据，为超高层钢管柱混凝土顶升施工技术的进一步完善提供经验。
参考文献
［1］GB50755—2012钢结构工程施工规范［S］．
［2］GB50017—2003钢结构设计规范［S］．
［3］GB/T50621—2010钢结构现场检测技术标准［S］．
［4］GB50661—2011钢结构焊接规范［S］．
［5］顾纪清．实用钢结构施工手册［M］．上海:上海科学技术出版社，2005．
［6］黄文明．泵送混凝土的施工工艺分析［J］．安徽建筑工业学院学报:自然科学版，2005(1):52-54．
［7］陈斌．混凝土配合比优化及结构早期裂缝防治研究［D］．杭州:浙江大学，2005．
［8］胡玉银．超高层建筑施工［M］．北京:中国建筑工业出版社，2011．
［9］中国钢结构协会．建筑钢结构施工手册［M］．北京:中国计划出版社，2002．
［10］王宏．超高层钢结构施工技术［M］．北京:中国建筑工业出版社，2013．
作者：赵云龙 张朝 卢俊嶙 何华丽 单位：中建钢构有限公司北方大区
