1、钢管砼柱砼施工质量在招商局南京国际金融中心项目上的探讨孙兆科【内容摘要】文章从招商局南京国际金融中心续建工程特殊的结构形式（钢管砼框筒体系）着手，就钢管柱内砼浇铸的工艺以及砼强度的控制进行了简要的介绍。【关 键 词】高强砼 柱内砼浇注 塌落度 振捣密实混凝土也称砼，是当代最主要的土木工程材料之一。它是由胶结材料，骨料和水按一定比例配制，经搅拌振捣成型，在一定条件下养护而成的人造石材。混凝土具有原料丰富，价格低廉，生产工艺简单的特点，因而使其用量越来越大；同时混凝土还具有抗压强度高，耐久性好，强度等级范围宽，使其使用范围出十分广泛，不仅在各种土木工程中使用，就是造船业，机械工业，海洋的开发，地热
2、工程等，混凝土也是重要的材料。但在不同的工程中，对砼强度的控制也各不相同。一、工程概况招商局南京国际金融中心工程位于南京新街口中心广场西南侧，楼盘占地 2.1 万 m2，工程总建筑面积约 19 万 m2。其中主、副楼的建筑高度分别为 104.8m 和 220.8m，主楼为一超限高层写字楼。工程从 1995 年底破土动工至 2000 年 12 月，历经桩基、基础、裙楼、副楼的开发后项目建设暂停，2004 年 11 月楼盘的主楼区开始续建。主楼工程结构类型为钢管砼框筒体系。主体结构的安全等级为一级，设计使用年限为 50 年，抗震设防烈度为 7 度，抗震等级框架为一级、核心筒为特级。二、本工程钢管砼
3、框筒体系的结构特征及钢管砼柱的受力特征根据设计要求，本工程主塔楼主体结构采用钢管砼框筒体系，其平面布置如：图 1图 1 南京国际金融中心工程主楼区钢管柱的分布其特征：（一）主楼各层平面为一轴对称的城门洞形，中心部位为筒体，周边对称设置二十根外径1.1m，且随楼层增高壁厚按 25、18、14mm 逐步递减的钢管砼柱。（二）核心筒剪力墙体内设置型钢梁、型钢柱。核心筒与钢管柱间，钢管柱与钢管柱间分别设置断面不一的型钢砼梁。（三）由于主楼层数多（五十一层）核心筒的高宽比大，故在核心筒墙体转角处、框墙交接处均布置型钢暗柱，以提高核心筒的抗弯能力。本工程在核心筒外对称设置的二十根钢管砼柱为小偏心受压构件，
4、在钢管砼框筒体系中，钢管砼柱承受其从属面积内的竖向荷载和部分水平荷载。根据国外有关研究资料证明，钢管砼在轴向压缩荷载作用下，由于钢管与砼的相互作用，钢管内冲填的砼受钢管的紧箍作用，砼处于三向受压的状态。因此延缓了砼受压时纵向开裂的出现，而钢管本身则由于内填砼提供的侧向支撑作用，推迟了管壁受压弯曲，增强了钢管的受压稳定性。据资料统计，在受压状态下，钢管砼柱的抗压能力可达钢管与砼单体承压能力之和的 1.72.0 倍。同样在受弯和受剪的状态下，圆形钢管砼柱表现出较强的塑性性能。在反复水平动荷载作用下，钢管砼柱又表现出较强的耐震性和延性。由于钢管砼柱具有良好的静动力学性能，因此施工阶段保证钢管砼柱内砼
5、的灌注质量，使钢管与砼之间相互作用充分发挥，确保钢管砼柱具有良好的静动力学性能就显得非常重要了。三、钢管砼柱砼施工质量控制的要点根据设计要求，本工程钢管砼柱内砼强度等级为 C60，属于高强砼。施工中我们对钢管砼柱内 C60 高强砼的控制包括下列内容：（一）根据砼的设计规范，审查砼的配合比；控制钢管砼柱内砼的施工质量，首先控制砼的配合比。为此要求砼的制备厂，根据本工程的设计要求，在砼施工前提供 C60 砼的水灰比，及砼的制备配合比。并要求厂方提供试配报告报监理审查，监理还对原材料作如下重点审查：1、根据砼的设计规程，高强砼选用的硅酸盐和普通硅酸盐水泥，强度等级不应低于 42.5级。本工程厂方采用
6、的水泥为普硅 52.5 级，符合规程要求。2、根据砼的设计规程 C60 砼其粗集料的最大粒径不应大于 31.5mm，高于 C60 砼，其粗集料的最大粒径不应大于 25mm。针片状颗粒含量不宜大于 5.0%。本工程厂方采用的白云石矿的碎石最大粒径为 25mm，针片状颗粒含量为 3.4%，也符合规程要求。3、根据砼设计规程，高强砼细集料的细度模数宜大于 2.6。本工程采用的细集料的细度模数为 2.5。略低于规定值，但细集料中泥及泥块含量均达类技术指标。4、根据砼设计规程，高强砼水泥用量不应大于 550kg/m3，水泥和矿物掺合料的总量不应大于 600 kg/m3。本工程 C60 砼水泥用量 395
7、 kg/m3，水泥和矿物掺合料的总量为 543 kg/m3，小于 600 kg/m3，符合规程要求。钢管柱内砼浇注期间，现场抽查塌落度，并适时到砼制备厂检查，检查制备比例是否与报验比一致。（二）根据现场条件，选择柱内砼浇注方法。选定与现场浇注方法相适应的砼塌落度；常见的钢管砼施工方法有导管浇注法，泵送顶升浇注法和传统的手工逐段浇注法。现场采用何种方法需根据施工现场机具配置条件，钢管柱的节点型式，施工人员的经验等确定。上述三种浇注方法由于工艺不同，对塌落度要求也不一。本工程钢管柱施工最大高度近 200 米，且核心筒内已安装一台内爬式 H3/36B（BA659）型的塔吊。塔吊臂长 60 米，臂端起
8、重量为3.6 吨。现场二十根钢管柱全部处于吊臂有效覆盖范围内。因此，本工程钢管砼的浇注方法是利用塔吊吊斗，自上而下分层逐段进行浇注，并随浇随振，确保砼密实。为了控制钢管柱内砼的施工质量，在本工程地库和主楼施工期间，我司曾先后约请东南大学结构及材料试验中心和南京南大工程检测评估有限公司对本工程部分层次的钢管柱作过四次检测。现场对采用传统方法施工时塌落度的控制作过粗浅的探索。结果证明，钢管柱内砼除应满足配合比、强度要求外，尚应注意选择砼的塌落度。分层浇注的厚度，塌落度不同振捣烈度也应作相应调整。在地库施工首次浇注钢管砼时，由于 C60 砼制备水灰比小，为了保证砼的和易性，厂方掺加少许塑化剂，浇注时
9、砼的塌落度高达 180mm210mm。浇注时采用正常方法振捣，分层厚度为 1.5mm，结果超声波检测证明，每根钢管柱根部振幅和声速都偏大，顶部振幅和声速都偏小。分析认为这是砼粗集料下沉所至。以此塌落度浇注管内砼，楼层间柱内砼密实度和强度将形成跌级。当塌落度小于 100mm，分层厚度 1.5m，采用正常烈度振捣时，超声波检测的波速和波幅曲线均较均匀。本工程七层以下基本采用此法施工，主楼续建工程开始后，为了保证进度，钢管柱内砼每两层浇注一次，钢管内砼分层厚度约 1.5m，塌落度控制在140mm 左右，砼振捣采用略振法施工。89 层 19 和 3 号钢管柱砼的测试结果显示，采用此法施工时砼的均匀性基
10、本上小于 15%，个别剖面离散系数略大于 15%，具体测试结果见表 1.由表 1.和超声波测试曲线可见，19 号柱超声波检测波速的离散系数小于 15，且曲线图显示出的声学参数均匀无异常。根据 JGJ106-2003，J256-2003 建筑基桩检测技术规范第 10.4.7条例规定，判定 19 号柱为类柱，柱身完整无缺陷。3 号柱 2-3 剖面超声波离散得数大于15，且根据该柱的检测曲线，在梁柱节点断面的声学参数出现异常，但无声速低于低限的异常。根据 JGJ106-2003，J256-2003 建筑基桩检测技术规范 判定为类柱，柱身基本完整，可以作为工程柱使用。表 1柱 测 孔示 意 图柱号 测
11、孔剖面孔 距（ m）超声波初至抵达时间（ms）平均声速（m/sec）标 准偏 差离 散系 数（%）测孔 1-2 0.520 0.126 4143 267 6.5测孔 2-3 0.570 0.138 4125 167 4.019测孔 3-1 0.560 0.138 4054 185 4.6测孔 1-2 0.620 0.157 3953 213 5.4测孔 2-3 0.601 0.144 4172 635 15.21323测孔 3-1 0.560 0.135 4165 485 11.6（三）为确保浇注质量，对钢管柱加径部位进行特殊处理；从上述柱 3 测孔 2-3 的测试能量图可见，当现场砼为 14
12、0mm，采用略振法施工时，在钢管柱梁柱节点加劲部位，由于钢管柱内设有宽度为 200mm 的加强环，由于振捣不足，加强环下部局部存在松散或蜂窝。超声波在此产生散射和绕射，导致该测位声学参数出现异常，声速离散系数大于 15%。针对上述情况在 14 层以上钢管柱砼施工时，现场对钢管柱节点内侧加劲环的宽度从 200 减小为 100。同时为了提高施工进度，经设计认可，从 14 层开始原梁柱牛腿节点改为穿筋式节点，由于梁的主筋穿入钢管柱内，按传统方法分层从上而下浇注时，砼可能会产生回弹、散射，钢管柱内砼的均匀性难以保证。为此现场采取的应对措施是在塌落度保持小于 140mm 的前提下加强振捣。 表 2.为
13、2021 层 13 和 14 号钢管柱超声波检测结果。表 2柱 测 孔示 意 图柱号 测孔剖面孔 距（ m）超声波初至抵达时间（ms）平均声速（m/sec）标 准偏 差离 散系 数（%）测孔 1-2 0.650 0.141 4601 142 3.1测孔 2-3 0.550 0.113 4858 196 4.013测孔 3-1 0.550 0.116 4753 238 5.9测孔 1-2 0.350 0.082 4285 239 5.6测孔 2-3 0.700 0.128 5612 859 9.413214测孔 3-1 0.350 0.081 4344 410 15.3由表 2. 14 号柱测孔 3-1 剖面看，声速的离散系数大于 15，进一步查看并分析测孔 2-3和测孔 3-1 的声波测试曲线，发现两测试剖面在下部的声速曲线呈反向飘移。这说明 3 号孔测管预埋时根部发生偏移，导致 2-3、3-1 测孔不平行，测管下部孔距与上部不符。因此计算出的声速离散系数超标（15%） ，但由于 2-3，3-1 剖面声幅曲线正常，且无声速低于低限值的异常，说明 14 号柱剖面 3-1 的声速离散系数失真。由此判断，当砼塌落度小于 140mm 时，对于上述节点型式的钢管柱采用正常振捣方式浇注钢管柱内砼是可以保证管内砼的密实度的。
