格构式箱型柱柱芯混凝土顶升施工方案0001.docx
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格构式箱型柱柱芯混凝土顶升施工方案0001
gd格构式箱型柱柱芯混凝土顶升施工方案
格构式箱型柱柱芯混凝土顶升施工方案
一、工程概况
1、西安煜阳重型机械制造有限公司生产基地（铸造车间）钢结构工程位于西安市长安区滦镇，本工程占地面积19872㎡。
结构设计使用年限为50年，建筑物安全等级为二级。
2、主要建筑结构形式：
铸造车间为三连跨钢结构厂房，单跨最大跨度为36m，其余两跨均为30m。
该车间总长207m，基本柱距为9m，结构形式为重型门式钢架结构，檐口标高25.2m。
除屋面预应力混凝土大板外，铸造车间地面以上为全钢结构厂房，下柱均为格构式箱型钢柱，高度为16.5m。
上柱部分为格构式箱型柱，部分为焊接实腹工字形钢柱，高度均为7.2m。
该车间下柱共200根，其中钢柱的尺寸及壁厚为450mm×350mm×18mm×16mm125根，尺寸及壁厚为400mm×300mm×14mm×12mm75根，下柱芯采用泵送顶升混凝土浇灌法进行施工，混凝土一次顶升到位。
泵送顶升混凝土为C40细石混凝土，根据设计要求，顶升混凝土加微膨胀剂。
本工程泵送顶升柱芯混凝土已于2014年12月份竣工。
在前期试验阶段，由于未能全面掌握施工技术要点，各方面因素分析不到位，出现过一次失败案例。
在混凝土顶升过程中，未能控制好输送泵的输出排量及出口压力，柱芯内混凝土压入过快，使柱芯内压力急剧增高，排气不及时，造成钢柱在母材与焊缝衔接处爆裂。
二、编制依据
本施工方案是以设计院图纸为依据，参考本公司以往在类似工程的施工经验，结合本工程的实际情况及特点，并通过相应的计算、分析结果，通过对施工现场的实地踏勘基础上进行编制。
对于本工程的施工应严格按照国家相应的有关标准、规范、规程、规定执行，具体如下：
1、西安煜阳重型机械制造有限公司提供的陕西有色建筑设计研究院有限公司的设计图纸
2、国家、行业及企业颁发的施工质量验收规范、规程，工程质量检验评定标准：
《施工现场临时用电安全技术规范》（JGJ46-2005）
《钢管混凝土柱顶升混凝土施工操作规程》（Q/20Y1030-2004）
《建筑施工高处作业安全技术规范》（JGJ80-1991）
《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204-2002）
《冶金建筑工程施工质量验收规范》（YB4147-2006）
其它现行的国家及地方规范、规程。
三、混凝土顶升施工工艺及工艺流程
1、施工工艺：
格构式箱型混凝土钢柱柱芯混凝土顶升施工工艺是利用混凝土输送泵的泵送压力，在箱型柱脚开压注口，在箱型柱顶侧开出浆孔，将混凝土从箱型柱底部灌入，直至注满整根箱型柱的一种混凝土免振捣施工方法。
本工艺能一次性将箱型混凝土柱内的混凝土顶升至所需高度，可减少工序环节，降低劳动强度，加快施工进度。
2、泵送顶升浇灌法工艺流程
泵送顶升浇灌法工艺流程图
四、施工准备及作业条件
格构柱吊装就位，地脚螺栓终拧完毕，柱底板灌浆完毕，且灌浆强度等级已达到设计强度75%。
1、材料要求：
1.1避免泵送管堵塞，混凝土的坍落度宜不小于180mm。
1.2在满足混凝土强度的基础上要求混凝土无收缩,混凝土与钢柱壁能紧密地结合,为此应在混凝土中掺适量膨胀剂。
1.3制作单向阀和截止阀的钢材均为8mm厚及20mm厚的Q345钢板。
2、配合比设计
2.1混凝土设计强度：
C40细石混凝土。
2.2混凝土具有良好的可泵性，即坍落度大，和易性好、不泌水、不离析、自密性好。
坍落度为180～220mm。
2.3配合比设计必须由具有相应资质的专业试验室完成，并由商混供应单位提前做好试拌，以检验各项技术指标是否满足要求。
只有经过试拌检验各项指标合格的配合比，方可正式施工。
3、混凝土泵最大压力的选择
混凝土泵车顶升时，泵车的压力组成分为混凝土垂直静压力、顶升过程中混凝土间、水平运送及弯管等压力，混凝土在顶升过程中，混凝土在钢柱内是呈“泉涌状上升”。
3.1垂直静压力：
N1=2400×16.5×（2～2.5）×0.35×0.45×9.8
=122245.2～152806.5
P1=N1/S=122245.2～152806.5/0.35×0.45×10-6=0.776MPa～0.97MPa
3.2顶升过程中混凝土间的粘结阻力
参考混凝土在水平管内流动每米产生压力损失计算中的粘结系数:
K1=（3.00-0.01×180）×102=120Pa
P2=（（2～2.5）×（0.35+0.45）×16.5×120）/（0.35×0.45）×10-6=0.025Mpa
3.3水平输送泵及弯管压力：
水平输送泵按6m考虑，压力损失为：
0.05Mpa
90°弯头按3个考虑，每个压力损失为0.1Mpa，3×0.1Mpa=0.3Mpa
管道止回装置每个压力损失为0.4Mpa，2×0.4Mpa=0.8Mpa
P3=0.05Mpa+0.3Mpa+0.8Mpa=1.15Mpa
3.4以上三种压力相加的出压力为：
P=P1+P2+P3=0.97Mpa+0.025Mpa+1.15Mpa2.145Mpa
最大压力值为1.2×2.145Mpa=2.574Mpa
4、施工机具及劳动力配置
4.1主要施工机械配备计划表
序号
机械名称
单位
数量
备注
1
混凝土输送泵
台
1
SY5125THB
2
混凝土运输车
台
4
3
混凝土输送管
m
30
4
输送管弯头
个
8
90°弯头和45°弯头各4个
5
塑料软管
m
18
6
坍落度筒
个
1
7
单向阀
个
200
8
截止阀
个
4
9
草袋
㎡
15
4.2劳动力配置计划表
工种
数量
工种
数量
现场工长
1人
放砼人员
1人
泵车司机
2人
观查员
2人
泵管拆装人员
5人
试验员
1人
5、出浆孔、排气孔制作
由于格构式箱型柱已安装完毕，且从四周无法观测柱内混凝土是否注满，故应在箱型柱制作完毕时钻孔。
由于柱本身特点，牛腿下翼缘板为柱顶板，故在下柱顶部无法开孔，故钻孔位置在柱壁距柱顶20mm处对称开孔，孔径不应小于20mm，同时用作出浆孔及排气孔。
6、单向阀及截止阀的制作
6.1、单向阀由Φ145mm，5mm厚的混凝土输送弯管（R=500mm）及8mm厚的Q345钢板共同加工而成，具体加工方法和尺寸如图1所示。
图1单向阀加工大样
6.2、截止阀制作
截止阀采用20厚的Q345钢板及Φ18的螺栓加工制作，具体加工方法和尺寸如图所示。
6.4在距箱型柱柱底部500mm开一Φ145mm圆孔，用于焊接单向阀。
6.5焊接单向阀（如图2），单向阀伸进钢管混凝土柱内的位置见图中所示。
单向阀的盖板与水平方向的夹角宜为60°～70°，可通过伸出铰链背后的钢板调节固定。
6.6用套箍连接截止阀（如图4），在截止阀与混凝土泵间布置混凝土输送管。
若单向阀在浇筑完毕后能正常启闭，可重复利用截止阀。
图4截止阀
五、压注施工
1、浇筑前，要计算好单根柱混凝土用量，待所需混凝土运送到施工现场后方可进行顶升（从混凝土拌合至顶升结束的时间应控制在混凝土初凝前），防止混凝土在运输过程中耽搁造成顶升中断。
同时，及时做好混凝土坍落度及坍落扩展度的检测。
2、在混凝土输送管与截止阀连接前，泵送砂浆用以润滑输送管道，并把该部分砂浆清除干净后再进行柱芯混凝土的浇筑。
3、混凝土顶升前，施工人员应认真做好记录，复测待浇筑钢柱的界面尺寸，调校好混凝土泵的排量及出口压力，并观察记录混凝土泵转速及油压力。
4、混凝土顶升时，待混凝土顶升量达到85%时，应在柱顶开孔方向处分别应设置专人观察点，观察人员应做好安全防护措施，以防混凝土喷出伤人。
待混凝土顶升至柱顶后，观察人员应立刻做出反应通知泵工及时停泵，待混凝土恒压稳定2-3分钟后进行2-3次回抽，若泵车料斗混凝土面无明显上升，方可拆除混凝土输送管。
若泵车料斗混凝土面有上升迹象，说明单向阀未能回落，必须先关闭截止阀方能拆除输送管，避免柱芯内混凝土从单向阀泄露。
5、在拆除混凝土输送管过程中，随时做好关闭截止阀的准备，并应注意拆管顺序，必须先拆除截止阀后靠近混凝土泵端的输送管，再拆除截止阀前的套箍及截止阀。
若拆管过程中混凝土有涌出现象，应立即关闭截止阀，待混凝土终凝后再拆除截止阀。
六、出现非正常现象的应急处理措施
1、混凝土离析、泌水
在混凝土拌制、水平运输、泵送和布料浇灌的全过程中由于操作不当，造成混凝土的匀质性被破坏则出现混凝土离析。
离析的混凝土容易堵管，强度也会降低。
处理措施为一是靠搅拌站的搅拌质量来保证；二是混凝土运输要用搅拌运输车；三是在泵车上设置带搅拌装置的料斗保证入泵混凝土拌和均匀，若混凝土骨料分离比较严重，料斗内灰浆明显不足时，应将分离的骨料清除或另加砂浆或将此部分混凝土弃掉不用；四是泵送尽可能连续。
2、泵管堵管处理
在出现堵管征兆时，应及时采取措施，可有效防止堵管。
在正常情况下，泵送油压最高值不会达到设定压力。
若泵送油压很快达到设定压力，正常泵送循环自动停止，主油路溢流阀发出溢流的响声，就表明发生了堵塞。
此时可频繁地进行反泵操作，将管道混凝土吸回一部分到料斗里，通常可排除堵管。
若不行，说明已堵牢。
此时，在一边进行正泵--反泵操作，一边让其他人员沿着输送管路寻找堵塞部位，一般从泵的出口开始，未堵塞的部位会剧烈振动，而堵塞部位之后的管路是静止的，还可以用木锤敲打判断。
用木锤敲打堵塞部位有时可以使堵塞的骨料瓦解而恢复通畅，但不准用铁锤等砸损管道。
若敲打无效，可将堵塞段管件拆下，清除混凝土后再装回去，即可继续泵送。
七、施工要点及其注意事项
1、泵送顶升用混凝土必须按设计要求，在混凝土坍落度测试符合要求后方可进行顶升施工。
由于意外原因在现场停置时间过长，坍落度损失严重的混凝土不得用于顶升施工。
坍落度的测量分别在出搅拌机口和入泵前进行。
2、混凝土泵与钢柱之间的输送管采用新的输送管，以防旧管出现爆管现象。
3、顶升施工时用于润滑输送管的水泥砂浆不得替代混凝土留在钢管内，必须排出。
4、混凝土顶升过程中专人记录输送泵的压力情况，并与理论值做以对比，若实际情况高于理论值，应当立即停泵，待查明原因、排除危险因素后方可继续作业。
5、发现出浆孔大量涌出混凝土时应立即停泵控制泵压，避免造成柱芯内压力过高。
6、顶升完毕后，待混凝土泵恒压2-3分钟后，先关闭截止阀再拆除输送管。
7、为防止混凝土回流，在压注口设置截止阀，泵送顶升时开启，结束时关闭。
泵管连接必须安全可靠。
为保证施工安全，磨损严重的泵管不得使用。
8、钢柱开孔时割下的钢板编号保存，混凝土灌注完成后再将其焊上。
9、泵送混凝土因故暂停时，须每隔2～3min抽动一下泵的活塞，防止混凝土假凝引起阻塞。
八、质量保证措施
1、泵送箱型柱柱芯混凝土的成功，需要施工组织体系高效运转，施工准备工作严密充分，施工人员尽职尽责，施工布置合理便利，理论计算指导施工要准确及时。
2、混凝土质量是泵送成功的关键。
由于本工程采用商砼，所以要求商砼供应单位：
石子采用细石,骨料最大粒径的含量均不能超过规范要求，级配要满足级配标准。
若粉含量较大，可对石子用水冲洗后使用。
砂子以天然中砂为好，必要时过筛。
要求混凝土和易性好，不离析，坍落度损失小。
材料计量要准确。
3、压注过程中应随时观测柱轴线变形及箱型柱截面变化，若发生变化应立即停泵。
4、管道坡度设置应尽量保持平缓，管道接头必须连接紧密，弯管位置要固定，需用塑料软管连接时，软管两端及中间用软织物垫实，软管不得与地面直接接触，磨损严重的泵管不用在泵送管路中。
5、每次压注完成后要对泵管彻底进行清洗，不要在管内粘结残余混凝土。
6、施工机械设备及输送管应完好，并配足易损件。
7、混凝土搅拌车在装料及运输过程中，应保持运输车滚筒按3～6r/min低速转动，保持混凝土拌合物的均匀性，不产生分层、离析现象，严禁在运输和等待卸料过程中加水。
8、浇筑前，要计算好单根柱混凝土量，待所需混凝土运送到施工现场后方可进行顶升，防止混凝土在运输过程中耽搁造成顶升中断。
9、加工制作单向阀及截止阀使用的钢材、焊接材料和紧固件等应具有质量证明书，并符合《钢结构工程施工质量验收规范》（GB50205-2001）的规定。
10、单向阀及截止阀应严格按照图1及图2要求加工制作，开启、关闭灵活。
焊接质量应符合《建筑钢结构焊接技术规程》（JGJ81-2002）。
九、安全保证措施
1、施工前要对操作人员进行安全交底，对箱型柱顶升混凝土施工中的危险源进行辨识。
2、顶升前全面检查水平输送管接头的可靠性，顶升开始时水平钢管上要覆盖草袋，以防因泵送压力过大而发生爆管伤人，泵送时现场人员要远离泵管。
在混凝土浇筑过程中，截止阀旁严禁站人。
3、混凝土浇筑前，应对单向阀、截止阀、输送管的布管及接头等进行检查，混凝土输送泵进行试运转正常后方可开机工作。
4、在出浆孔、排气孔观察混凝土上升情况的人员要带眼罩保护眼睛，防止混凝土喷出伤眼。
5混凝土泵车须由设备持证专人操作，严紧其它人员无证违章作业。
8施工用电检查工作要到位，新布用电线路必须由电工按规定敷设。
9现场道路要平整畅通，保证混凝土输送泵、混凝土运输车平稳运行。
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