深圳证券交易所营运中心项目钢管高抛自密实混凝土施工技术

Self-compacting Steel Tube Confined Concrete

in The Project of Shenzhen Stock Exchange Operation Center 【摘要】深圳证券交易所营运中心工程钢管混凝土采用高抛自密实混凝土施工技术。通过对各种材料的试配和优化分析，最终确定混凝土配合比。并结合现场模拟试验对混凝土强度、坍落度、坍落扩展度等的研究，表明配制的混凝土能够满足设计和施工的要求。混凝土施工中采用超声波检测法，对混凝土强度和密实度等进行检测，均符合要求。该项技术在工程应用中取得了很好的社会效益和经济效益。

【Abstract】The steel tube confined concrete in the project of Shenzhen stock exchange operation center apply construction technology of high dropping self-compacting concrete. By analyzing all kinds of adaptation and optimization schemes, mixing ratio is chosen finally. Furthermore, it is pointed out that the preparation concrete can meet the design and construction requirements combining with the study of strength, slump and slump flow of concrete. The strength and compactness of concrete are through ultrasonic detection method, and it can meet the requirement. The technology achieved good social and economic benefits in the project.

【关键词】深圳证券交易所营运中心工程；钢管混凝土；高抛自密实混凝土；配合比；施工技术

【Key words】 Shenzhen stock exchange operation center project; steel tube confined concert; high dropping self-compacting concert; mixing ratio; construction technology

1、前言

近年来，随着国内外经济的快速发展，建筑物的结构形式不断创新，建筑高度屡被突破，对混凝土材料及其施工技术也提出了越来越高的要求。以往都是采用振捣方式使混凝土密实成型的，而自密实混凝土是依靠混凝土本身的性能达到密实成型的。目前，在钢管混凝土的施工中应用很多，深圳证券交易所营运中心工程就是一个例子。

高抛自密实混凝土施工是把自密实混凝土从高处自由抛落到钢管内的一种混凝土浇灌施工方法。该方法利用了混凝土从高位落下时产生的动能达到振实混凝土的目的，免去了繁重的振捣工作，加快了钢管混凝土的施工进度。

在进行自密实混凝土配合比设计的时候，要根据结构物的结构条件和施工条件进行详细分析，以便确定自密实混凝土应该满足的性能要求。对自密实混凝土而言，工程所需的性能包括自密实性能、易施工性、强度、耐久性、抗渗性、抗裂性和保护钢筋的性能等。与常规混凝土相比，自密实混凝土特有的性能要求为自密实性能，硬化后的各种性能要求与常规混凝土类似，强度等级、弹性模量、收缩和耐久性等其他性能复合设计要求或者相关标准即可。

2、工艺特点

与常规的混凝土相比，高抛自密实混凝土在建筑结构和施工中的应用具有以下特点：

（1）免去振捣工序，靠自重成型，减少施工噪音，改善工人的工作环境和周围居民的居住环境。

（2）解决了不易或无法进行振捣作业（如钢筋过于密集、断面过深或过于复杂等）的问题。

（3）提高浇筑速度，缩短施工工期。

（4）节约人工。

（5）提高混凝土结构的耐久性。

3、工艺原理

采用试验方法和相应评价指标，配制流动性、抗离析性、间隙通过性等工作性能良好的混凝土拌合物，在施工过程中不需要振捣密实，仅在自重作用下就可以充满钢管的每一个角落，并且达到充分均匀密实。

4、施工工艺流程及操作要点

4.1工艺流程

施工工艺流程如图1：

图1 施工工艺流程图

4.2 主要施工操作要点

4.2.1高抛自密实混凝土配合比设计目标

（1）配合比设计目标的设定

根据工程特点和设计要求，设定合适的混凝土配制目标是自密实混凝土配合比设计的第一步。自密实混凝土配合比的确定是各种材料组分的比例和混凝土强度、耐久性、施工性、体积稳定性（硬化前的抗离析性，硬化后的弹性模量、收缩徐变）等诸性质间矛盾的统一。

(2)配合比设计标准

按照试验室所提供的配合比，对原材料精选和配合比的调整试配，使混凝土具有足够的塑性粘度（即聚粘度），不致离析泌水；又具备良好的流动性、填充性能，形成均匀致密的混凝土结构体。在混凝土的性能试配中，应遵循： 1）按照用水量、外加剂、砂率及掺合料性能对混凝土工作性能的影响规律，对配合比作调整，把工作性能的多项指标控制在适当范围内。

2）通过高效减水剂、缓凝剂、适量微膨剂(UEA)等，保证混凝土工作性能及强度等级。

3）在混凝土工作性能适宜但强度值离试配值相差较大时，可通过提高胶凝材料浆量，降低水胶比，以满足强度等级。

4）混凝土拌合若出现离析，可增加砂率或减小细骨料细度模数，以及增加掺合料、减少用水量等办法解决。

（3）原材料的选择

1）水泥

水泥宜采用硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥，其质量应符合现行国家标准《硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥》（GB 175）的要求。

2）骨料骨料应符合现行国家标准《建筑用砂》（GB/T 14684）和《建筑用卵石、碎石》（GB/T 14685）等的要求。粗骨料宜采用连续级配的粗骨料，其最大粒径一般宜小于20mm，针片状颗粒含量宜小于10%，空隙率宜小于40%。细骨料宜选用级配合格的中砂，砂的含泥量小于1%。

3）拌合水

拌合用水应符合现行行业标准《混凝土拌合用水标准》（JGJ 63）的要求。

4）外加剂

外加剂应符合现行国家标准《混凝土外加剂》（GB 8076）和《混凝土外加剂应用技术规范》（GB 50119）的要求，但28d收缩率比不宜大于100%。如有必要，在硬化混凝土性能满足设计要求的条件下，可采用增稠剂。

5）矿物掺合料

矿物掺合料应符合现行国家标准《高强高性混凝土用矿物外加剂》（GB/T 18763）、《粉煤灰混凝土应用技术规范》（GBJ 146）和现行行业标准《粉煤灰在混凝土和砂浆中应用技术规程》（JGJ 28）的要求。如有必要，可采用惰性矿物掺合料。

（4）配合比的调整

初步设计出的自密实混凝土配合比不一定保证新拌自密实混凝土的性能满足要求，需要在设计完成后对该配合比进行试拌并检验拌和物是否满足新拌混凝土自密实性能的要求。一般需要验证的为新拌混凝土的自密实性能，硬化后的强度性能等。如有特殊需要还应根据具体情况针对性的检验。自密实性能检测方法一般为坍落扩展度试验、V形漏斗试验和U形箱试验。

对不满足工作性能的自密实混凝土进行配合比调整时建议按照以下步骤（如图2）：

深圳证券交易所营运中心工程C70自密实混凝土配合比设计报告如图3。

图3 深圳证券交易所营运中心工程自密实混凝土配合比设计报告（5） 钢管的特殊措施

1）在钢柱加劲板上中间设置浇筑孔，四周设置4个透气孔，保证混凝土的顺利浇筑。以工程中某一钢管柱为例，截面图如图4。

图4 节点图 图5 节点图 2）为了加强钢管与核心混凝土之间的结合合整体性，保证在轴向荷载作用下工作，在钢管内侧加栓钉。以工程中某一钢管柱为例，截面图如图5。

（6）混凝土的浇筑

1）自密实混凝土对原材料、配合比极其敏感，搅拌站要根据当日的砂石含水率调整配比，搅拌机、罐车要清洁干燥，地泵、混凝土管要用同标号砂浆润管。

2）钢管柱内隔板底部的气泡较难排除，要求在施工工序上进行控制。每根钢管柱内混凝土分两次浇筑：第一次浇筑高度为半节钢管柱高度，第二次浇筑开始时间与第一次结束时间间隔不少于15分钟，已利于充分排出气泡。使用钢筋插棍进行插捣，并用锤子敲击钢管，起到辅助流动和辅助密实的作用，以帮助排除混凝土内的气泡。

3）因为自密实混凝土黏度大、含气量高的特点，所以浇筑应保持连续以防止堵管，同时做到可控以利于排气。

4）对于型钢混凝土组合结构，检查模板拼缝不得有大于1.5mm的缝隙。

5）塔吊漏斗使用前用水冲净，模板内杂物清理干净。

6）混凝土运输车在进入现场时应审查随车技术资料，并抽测坍落度、扩展度，符合要求方可使用。

7）卸料前罐车高速旋罐90S左右，再卸入塔吊漏斗。

8）自密实混凝土浇筑时，控制好浇注时间，尽量减少浇注过程对混凝土高

流动性的影响，使其和易性能不变。浇筑过程中设置专门的专业技术人员在施工现场值班，确保混凝土质量均匀稳定，发现问题及时调整。

9）浇筑时在浇注范围内尽可减少浇筑分层，使混凝土的重力作用得以充分发挥，并尽量不破坏混凝土的整体粘聚性。

10）自密实混凝土浇筑至设计高度后可停止浇筑，20min后再检查混凝土标高，如标高略低再进行复筑，以保证达到设计要求。

其中对标高38.550m以上自密实混凝土的浇筑采用塔吊吊运的方式，具体的浇筑流程见图6：

地面装料 塔吊向上吊运

图6 38.550m以上自密实混凝土浇筑流程

（7）施工注意事项

序号项目注意事项

1 基层清理每根柱浇筑之前进行基层清理、凿毛，并预铺10～20cm厚同强度的水泥砂浆。

2 节点处的混

凝土振捣

加劲板以下的混凝土振捣，要等到振捣孔溢浆和混凝土冒出振捣孔不再下

落方能往上继续浇筑，以确保混凝土的密实度。

3 浇筑速度要合理控制浇筑的速度，以保证混凝土的振捣质量。

4 浇筑平台的

操作

当浇筑达到一节串筒高度时，振捣人员将最下一节串筒拆除，如此循环直

至浇至加劲板高度再移到下一柱浇筑。

5 间隔时间同一根钢管柱的浇筑应连续进行，中间间隔时间不能超过混凝土的初凝时间。

6 其他

每一节柱混凝土浇筑完毕，应将管口封闭，防止水、油物等杂物落入钢管内。每次浇灌混凝土前，先浇灌一层厚度为10～20cm 与混凝土等级相同的水泥砂浆，作为接触砂浆，以做好水平施工缝的连接处理，同时以免自由下落的混凝土粗骨料产生弹跳现象。

表1 施工注意事项

7、质量控制

7.1自密实混凝土性能试验方法

为了验证高抛自密实混凝土的施工性能，深圳证券交易所营运中心项目采用坍落扩展度试验、U 形箱试验对自密实混凝土进行了检验。

（1）坍落度及坍落扩展度试验

坍落扩展度试验即传统常规混凝土的坍落度试验，所测坍落度主要反映拌和物开始流动所需力的大小，而不能反映黏性的差异。试验时除应符合现行国家标准《普通混凝土拌合物试验方法标准》

（GB/T 50080）中的规定外，混凝土分层

加入坍落度筒，且不得振捣。试验表明，坍落度应控制在

250～270mm，坍落扩

展度一般为600～750mm。坍落度及坍落扩展度试验如图7。

图7 混凝土坍落度和坍落扩展度试验

（2）U 形箱试验

试验如图8所示，试验时从A 室上口装满混凝土试料（不需要插捣），然后

图8 U形箱试验

7.2高抛自密实钢管混凝土模拟试验方案

（1）针对本工程特点，综合设计及相关规范规程的要求，确定在施工现场进行钢管混凝土模拟实验（如图9）。通过对模拟的结果进行检测和查看，一方面验证工程实体钢管混凝土的施工质量，另一方面进一步进行总结和优化施工方案，确保实际施工质量达到要求。

（2）模拟实验基本原则

1）钢管柱模拟件与本工程在构造上一致，包括栓钉设置，加劲板设置，排气孔设置等。

2）钢管内混凝土的配合比及其他相关参数与工程实际施工一致。

3）钢管内混凝土的浇筑方法与施工现场一致。

（3）钢管柱的制作

1）材料准备

采用10mm厚钢板(Q235)焊接制作方型钢管柱。

2）钢管柱制作方法

用10mm厚钢板焊接成内空尺寸为700mm*700mm,高4700mm的方形钢管柱，底部用钢板封闭，内设栓钉，上部按节点设置3层加劲板，间距400mm，加劲板也采用10mm厚钢板(Q235)制作，板上开设浇筑孔和排气孔。

图9 钢管混凝土模拟实验

7.3超声波检测

深圳证券交易所营运中心工程塔楼外框筒钢管柱为高标号C70混凝土，施工过程中有可能存在不密实或孔洞缺陷，这些缺陷的存在会不同程度的影响结构承载力和耐久性，为查明C70混凝土可能存在的缺陷，以便进行技术处理，当混凝土达到一定的强度后，对钢管柱混凝土采用超声波检测，即在钢柱外，使用超声波检测钢管内部混凝土质量。

8、效益分析

与常规钢管混凝土相比，高抛自密实钢管混凝土在施工过程中无需振捣设备和抹面工序，养护和材料运输的工作量大大减少，以上诸多的优点可以带来多方面的效益，如改善施工环境、有利于规范化施工、降低工程造价、节约成本等。

8.1社会效益

与机械振捣相比，高抛自密实钢管混凝土在保证混凝土质量的前提下成功解决了机械振捣的噪声问题，同时又简化了施工工序，提高了施工质量，是混凝土技术的又一大进步。

高抛自密实钢管混凝土除了可以从根本上解决机械振捣的施工噪声问题外，其带来的社会效益还表现为：掺合料可以大量使用磨细高炉矿渣、电厂粉煤灰等活性材料，有利于环保和废料利用；省去振捣工序，在城市市区和居民住宅区可以连续施工，并能提高施工速度，缩短建设工期。

8.2经济效益

除了上述众多社会效益外，高抛自密实钢管混凝土还具有显著的经济效益，主要表现为以下几点：

（1）与机械振捣相比，由于不存在扰民问题，可以24h作业，因此可以缩短工期，从而创造显著的见解经济效益。

（2）由于取消了振捣成型，不仅可以提高施工速度，并可保证钢筋、埋件及预留孔洞位置不因振捣而移位，相应减少加固措施费用，并且有利于结构质量。不会因混凝土施工的技术问题而认为造成混凝土质量缺陷，节约了此类修复费用。

（3）由于取消了振捣机械及振捣工序，因而节省了振捣设备，减少了机械费用、能耗费用及人工费。

9、应用实例

深圳证券交易所营运中心项目位于深圳市福田中心区，工程总建筑面积267341.07㎡，其地下室三层，地面主楼共46层，建筑高度245.8m，为超高层办公楼建筑。本工程基础结构形式为人工挖孔桩基础和筏板基础，主体结构形式为型钢混凝土框架-钢筋混凝土核心筒混合结构，其中地下室、核心筒为现浇钢筋混凝土结构，地面以上塔楼、核心筒之外区域为钢—混凝土压型钢板组合楼盖, 抬升裙楼为巨型悬挑钢桁架结构。

本工程钢管柱内混凝土为C70、C60、C50、C40混凝土。钢管混凝土要求混凝土具有很好的填充性能，确保充满钢管内的每个部位，混凝土要有良好的流动性，体积稳定性，还应满足本工程应用中匀质性、低收缩性和可泵性的要求，并提高其耐久性。

本工程进行高抛自密实钢管混凝土施工的部位具体如表2：

自密实混凝土施工部位

柱编号

根数

标高 高度（M）输送方式 备注

-14.55～-10.35 4.2 泵送 柱内混凝土、柱外包混凝土

-10.35～-5.75 4.6 泵送 柱内混凝土 1.1～12.33

11.23 泵送 柱内混凝土 19.47～32.02 12.55 泵送 柱内混凝土 38.67～45.6 6.93

塔吊吊运

柱内混凝土

CC 柱

4

72.7～236.95 标准层每3层一吊装，其中下面2层柱内混凝土采

用自密实 -14.55～-10.35 4.2 泵送 柱内混凝土 -10.35～-5.75

4.6 泵送 柱内混凝土 -1.5～12.33 13.83 泵送 柱内混凝土 1

5.423～25.396 9.973 泵送 柱内混凝土 ACC 柱

4

25.396～35.369

9.973 泵送 柱内混凝土 -14.55～-7.35 7.2 泵送 柱内混凝土 AC 柱 2 -7.35～-0.2 7.15 泵送 柱内混凝土

-14.55～-5.75 8.8 泵送 柱内混凝土、柱外包混凝土 IC-1柱

10

1.1～1

2.33

11.23

泵送

柱内混凝土、柱外包混凝土

表2 自密实混凝土施工的部位

图10 现场实景图

10、结语

目前，高抛自密实钢管混凝土施工技术在国内外的很多工程中得到了应用，并且取得了直接的社会效益和经济效益。随着人们对其研究的深入以及价格瓶颈逐渐被突破，其应用范围也会越来越广泛。

参考文献

【1】自密实混凝土技术手册.北京：中国水利水电出版社，知识产权出版社，2008

【2】中国土木工程学会标准.自密实混凝土设计与施工指南 CCES 02-2004.北京：中国建筑工业出版社，2005

【3】胡曙光，丁庆军.钢管混凝土.北京：人民交通出版社，2007

【4】建筑业10项新技术（2005）应用指南.北京：中国建筑工业出版社，2005

【5】中国工程建设标准化协会标准.高强混凝土结构技术规程 CECS 104：99.北京，1999