鋼管混凝土柱制作安裝工法

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1、適用范圍
    本工法適用于工業(yè)與民用建筑及構(gòu)筑物的鋼管混凝土柱的施工。本工法所反映的鋼管混凝土柱是指在圓形鋼管內(nèi)填灌混凝土的鋼管混凝土結(jié)構(gòu)。
    2、工藝原理
    根據(jù)中國工程建設(shè)標準化協(xié)會標準《鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工規(guī)程》（CECS28:90）來指導(dǎo)整個鋼管柱的制作和安裝全過程。材料和施工質(zhì)量應(yīng)符合國家標準《鋼結(jié)構(gòu)工程施工及驗收規(guī)范》（GB50205-95）和《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工及驗收規(guī)范》（CB50204-92）的要求。采用的施工工藝是在依據(jù)規(guī)范、設(shè)計圖紙要求的基礎(chǔ)上形成的切實可行的工藝。
    2.1鋼管卷制過程中及時調(diào)整，嚴格保證管端平面與管軸線垂直。
    2.2制訂切實可選擇焊接工藝用于指導(dǎo)生產(chǎn)，控制焊接變形。
    2.3自制工具調(diào)整垂直度，保證鋼管形心位置、垂直度滿足設(shè)計和規(guī)范要求。
    2.4制訂測量工藝，規(guī)定測試時間，減少日照景響，保證測量精度。
    2.5鋼管混凝土柱按照現(xiàn)有規(guī)范規(guī)定，混凝土的實際強度對設(shè)計強度的保證率應(yīng)超過95%，配合比設(shè)計還必須滿足施工環(huán)境要求，包括坍落度損失的控制、可泵性、初終凝時間、早期強度等。
    3、材料
    3.1鋼管可采用直縫焊接管、螺旋形縫焊接管和無縫鋼管。焊接必須采用對接焊縫，并達到母材等強的要求。
    3.2鋼材及焊接材料應(yīng)按設(shè)計圖的要求選用，其性能和質(zhì)量必須符合國家標準和待業(yè)標準的規(guī)定，并應(yīng)出具質(zhì)量證明或試驗報告。
    3.3成批鋼材入庫后，應(yīng)按批量復(fù)檢其理、化性能，合格后方能使用。
3.4如化學(xué)性能測試過程中元素有超差現(xiàn)象，則應(yīng)先驗算其碳當量Cequ，當碳當量Cequ小于或等于0.45%時，此批量鋼材仍可按常規(guī)施焊。碳當量Cequ 可按下列公式計算：
       Cequ = C + 1/6Mn + 1/5（Cr + Mo+ V）+1/15（Ni + Cu）
    式中：C 椞嫉暮?浚?）           Mn 椕痰暮?浚?）
          Ni 椖?暮?浚?）           Mo 楊獾暮?浚?）
          Cu 椡?暮?浚?）           Cr 椄醯暮?浚?）
3.5常用的鋼材焊接用焊條、焊絲、焊劑的選用參見表1
表1
鋼號 手工電弧焊 自動埋弧焊
Q235 焊條 型號 E4301 E4303 焊絲 焊劑 HJ401 - H08 HJ401 ?H08A
Q345  E5010 E5011  HJ402-H08A
    3.6混凝土采用普通混凝土，其強度等級不宜低于C30，目前通常選用高性能混凝土，強度達C40-C60。
    3.6.1水泥：水泥是混凝土中的膠凝材料，可為混凝土提供活性?；炷林械乃嘀械乃嘤昧窟^多會產(chǎn)生不良后果；如水化熱過大，混凝土收縮過大產(chǎn)生裂縫及空隙。因此，設(shè)計高性能鋼管混凝土的水泥用量不宜過大，選擇水泥時應(yīng)選擇525水泥為主。水泥礦物組成中C3AT C3S對水化速度和強度發(fā)揮起決定作用?？刂艭3S在40%~50%為宜；C3A含量高的，養(yǎng)活效果就差，宜控制在5%~9%。所以選擇水泥時，應(yīng)全面考慮，防止效果就差，宜控制在脹值過大或過小，造成混凝土收縮，鋼管內(nèi)不飽滿。
    3.6.2粗骨料：對于高性能混凝來說，骨料的性能對混凝土的抗壓強度及彈性模量能起到?jīng)Q定性制約作用，根據(jù)試驗研究，混凝土中骨料粒徑越大，長條形和扁平形顆粒所占所例越大，骨料表面聚集水膜的傾向越大，從而使水泥水化膠體和骨料間存在薄弱過渡區(qū)，降低混凝土強度。高性能混凝土通常使用二次破碎石作為粗骨料，連續(xù)級配5~30mm，粗骨料中長條形和扁平形顆粒所占比例不超過5%，含泥量≤1.0%。
    3.6.3細骨料：選用潔凈圓形顆粒的天然河砂，使用時必須考慮到砂中的云母含量、硫化物含量、含泥量和壓碎指標值，需按高標準嚴格控制，同時對細度模數(shù)也有較高要求，細度模數(shù)宜選用≥2.5,含泥量≤1.0%。
    3.6.4外加活性摻抖：充分發(fā)揮粉煤灰的形態(tài)效應(yīng)、活性效應(yīng)、微集料效應(yīng)，能有效改善混凝土拌和料的坍落度，減少泌水和離析現(xiàn)象，但用粉煤灰取代部分水泥后，混凝土的早期強度將會受到削弱的，所以控制混凝土中粉煤灰的摻量在25%以內(nèi)。
3.6.5化學(xué)外加劑：因外加劑摻在不同膨脹劑的混凝土中產(chǎn)生的效果不同，選擇外加劑一定要多次試驗后可使用，其質(zhì)量應(yīng)符合現(xiàn)行國家標準《混凝土外加劑》規(guī)定。摻加復(fù)合型微膨脹增強劑，使減少收縮與補償收縮共同作用，有效控制結(jié)構(gòu)收縮裂縫，并能提高混凝土的早期強度。
    4、工藝流程
    4.1鋼管柱制作工藝流程
    施工圖→原材料復(fù)檢→鋼板號料→自動切割下料→鋼板坡口加工→鋼板卷制→二氧化碳氣體保護焊打底焊→碳弧氣刨清根→焊鋼管直焊縫→超聲波探傷檢驗→校正→鋼管對接、拼裝→焊鋼管環(huán)焊縫→超聲波探傷檢驗→焊內(nèi)襯環(huán)、耳板→除銹、涂裝→檢驗合格出廠。
    4.2鋼管柱安裝工藝流程
    施工圖→鋼管檢驗→柱軸線測量、放線→基礎(chǔ)節(jié)安裝（分插入式和端承式兩種聯(lián)接方式）→鋼柱垂直度、軸線校正→標高校正→焊接→檢驗。
    5、操作要點
    5.1鋼管柱制作工序
    5.1.1鋼板氣割前應(yīng)將切割區(qū)域表面的鐵銹、污物等清除干凈，氣割后應(yīng)清除熔渣和飛濺物。
    5.1.2放樣、號料應(yīng)根據(jù)工藝要求預(yù)留制作和安裝的焊接收縮量；制s作時切割、刨邊和銑平等加工余量。其允許偏差見表2。
表2   加工允許偏差
項      目 允許偏差（mm）
平行線距離和分段尺寸 ±0.5
對角線差 1.0
寬度和長度 ±0.5
加工樣板的角度 ±20'
零件外形尺寸 ±1
    5.1.3中板下料用自動切割機下料切割，薄板下料采用機械剪切，切割后均需清除毛刺。其允許偏差見表3。
表3    加工允許偏差
項      目 允許偏差（mm）
零件寬度和長度 ±（1+1/5000），且不大于±3.0
切割面平面度 0.05t且不大于2.0
割紋深度 0.2
局部缺口深度 1.0
邊緣缺棱 1.0
型鋼端部垂直度 2.0
    5.1.4切割后出現(xiàn)變形的零件，要矯正其平直度，質(zhì)量要求為局部撓曲矢高f的允許偏差值在1m范圍內(nèi)f≤1.0mm。
    5.1.5板材坡口加工及端面加工，為保證施工質(zhì)量，進行刨、銑加工，其加工余量不應(yīng)小于2.0mm。
    5.1.6組裝前，應(yīng)先檢驗合格，所有焊接面需按要求打磨。打磨范圍：焊縫邊緣每邊30-50mm，并不得有大于1mm的局部缺口。
    5.1.7鋼管卷制：卷管方面應(yīng)與鋼板壓延方向一致。在卷板過程中，應(yīng)注意保證管端平面與管軸線嚴格垂直。卷壓鋼板時，考慮到一次變形量不能太大，應(yīng)及時調(diào)整上滾間隙。鋼管卷制后應(yīng)在管端打上十字軸線并作標記。鋼管卷制方法如圖1所示。
    5.1.8鋼管焊接成型后，為消除焊接變形，應(yīng)采用機械校正，直至達到尺寸精度要求。機械校正無法完成的可用熱加工來校正。
    5.1.9在鋼管卷制過程中，由于設(shè)備和材料的條件限制，需要進行對接，組對在托架上操作，托架構(gòu)造。對接時應(yīng)嚴格保持焊后管肢平直。焊接時，除控制幾何尺寸外，還應(yīng)控制焊接變形，焊接宜采用分段反向順序，分段施焊應(yīng)保證對稱，并預(yù)留對接間隙，以抵消收縮變形。
    5.1.10鋼管對接時，為確保對接處的焊接質(zhì)量，在對接處設(shè)置附加襯管，其寬度為20mm，厚度為3mm，與管內(nèi)壁保持0.5mm的間隙。
    5.1.11鋼管柱制作焊接縱、環(huán)焊縫均采用CO2氣體保護焊打底，清根后自動埋弧焊焊接。全自動焊接中心操作示意。施焊前應(yīng)清除焊絲上的油污和鐵銹，對焊劑進行烘焙至350℃～400℃，保溫2h。焊縫兩端設(shè)置引弧板和引出板。焊接完畢后，應(yīng)采用氣割切除引弧和引出板，并修磨平整，不得用錘擊落。
    5.1.12鋼管柱制作尺寸允許偏差，焊接檢查執(zhí)行《鋼結(jié)構(gòu)工程施工及驗收規(guī)范》（GB50205 - 95）和設(shè)計要求。
5.2鋼管柱安裝工序
    鋼管柱柱腳與基礎(chǔ)連接分插入式和端承式兩種。端承式又分焊接式和螺栓連接式。
    5.2.1根據(jù)施工圖及規(guī)范復(fù)檢需安裝鋼柱的質(zhì)量，合格后進行吊裝。
    5.2.2測量鋼管柱軸線尺寸與標高，引出每個鋼柱柱腳十字相交軸線。
    5.2.3埋設(shè)預(yù)埋螺栓，控制軸線、中心距滿足設(shè)計和規(guī)范要求，并加定位支撐，澆筑混凝土。
    5.2.4吊裝基礎(chǔ)節(jié)鋼管柱，用基礎(chǔ)節(jié)柱腳上預(yù)設(shè)的十字軸線與預(yù)埋件的軸線對應(yīng)調(diào)節(jié)來確定基礎(chǔ)節(jié)的位置，同時用二臺經(jīng)緯儀在十字相交軸線上測量垂直度。
    5.2.5在預(yù)埋螺栓上標出柱腳板底的標高線，校正鋼管柱水平標高，測量確認安裝找平層的厚度，當找平層厚度大于15mm，應(yīng)用鐵片填實后再進行找平、填實，保證鋼管柱正常傳力至承臺。
5.2.6其余鋼管柱的安裝
    鋼柱起吊前應(yīng)地管端焊接區(qū)域打磨除銹，定出柱軸線與水平標高標記。鋼管對接時，在對接處設(shè)置調(diào)節(jié)螺桿校正柱的垂直度，在x、y軸向架設(shè)2臺經(jīng)緯儀，測出柱底偏差，調(diào)整調(diào)節(jié)絲桿，使柱頂標記與柱底十字線重合，焊接環(huán)焊縫，卸去卡板，對柱身垂直度進行復(fù)測，并做好記錄，以便下節(jié)柱安裝調(diào)整，防止出現(xiàn)累積誤差。
    5.2.7鋼管柱的現(xiàn)場焊接形式為水平焊，施焊前焊條需烘焙，并保溫2小時后方可使用。施焊時焊條應(yīng)放在電熱保溫筒內(nèi)，隨用隨取。焊接采用分段分向順序，分段施焊保持對稱，防止焊接變形影響安裝精度。
    5.3鋼管內(nèi)混凝土澆灌
    5.3.1管內(nèi)混凝土澆灌有三種方法：泵送頂升澆灌法；立式手工澆搗法；立式高位拋落無振搗法。泵送頂升澆灌需連續(xù)進行，中斷時間太久會給繼續(xù)泵送頂升澆灌造成很大困難，甚至無法繼續(xù)澆筑，因此通常采用吊斗卸料、人工振搗相結(jié)合的方法，但要根據(jù)到現(xiàn)場的混凝土坍落度適時調(diào)整搗捧，振搗方法為快插慢拔。一次漚灌高度不宜大于2m，振搗時間不少于30s，插入點沿管平面呈三角形分布，距管壁150m
    5.3.2當混凝土澆灌到鋼管頂端時，可以使混凝土稍為溢出，防止柱頭砂漿層過厚。
    5.3.3管內(nèi)混凝土的澆灌質(zhì)量，可用敲擊鋼管的方法進行初步檢查，如有異常，則應(yīng)用超聲波檢測。對不密實的部位，應(yīng)采用鉆孔壓漿法進行補強，然而將鉆孔補焊封固。
    5.3.4配制高性能鋼管柱芯混凝土時，所用普通硅酸鹽水泥量控制在400-500kg/m3，水泥與摻合料的總量不宜超過500kg/m3，為確保密芯填充密實和滿足工程施工、強度設(shè)計要求，控制粉煤灰摻量不超過膠凝材料總量的20%。如果現(xiàn)場采用吊斗施工，選擇砂率在34-36%。
    6、機具設(shè)備
序號 設(shè)備、儀器名稱 規(guī) 格 型 號 備 注
1 自動切割機 CG3 ?1500 
2 仿形自動切割機 CG2 ?150 
3 自動理弧焊機 MZ ?1000 
4 銑邊機  
5 行車 5t 
6 角向磨光機  
7 機械除銹機  
8 栓釘焊機 FRNK-2000 
9 CO2氣體保護焊機  
10 焊接中心  
11 自升塔吊 QTZ125t?m 
12 汽車吊 YQ8t、25t、40t 
13 平板運輸車 5t、10t 
14 電焊機 BX ?500 
15 水平儀 S2 
16 經(jīng)緯儀 J02 
17 激光經(jīng)緯儀 JDJ2 
18 焊檢器  
19 超聲波探傷儀  
20 長度檢測儀器  
21 砼攪拌機 JZC500 
22 砼汽車泵  
23 插入式振動器  
24 砼試壓模具  
25 砼坍落度模具  
    7、勞動組織
分    類 工    種 人    數(shù)
廠內(nèi)制作 氣割下料工 冷作拼裝工 電焊工 輔助工 專職安全質(zhì)量員 管理干部 6名 16名 10名 20名 3名（含1名探傷員） 5名
分    類 工    種 人     數(shù)
現(xiàn)場安裝 安裝工 混凝土工 電焊工 測量工 技術(shù)干部 16名 4名 12名 2名 4名
    8、質(zhì)量要求
    8.1施工質(zhì)量檢驗依據(jù)
    8.1.1本工法執(zhí)行的規(guī)范和規(guī)程
    （1）《鋼結(jié)構(gòu)工程施工及驗收規(guī)范》                   GB50205 - 95
    （2）《鋼結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量檢驗評定標準》                 GB50221 - 95
    （3）《鋼制壓力容器對接焊縫超聲波探傷》             JB1152 - 82
    （4）《建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)程》                         JGJ81 - 91
    （5）《鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工規(guī)程》               CECS28:90
    （6）《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工及驗收規(guī)范》               GB50204-92
    8.1.2工程設(shè)計圖和設(shè)計變更文件
    8.2外觀檢驗
    8.2.1普通碳素結(jié)構(gòu)鋼應(yīng)在焊接冷卻到工作環(huán)境溫度，低合金結(jié)構(gòu)鋼應(yīng)在焊接24h后方保進行焊接縫質(zhì)量檢查。
    8.2.2焊縫外觀檢查，不得有裂紋、未溶合、夾渣、焊瘤、咬邊、燒穿、弧坑等缺陷，焊接區(qū)無飛濺殘留物。
8.2.3焊縫的外形尺寸、位置必須符合施工圖和《鋼結(jié)構(gòu)工程施工及驗收規(guī)范》（GB50205-95）要求。鋼管外觀檢查必須符合表5的質(zhì)量標準。
表5    鋼管柱外觀檢查標準
項 目 名 稱 質(zhì)  量  標  準
切割 斷面無裂紋、夾層和超過規(guī)定的缺口。 光潔度、不平底符合規(guī)定。
鉆孔 成形良好，孔邊無毛刺。
焊接 無致命缺陷和嚴重缺陷。焊渣、飛濺清除干凈，表面缺陷按規(guī)定處理。
結(jié)構(gòu)外觀 構(gòu)件無變形，構(gòu)件表面無疤痕、油污和粘結(jié)泥沙。
8.2.4鋼管柱現(xiàn)場安裝允許偏差見表6
表6   鋼管柱安裝允許偏差
項        目 允許偏差（mm）
預(yù)埋件平面度 支座范圍內(nèi) ±5.0
 支座范圍外 ±10.0
相鄰地腳螺柱中心距 ±1.0
地腳螺柱中心與柱軸線 ±3.0
柱垂直度 H/1000且≤12
柱軸線位移 h/1000且≤6
柱水平標高 6
注：H為柱中高度
    8.2.5鋼結(jié)構(gòu)測量受日照影響很大，要控制測量時間，宜在早晨或傍晚進行垂直度、軸線、標高的測量工作，以求準確。
    8.2.6焊縫無損檢驗應(yīng)根據(jù)施工圖要求及有關(guān)標準規(guī)定進行，無損檢驗不合格的焊縫，應(yīng)按規(guī)定要求進行返修，返修后必須再進行無損檢驗。
    8.2.7鋼管柱制作、安裝、驗收及土建施工放線使用的所有鋼尺必須統(tǒng)一，丈量時的拉力要一致，確保標高、確保標高、垂直度、軸線及柱間距的尺寸在允許誤差范圍內(nèi)。
    9、安全措施
    9.1本工法執(zhí)行國家和上級部門制定的各項安全規(guī)程。
    9.2在鋼柱吊裝期間，為防止人員、材料和工具墜落或飛出造成安全事故，需鋪設(shè)安全網(wǎng)。為便于鋼柱對接施工，并保證操作人員的安全，在操作場地要設(shè)操作平臺。
    9.3為便于鋼柱對接施工，并保證操作人員的安全，在操作場地要設(shè)操作平臺。
    9.4施工時所用設(shè)備均需接地，決不允許有破損的電線、電風速達到15m/s時，應(yīng)停止所有施工作業(yè)。
    9.5高空施工，當風速達到10m/s時，吊裝工作要停止，當風速達到15m/s時，應(yīng)停止所有施工作業(yè)。
    9.6施工期間應(yīng)注意防火，配備必要的滅火設(shè)備和消防人員。