超高层二次灌浆钢柱柱脚的设计

超高层二次灌浆钢柱柱脚的设计

上层建筑的高柱立柱设计主要采用二次发泡技术，二次发泡技术通常应用于大型设备的基础上。设备基础上的钢筋少，工作环境大，需员工操作方便，施工质量应控制。在超高层建筑工程中,钢柱柱脚截面尺寸大、配筋密集、柱基混凝土设计强度高,必须在保证灌浆料强度的基础上,选择无收缩的灌浆料,避免大面积柱基收缩开裂;同时由于作业空间受限,施工人员操作困难,施工质量难以控制,需研究合适的施工工艺,避免柱基空鼓或产生裂纹。1架环桁架与内筒连接广州东塔项目主塔楼高达530m,内筒主要为钢筋混凝土结构,外框设有8根巨型钢柱,通过钢梁及伸臂桁架(环桁架)与内筒连接(见图1)。其中8根巨型钢柱(TKZ1~TKZ8,如图2所示)柱基截面尺寸为4100mm×6200mm,且柱基与底板面之间留有100mm空隙,需采用二次灌浆料填实。灌浆材料必须为:无收缩,7d抗压强度≥50MPa,28d抗压强度≥80MPa的材料。2其它性能对比1)高强灌浆材料可选范围:①高强混凝土强度最高可达到100MPa,收缩一般在0.05%以上②高强混凝土净浆强度最高可达到80MPa,净浆收缩程度比混凝土更大,平均大10倍以上;③高强水泥砂浆强度最高可达到80MPa,收缩程度大,与高强混凝土净浆相当;④特殊灌浆材料强度最高可达到80MPa,从厂家送检报告显示能稳定在80MPa以上,基本无收缩。因此,本工程选择国内外知名品牌包括Masterflow,Sikagout及协宝等进行试验,进一步验证这些材料的性能是否满足工程设计要求。2)灌浆材料试验对前述3种灌浆料进行送检,试验结果如表1所示。通过材料试验,说明3种品牌的材料均符合设计要求。3施工工艺3.1施工准备3.1.1改善混凝土灌浆作业1)在巨柱吊装前必须对大截面巨柱基层进行凿毛,以露出混凝土石子表面为宜,清除被凿物、泥砂等,使混凝土既平坦又具有一定粗糙面,被凿粗糙度以10~20mm为宜。2)在灌浆作业前6~12h,对基层进行冲水(建议采用高压水枪,使混凝土表面灰尘等冲洗干净)。在正式施工前需对基层表面水进行处理,若有积水则需要采用海绵等吸干。3.1.2灌浆料均匀性1)采用普通木模板沿基座四周拼装模框,模框内边要比巨柱基座大50~100mm、高50mm为宜,以保证灌浆料能从模板与基座间隙流入。同时,模框底部和基础混凝土间隙使用湿拌灌浆料或普通砂浆密封,防止灌浆料泄漏(见图3)。2)灌浆料高度比基座高20~30mm,以保证基座底灌浆料密实。3)使用木材制作模框时,为防止灌浆料中的水分被模框吸入,与灌浆料接触的模框面上必须涂敷脱模剂或者使模框材料充分吸水。3.1.3灌浆引流槽和薄铁灌浆从材料说明书及现场提前试验可知,在地面平整度较好的环境下,灌浆料自由流淌长度约在2m长度范围内,而在巨柱凿毛的条件下,其自由流淌的长度大为减小。因此,现场做好如下引流措施。1)每隔2m设置一个楔形灌浆引流槽,可采用木模板或薄铁皮钉成300m宽楔形的灌浆槽(见图3b)。2)现场准备尼龙绳及2cm宽的薄铁皮,尼龙绳可以从巨柱钢板下穿过,两侧边工人可拉动尼龙绳,将灌浆料引到难以流入的部位;同样薄铁皮可以将灌浆料引到难以流入的角落。3.2比例加氢搅拌灌浆料为塑料袋装成品材料,现场仅需按说明的比例加水搅拌即可。为保证灌浆料的强度,现场必须按已经送检且符合强度试验报告的配合比进行搅拌。3.2.1灌浆料的选择灌浆料至少需提前28d送检,并得到3,7,28d的试验强度,选择符合设计强度要求的灌浆料。确定的灌浆料配合比为灌浆料∶水=100∶17,现场灌浆时必须按配合比进行加水搅拌,且搅拌均匀。3.2.2水泥基灌浆料仿真1)现场做标识挂牌现场准备合适的、足够大的场地进行搅拌,在搅拌场地上进行挂牌标识,挂牌内容包括水泥基灌浆料配合比、每包灌浆料所用水量、搅拌时间等。2)灌浆料以袋为单位使用,每袋质量约25kg,水采用量筒计量,按每包用水4.0~4.5L进行配比。3)厂家派驻两名熟悉的工程师现场指导计量工作。3.2.3in,5in的搅拌、搅拌1)搅拌机搅拌根据砂浆搅拌机容积,一次可搅拌20包灌浆料,搅拌时间为5~6min,先加80%的水在容器中,再缓缓加入灌浆料,搅拌均匀后再加入剩余20%的水搅拌直至均匀。2)手持式搅拌钻将1包灌浆料放在水桶中,加入4.0~4.5L水进行搅拌,搅拌3~5min,搅拌均匀。3.3无砂混凝土灌浆采用自流平+人工引流的方法灌浆,对中央区十字形钢板,由于腔内设有钢筋及H型钢柱,操作空间受限,采取挂串筒从巨柱(巨柱最下一节分节长度3m)上方引管下料;对周边巨柱底则从引流槽下料,并引流到基底。1)中央区十字形钢板灌浆对于中央十字形区域,由于浆体靠自重压力无法流淌到位,采用串筒引管灌浆,按①→②→③→④的顺序,从串筒远端布管慢慢引至串筒近端。2)周边柱底灌浆结合本产品流动度性能指标(自然流淌距离约1.5m,采用引流可以达到2m),巨柱钢板长边长度为6200mm,短边长度为4100mm,则按流淌面设置灌浆口(灌浆口位置放置引流槽)的数量为:长边4~6个;短边3~4个。周边柱底灌浆时也应保证由一端向另一端推进的原则,如图4所示,先施工北侧、再施工东西两侧,最后灌南侧区域。3.4柱脚灌浆及静置浆体池按灌浆料产品说明及现场试验,灌浆料搅拌完成后应在30min内注入基础,否则灌浆的塑性膨胀和流动性会受到影响,将直接影响灌浆效果,易导致接缝间冷缝、板底灌浆不密实等质量通病。1)先后灌浆材料必须在初凝前接合按浆料的性能及检测报告,浆料的初凝时间约300min,要控制在300min内完成柱脚灌浆。2)砂浆搅拌机及手持式搅拌钻配合施工①砂浆搅拌机及静置池现场配备1台砂浆搅拌机进行搅拌,因现场浆料搅拌后需静置3min,待浆料内的气泡等挥发后再进行灌浆。因此,现场用1830mm×910mm的模板专门定做1个高度约450mm的木制浆盒,作为灌浆料的静置浆体池。②手持式搅拌钻现场还配备5台手持式搅拌钻,若搅拌机发生故障或供料不足时随时进行补料。3.5灌浆料搅拌出现缺陷时的施工处理建议和技术高温天气下进行灌浆施工时,由于水温、灌浆料温度均比较高,搅拌完成的灌浆料温度更高,高温将加速浆液的硬化过程,缩短灌浆料的可操作时间,释放出更多的水化热,提高灌浆的早期强度。终凝之前的快速蒸发会导致表面出现裂纹,并因温度过高,导致外露部分出现由表面直穿底部的裂纹。为避免上述现象的发生,应遵循以下准则进行施工指导。搅拌完成的灌浆料温度应控制在30℃以下,最好在25℃以下。搅拌完成的灌浆料温度T=(0.478×T水)+(0.569×T干粉)。具体措施如下。1)灌浆料保存在阴凉、通风的地点、并防止太阳暴晒。2)特别注意基层的湿润,浸透、高温、日晒、风都会使水分很快蒸发。3)灌浆料搅拌完成时的温度较高,此时,可采用在搅拌水中混入冰块的方法来降温,可以达到缓凝的效果。4)灌浆料施工时间应控制在夜间进行。5)在灌浆料终凝后,尽可能快地对外露部分灌浆料进行湿养护。3.6养护在灌浆材料终凝后及时对柱基盖海绵块、蓄水,面层再覆盖薄膜养护,养护时间至少3~7d。4质量试验4.1铁锤击大铁锤外扫的检测在灌浆结束7d后,对灌浆效果进行检查,由于无法翻开底板检查实际接触面积,一般采用锤击法检查:用大铁锤敲击底板,回音清脆则为合格。回音沉闷则可认定底板与灌浆料之间出现空鼓,为不合格。对本工程8根柱脚进行全部进行检查,每根柱脚抽30个点位进行锤击法检查,合格率100%。4.2基础灌浆料灌浆管理若灌浆方法不当或养护不及时,会导致外露部分灌浆料出现垂直于底板方向发丝级的裂纹,间距20~50cm。避免灌浆裂纹的措施如下。1)仔细使混凝土基层充分浸透,并注意外露部分基础的凿毛处理。2)严格按照产品规定配比,禁止掺加水超出用水量上限,如流动性有保障,尽量少加水。3)模板支设尺寸不得大于产品说明规定的尺寸。4)当一次灌浆厚度超过使用说明时,必须分两次或以上施工。5)夏