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(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)《鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程》（CECS28:90）來(lái)指導(dǎo)整個(gè)鋼管柱的制作和安裝全過(guò)程。材料和施工質(zhì)量應(yīng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《鋼結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》（GB50205-95）和《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)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(jì)圖紙要求的基礎(chǔ)上形成的切實(shí)可行的工藝。
    2.1鋼管卷制過(guò)程中及時(shí)調(diào)整，嚴(yán)格保證管端平面與管軸線垂直。
    2.2制訂切實(shí)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(jì)和規(guī)范要求。
    2.4制訂測(cè)量工藝，規(guī)定測(cè)試時(shí)間，減少日照景響，保證測(cè)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(shí)際強(qiáng)度對(duì)設(shè)計(jì)強(qiáng)度的保證率應(yīng)超過(guò)95%，配合比設(shè)計(jì)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(shí)間、早期強(qiáng)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(wú)縫鋼管。焊接必須采用對(duì)接焊縫，并達(dá)到母材等強(qiáng)的要求。
    3.2鋼材及焊接材料應(yīng)按設(shè)計(jì)圖的要求選用，其性能和質(zhì)量必須符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和待業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，并應(yīng)出具質(zhì)量證明或試驗(yàn)報(bào)告。
    3.3成批鋼材入庫(kù)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(cè)試過(guò)程中元素有超差現(xiàn)象，則應(yīng)先驗(yàn)算其碳當(dāng)量Cequ，當(dāng)碳當(dāng)量Cequ小于或等于0.45%時(shí)，此批量鋼材仍可按常規(guī)施焊。碳當(dāng)量Cequ 可按下列公式計(jì)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(jiàn)表1
表1
鋼號(hào) 手工電弧焊 自動(dòng)埋弧焊
Q235 焊條 型號(hào) 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(qiáng)度等級(jí)不宜低于C30，目前通常選用高性能混凝土，強(qiáng)度達(dá)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。混凝土中的水泥中的水泥用量過(guò)多會(huì)產(chǎn)生不良后果；如水化熱過(guò)大，混凝土收縮過(guò)大產(chǎn)生裂縫及空隙。因此，設(shè)計(jì)高性能鋼管混凝土的水泥用量不宜過(guò)大，選擇水泥時(shí)應(yīng)選擇525水泥為主。水泥礦物組成中C3AT C3S對(duì)水化速度和強(qiáng)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(shí)，應(yīng)全面考慮，防止效果就差，宜控制在脹值過(guò)大或過(guò)小，造成混凝土收縮，鋼管內(nèi)不飽滿。
    3.6.2粗骨料：對(duì)于高性能混凝來(lái)說(shuō)，骨料的性能對(duì)混凝土的抗壓強(qiáng)度及彈性模量能起到?jīng)Q定性制約作用，根據(jù)試驗(yàn)研究，混凝土中骨料粒徑越大，長(zhǎng)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(guò)渡區(qū)，降低混凝土強(qiáng)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(jí)配5~30mm，粗骨料中長(zhǎng)條形和扁平形顆粒所占比例不超過(guò)5%，含泥量≤1.0%。
    3.6.3細(xì)骨料：選用潔凈圓形顆粒的天然河砂，使用時(shí)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(biāo)值，需按高標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格控制，同時(shí)對(duì)細(xì)度模數(shù)也有較高要求，細(xì)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(qiáng)度將會(huì)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(yàn)后可使用，其質(zhì)量應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土外加劑》規(guī)定。摻加復(fù)合型微膨脹增強(qiáng)劑，使減少收縮與補(bǔ)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(qiáng)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(hào)料→自動(dòng)切割下料→鋼板坡口加工→鋼板卷制→二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊打底焊→碳弧氣刨清根→焊鋼管直焊縫→超聲波探傷檢驗(yàn)→校正→鋼管對(duì)接、拼裝→焊鋼管環(huán)焊縫→超聲波探傷檢驗(yàn)→焊內(nèi)襯環(huán)、耳板→除銹、涂裝→檢驗(yàn)合格出廠。
    4.2鋼管柱安裝工藝流程
    施工圖→鋼管檢驗(yàn)→柱軸線測(cè)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(biāo)高校正→焊接→檢驗(yàn)。
    5、操作要點(diǎn)
    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(hào)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(shí)切割、刨邊和銑平等加工余量。其允許偏差見(jiàn)表2。
表2   加工允許偏差
項(xiàng)      目 允許偏差（mm）
平行線距離和分段尺寸 ±0.5
對(duì)角線差 1.0
寬度和長(zhǎng)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(dòng)切割機(jī)下料切割，薄板下料采用機(jī)械剪切，切割后均需清除毛刺。其允許偏差見(jiàn)表3。
表3    加工允許偏差
項(xiàng)      目 允許偏差（mm）
零件寬度和長(zhǎng)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(jìn)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(yàn)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(guò)程中，應(yīng)注意保證管端平面與管軸線嚴(yán)格垂直。卷壓鋼板時(shí)，考慮到一次變形量不能太大，應(yīng)及時(shí)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(biāo)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(jī)械校正，直至達(dá)到尺寸精度要求。機(jī)械校正無(wú)法完成的可用熱加工來(lái)校正。
    5.1.9在鋼管卷制過(guò)程中，由于設(shè)備和材料的條件限制，需要進(jìn)行對(duì)接，組對(duì)在托架上操作，托架構(gòu)造。對(duì)接時(shí)應(yīng)嚴(yán)格保持焊后管肢平直。焊接時(shí)，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(duì)稱，并預(yù)留對(duì)接間隙，以抵消收縮變形。
    5.1.10鋼管對(duì)接時(shí)，為確保對(duì)接處的焊接質(zhì)量，在對(duì)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(hù)焊打底，清根后自動(dòng)埋弧焊焊接。全自動(dòng)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(duì)焊劑進(jìn)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(yàn)收規(guī)范》（GB50205 - 95）和設(shè)計(jì)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(jìn)行吊裝。
    5.2.2測(cè)量鋼管柱軸線尺寸與標(biāo)高，引出每個(gè)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(jì)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(duì)應(yīng)調(diào)節(jié)來(lái)確定基礎(chǔ)節(jié)的位置，同時(shí)用二臺(tái)經(jīng)緯儀在十字相交軸線上測(cè)量垂直度。
    5.2.5在預(yù)埋螺栓上標(biāo)出柱腳板底的標(biāo)高線，校正鋼管柱水平標(biāo)高，測(cè)量確認(rèn)安裝找平層的厚度，當(dāng)找平層厚度大于15mm，應(yīng)用鐵片填實(shí)后再進(jìn)行找平、填實(shí)，保證鋼管柱正常傳力至承臺(tái)。
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(biāo)高標(biāo)記。鋼管對(duì)接時(shí)，在對(duì)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(tái)經(jīng)緯儀，測(cè)出柱底偏差，調(diào)整調(diào)節(jié)絲桿，使柱頂標(biāo)記與柱底十字線重合，焊接環(huán)焊縫，卸去卡板，對(duì)柱身垂直度進(jìn)行復(fù)測(cè)，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(chǎng)焊接形式為水平焊，施焊前焊條需烘焙，并保溫2小時(shí)后方可使用。施焊時(shí)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(duì)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(wú)振搗法。泵送頂升澆灌需連續(xù)進(jìn)行，中斷時(shí)間太久會(huì)給繼續(xù)泵送頂升澆灌造成很大困難，甚至無(wú)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(chǎng)的混凝土坍落度適時(shí)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(shí)間不少于30s，插入點(diǎn)沿管平面呈三角形分布，距管壁150m
    5.3.2當(dāng)混凝土澆灌到鋼管頂端時(shí)，可以使混凝土稍為溢出，防止柱頭砂漿層過(guò)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(jìn)行初步檢查，如有異常，則應(yīng)用超聲波檢測(cè)。對(duì)不密實(shí)的部位，應(yīng)采用鉆孔壓漿法進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，然而將鉆孔補(bǔ)焊封固。
    5.3.4配制高性能鋼管柱芯混凝土?xí)r，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(guò)500kg/m3，為確保密芯填充密實(shí)和滿足工程施工、強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求，控制粉煤灰摻量不超過(guò)膠凝材料總量的20%。如果現(xiàn)場(chǎng)采用吊斗施工，選擇砂率在34-36%。
    6、機(jī)具設(shè)備
序號(hào) 設(shè)備、儀器名稱 規(guī) 格 型 號(hào) 備 注
1 自動(dòng)切割機(jī) CG3 ?1500 
2 仿形自動(dòng)切割機(jī) CG2 ?150 
3 自動(dòng)理弧焊機(jī) MZ ?1000 
4 銑邊機(jī)  
5 行車 5t 
6 角向磨光機(jī)  
7 機(jī)械除銹機(jī)  
8 栓釘焊機(jī) FRNK-2000 
9 CO2氣體保護(hù)焊機(jī)  
10 焊接中心  
11 自升塔吊 QTZ125t?m 
12 汽車吊 YQ8t、25t、40t 
13 平板運(yùn)輸車 5t、10t 
14 電焊機(jī) 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(zhǎng)度檢測(cè)儀器  
21 砼攪拌機(jī) JZC500 
22 砼汽車泵  
23 插入式振動(dòng)器  
24 砼試壓模具  
25 砼坍落度模具  
    7、勞動(dòng)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(chǎng)安裝 安裝工 混凝土工 電焊工 測(cè)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(yàn)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(yàn)收規(guī)范》                   GB50205 - 95
    （2）《鋼結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》                 GB50221 - 95
    （3）《鋼制壓力容器對(duì)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(jì)與施工規(guī)程》               CECS28:90
    （6）《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》               GB50204-92
    8.1.2工程設(shè)計(jì)圖和設(shè)計(jì)變更文件
    8.2外觀檢驗(yàn)
    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(jìn)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(wú)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(yàn)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(biāo)準(zhǔn)。
表5    鋼管柱外觀檢查標(biāo)準(zhǔn)
項(xiàng) 目 名 稱 質(zhì)  量  標(biāo)  準(zhǔn)
切割 斷面無(wú)裂紋、夾層和超過(guò)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(wú)毛刺。
焊接 無(wú)致命缺陷和嚴(yán)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(wú)變形，構(gòu)件表面無(wú)疤痕、油污和粘結(jié)泥沙。
8.2.4鋼管柱現(xiàn)場(chǎng)安裝允許偏差見(jiàn)表6
表6   鋼管柱安裝允許偏差
項(xiàng)        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(biāo)高 6
注：H為柱中高度
    8.2.5鋼結(jié)構(gòu)測(cè)量受日照影響很大，要控制測(cè)量時(shí)間，宜在早晨或傍晚進(jìn)行垂直度、軸線、標(biāo)高的測(cè)量工作，以求準(zhǔn)確。
    8.2.6焊縫無(wú)損檢驗(yàn)應(yīng)根據(jù)施工圖要求及有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進(jìn)行，無(wú)損檢驗(yàn)不合格的焊縫，應(yīng)按規(guī)定要求進(jìn)行返修，返修后必須再進(jìn)行無(wú)損檢驗(yàn)。
    8.2.7鋼管柱制作、安裝、驗(yàn)收及土建施工放線使用的所有鋼尺必須統(tǒng)一，丈量時(shí)的拉力要一致，確保標(biāo)高、確保標(biāo)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(guó)家和上級(jí)部門制定的各項(xiàng)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(duì)接施工，并保證操作人員的安全，在操作場(chǎng)地要設(shè)操作平臺(tái)。
    9.3為便于鋼柱對(duì)接施工，并保證操作人員的安全，在操作場(chǎng)地要設(shè)操作平臺(tái)。
    9.4施工時(shí)所用設(shè)備均需接地，決不允許有破損的電線、電風(fēng)速達(dá)到15m/s時(shí)，應(yīng)停止所有施工作業(yè)。
    9.5高空施工，當(dāng)風(fēng)速達(dá)到10m/s時(shí)，吊裝工作要停止，當(dāng)風(fēng)速達(dá)到15m/s時(shí)，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。