超高钢管混凝土柱导管法混凝土浇筑装置及方法
【专利摘要】一种超高钢管混凝土柱导管法混凝土浇筑装置及方法，所述钢管内部间隔设置有内隔板，内隔板中部设有灌注孔，四周分布有透气孔，该装置包括连接在钢管顶部的柱顶活动平台、插入钢管内部的导管，以及连接在导管上部的下料斗；所述柱顶活动平台由接头钢管5、主梁、次梁、斜撑、钢板和护栏构成，接头钢管顶部管口处由合页连接有两块能向上翻转的卡板，两块卡板中间开有用于导管定位的导管卡口，接头钢管底部与钢管固定连接；导管分段连接而成，导管经接头钢管向下插入钢管内部。本发明一次性浇筑高度可达29m，可满足工期进度的要求，声波检测合格，浇筑质量可靠，特别适用于带有密隔板小孔的超高钢管混凝土的浇筑施工。
【专利说明】超高钢管混凝土柱导管法混凝土浇筑装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种钢管混凝土柱的混凝土浇筑装置及方法。
【背景技术】
[0002]钢管混凝土正广泛应用于高层建筑及大跨度结构。目前，钢管混凝土的浇筑方式有人工逐层浇筑法、导管浇筑法、泵送顶升法和高位抛落无振捣法等。但是，对于内部设有内隔板的超高钢管混凝土，无法采用人工逐层浇筑法。泵送顶升法施工准备时间长，需要设置止流装置、短管，还需在钢管柱上开进料口和设置卸压孔洞，施工控制程序和施工装置十分复杂。在钢管内部有内环形隔板的情况下，隔板中心的孔小，在强大的液压下，无法确定是否会破坏内隔板以及钢管壁。+
现有导管浇注法仅适用于直径600mm以上且未设置内隔板的钢管混凝土浇筑，一次浇筑高度不超过9m。现有的钢管柱导管法相同于桩基浇筑导管法，利用混凝土的自重，使导管口周围的混凝土在已浇筑的混凝土内部流动、扩散，以完成混凝土的浇筑工作。但当钢管柱中设有内隔板时，内隔板的中心孔径很小且密集，阻碍了混凝土的上升。
[0003]根据《自密实混凝土应用技术规程》JGJ/T 283-2012中第7.3.12条规定:混凝土最大倾落高度不宜大于9m，倾落高度大于9m时，应采用串筒、溜槽、溜管等辅助装置进行浇筑。现有高抛法是利用高处抛落自密实混凝土的动能来实现自流平并充满钢管柱的浇筑方法，此方法抛落高度限值为9m。为防止超高抛落产生的混凝土离析现象，此类钢管混凝土不能使用高抛法。
[0004]如将钢管柱每570mm作为一个浇筑的分段，即为内隔板之间的间距，开始时导管的底端应该插入至钢管柱最下端的内隔板以下，每浇筑570_要停顿一下，让自密实混凝土自然塌落，然后提升导管 570mm浇筑下一段，再停顿……重复这一过程直至浇筑完成。浇筑过程中导管始终保证在混凝土液面以上，根据下料的速率凭经验来估测浇筑的高度。这种方法理论上可行，但实际操作中还存在以下问题难以解决:
(I)、泵车一次泵入的混凝土太多，浇筑速率难以控制，如果用吊料斗吊混凝土相对容易一些，不过对混凝土浇筑工人操作要求高。
[0005](2)、在高处接长和卸下导管操作慢，人工接长一节导管需要约20分钟，卸下导管约10分钟，此过程耗时长，自密实混凝土的扩展度流失大，对浇筑造成很大影响。
【发明内容】
[0006]本发明提供一种超高钢管混凝土柱导管法混凝土浇筑装置及方法，要解决现有导管浇筑装置和方法不适用超高且设置内隔板的钢管混凝土柱浇筑的技术问题。
[0007]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
这种超高钢管混凝土柱导管法混凝土浇筑装置，所述钢管内部间隔设置有内隔板，内隔板中部设有灌注孔，四周分布有透气孔，该装置包括连接在钢管顶部的柱顶活动平台、插入钢管内部的导管，以及连接在导管上部的下料斗； 所述柱顶活动平台由接头钢管、主梁、次梁、斜撑、钢板和护栏构成，接头钢管顶部管口处由合页连接有两块能向上翻转的卡板，两块卡板中间开有用于导管定位的导管卡口，卡板板面上还开有透气孔，接头钢管底部与钢管固定连接，主梁以接头钢管顶部为中心水平向外连接有至少四根，次梁连接于各主梁之间，斜撑连接于主梁外端与接头钢管下部之间，钢板覆盖于平台顶面并与次梁焊接固定，护栏焊接于平台四周；
所述导管分段连接而成，导管经接头钢管向下插入钢管内部。
[0008]所述导管上部由外螺旋接口与下料斗连接，导管各分段由外螺旋接口连接。
[0009]所述钢管的横截面形状为方形或圆形，接头钢管和卡板均与钢管的横截面形状相适应。
[0010]所述接头钢管与钢管的连接处上下对应焊接有耳板，接头钢管与钢管上的耳板由活动耳板和螺栓固定连接。
[0011]所述钢管和接头钢管的横截面为方形时，斜撑直接与接头钢管下部焊接；
所述钢管和接头钢管的横截面为圆形时，接头钢管上焊接的耳板为向外突出的异形耳板，斜撑与异形耳板的突出部分焊接。
[0012]这种采用上述装置的超高钢管混凝土柱导管法混凝土浇筑方法，如下步骤:
步骤一，制作柱顶活动平台，并将制作好的柱顶活动平台吊装、连接在钢管顶部； 步骤二，安装导管和下料斗，按照钢管的实际长度来确定导管的节数，用塔吊吊住导管
一节节的加长，每接长一节后卡在接头钢管的卡板上，然后人工接长上一段导管，重复进行直到导管伸入距钢管底部预设距离处，将下料斗连接在导管上部；
步骤三，设置观察孔，钢管每隔三块内隔板在内隔板下方50mm的范围内钻一个观察孔，此观察孔兼做排气孔；
步骤四，分段浇筑自密实混凝土，钢管每次浇筑一个分段的距离，导管的底部与砼液面保持预设距离，每浇筑一个分段的距离停顿下来，让自密实混凝土自然塌落，然后提一个分段距离的导管，将导管由卡板临时固定在接头钢管管口，拆除最上面的一节导管，固定下料斗，继续上部的混凝土浇筑，重复本步骤直至整个钢管浇筑完成；
步骤五，养护。
[0013]步骤四采用汽车泵管浇筑或料斗吊料浇筑自密实混凝土 ；
采用汽车泵管浇筑时，钢管每4m为一个浇筑的分段，每次浇筑一个4m分段，导管的底部保持在该分段中心位置即每个分段开始导管离砼液面2m，下半段2m浇筑完后，导管底部位置保持不变，按导管埋入混凝土面以下的方法继续浇筑上半段2m自密实混凝土，利用压力将内部的混凝土面顶升，每浇筑4m至少要停顿30S左右，让自密实混凝土自然塌落，整个4m的过程一次性浇筑完，然后才能提4m的导管，继续上部的浇筑。
[0014]采用料斗吊料浇筑时，一次浇筑高度为4m，每浇筑一斗，导管提升出混凝土液面，然后再继续上部的浇筑。
[0015]所述步骤四浇筑至钢管顶500mm时，拔出导管，停留半分钟，观察混凝土面是否下沉，如果下沉，则补浇上部下沉的混凝土，20分钟内如果混凝土面不下沉则此钢管柱浇筑完成；当浮浆过厚时，应刮去浮浆。
[0016]所述步骤五养护的方式为:混凝土浇筑到钢管顶以下300mm处，在钢管内注入300mm深的清水顶端盖封闭，降低混凝土水分的蒸发。[0017]所述自密实混凝土 23的原料按重量份配比如下:
水泥390?440份；
粉煤灰60?80份；
娃灰40?60份；
砂750?790份；
石950?970份；
减水剂 7.1?8.1份；
水160?170份；
所述水泥为42.5普通硅酸盐水泥；粉煤灰采用I级粉煤灰；砂采用级配II区的中砂，含泥量和泥块的含量分别不大于重量百分比3.0%和1.0% ;石宜采用连续级配或两个单粒径级配搭配使用，最大公称粒径不得大于20_ ；
所述自密实混凝土的强度为50MPa以上，初凝时间8?10小时，终凝时间12?16小时；坍落扩展度达到SF2标准；扩展度损失2h不大于50mm,烧筑前不得小于650mm ;坍落度损失Ih不大于10mm。
[0018]本发明的有益效果如下:
本发明在钢管柱顶安装一个柱顶活动平台，利用柱顶活动平台在楼板施工之前就可浇筑混凝土，对顶部结构部能满足正常方法浇筑的情况下特别适用。柱顶活动平台的接头钢管顶部管口处由合页连接有两块卡板，卡板闭合时，导管可通过卡板上的导管卡口进行定位。导管进行接长或拆卸时可直接将卡板向上翻起，利用塔吊吊料斗来拆卸和安装接长。
[0019]装置安装时可用塔吊吊住导管一节节的加长，每接长一节后可卡在接头钢管的卡板上，然后人工接长上一段导管，重复进行直到导管应伸入钢管柱距底部预设距离处。混凝土浇筑时随混凝土面的上升，到一定的高度后逐渐的拆下顶部的导管。该方法可方便施工，并加快施工进度。
[0020]本发明对传统钢管混凝土施工的导管法进行改进，充分利用导管法不离析和自密实混凝土自流平的特性浇筑钢管混凝土。本发明与传统导管法的区别和优点如下:
1、传统导管法泵车一次泵入的混凝土太多，浇筑速率难以控制，此方法相对于传统导管法能更好的控制每次浇筑的混凝土量。
[0021]2、一次接长和卸下的导管为4m，浇筑过程用时相对的短，自密实混凝土的扩展度流失小，对浇筑有利。如高层接地泵浇筑的话减小混凝土堵管的可能。
[0022]3、每段的浇筑，导管相对上一段的液面有2m高落差，充分利用混凝土抛落的动能，特别是上一段的上2m是导管在液面以下，经过此2m落差的混凝土的冲击，可使得下部更加密实。
[0023]本发明的自密实混凝土专为超高钢管混凝土浇筑所特别配制，从配比组成、骨料组成、外加剂的选择等方面优化配比，采用合理的级配，合适的高效减水剂，能够保证钢管混凝土基本不发生径向收缩，混凝土的强度、收缩度、塌落度、扩展度等均能满足设计要求。
[0024]本发明一次性浇筑高度可达29m，可满足工期进度的要求，声波检测合格，浇筑质量可靠，特别适用于带有密隔板小孔的超高钢管混凝土的浇筑施工。
【专利附图】
【附图说明】[0025]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0026]图1是钢管横截面为方形时本发明的结构示意图。
[0027]图2是钢管横截面为方形时柱顶活动平台的结构示意图。
[0028]图3是钢管横截面为圆形时本发明的结构示意图。
[0029]图4是钢管横截面为圆形时柱顶活动平台的结构示意图。
[0030]图5是卡板的结构示意图。
[0031]图6是内隔板的结构示意图。
[0032]图7是活动耳板的结构示意图。
[0033]图8是采用汽车泵管浇筑的示意图。
[0034]图9是采用料斗吊料浇筑的示意图。
[0035]图10是采用汽车泵管浇筑时导管的位置示意图。
[0036]附图标记:1 一钢管、2 —内隔板、2.1-灌注孔、2.2-透气孔、3 —导管、4 一下料斗、5 —接头钢管、6 —主梁、7 —次梁、8 —斜撑、9 一钢板、10 —护栏、11-合页、12-卡板、12.1-导管卡口、12.2-透气孔、13-外螺旋接口、14-耳板、15-活动耳板、16-螺栓、17-异形耳板、18-汽车泵管、19-料斗、20-钢梁、21-钢爬梯、22-脚手架、23-自密实混凝土。
【具体实施方式】
[0037]实施例参见图1所示，这种超高钢管混凝土柱导管法混凝土浇筑装置，所述钢管I内部间隔设置有内隔板2，内隔板2中部设有灌注孔2.1，四周分布有透气孔2.2，该装置包括连接在钢管I顶部的柱顶活动平台、插入钢管内部的导管3，以及连接在导管3上部的下料斗4 ;
所述柱顶活动平台由接头钢管5、主梁6、次梁7、斜撑8、钢板9和护栏10构成，接头钢管5顶部管口处由合页11连接有两块能向上翻转的卡板12，两块卡板12中间开有用于导管定位的导管卡口 12.1，卡板板面上还开有透气孔12.2，接头钢管5底部与钢管I固定连接，主梁6以接头钢管5顶部为中心水平向外连接有至少四根，次梁7连接于各主梁6之间，斜撑8连接于主梁6外端与接头钢管5下部之间，钢板9覆盖于平台顶面并与次梁7焊接固定，护栏10焊接于平台四周；
所述导管3分段连接而成，导管经接头钢管5向下插入钢管I内部。所述导管3上部由外螺旋接口 13与下料斗4连接，导管3各分段由外螺旋接口 13连接。
[0038]参见图1、2所示，所述钢管I的横截面形状为方形，斜撑8直接与接头钢管5下部焊接；
参见图3?7所示，所述钢管I的横截面形状为圆形，两个卡板12为半圆形。
[0039]所述接头钢管5与钢管I的连接处上下对应焊接有耳板14，接头钢管5与钢管I上的耳板14由活动耳板15和螺栓16固定连接。其中接头钢管5上焊接的耳板为向外突出的异形耳板17，斜撑8与异形耳板17的突出部分焊接。
[0040]参见图8?10所示，这种采用上述装置的超高钢管混凝土柱导管法混凝土浇筑方法，如下步骤:
步骤一，制作柱顶活动平台，并将制作好的柱顶活动平台吊装、连接在钢管I顶部；
步骤二，安装导管3和下料斗4，按照钢管的实际长度来确定导管3的节数，用塔吊吊住导管一节节的加长，每接长一节后卡在接头钢管的卡板12上，然后人工接长上一段导管，重复进行直到导管伸入距钢管I底部预设距离处，将下料斗4连接在导管3上部；
步骤三，设置观察孔，钢管I每隔三块内隔板2在内隔板下方50mm的范围内钻一个观察孔；
步骤四，分段浇筑自密实混凝土 23，钢管I每次浇筑一个分段的距离，导管3的底部与砼液面保持预设距离，每浇筑一个分段的距离停顿下来，让自密实混凝土自然塌落，然后提一个分段距离的导管，将导管3由卡板12临时固定在接头钢管5管口，拆除最上面的一节导管，固定下料斗4，继续上部的混凝土浇筑，重复本步骤直至整个钢管浇筑完成；
步骤五，养护。
[0041]所述步骤四浇筑至钢管I顶500_时，可拔出导管3，停留半分钟，观察混凝土面是否下沉，如果下沉，则补浇上部下沉的混凝土，20分钟内如果混凝土面不下沉则此钢管柱浇筑完成；当浮浆过厚时，应刮去浮浆。
[0042]所述步骤五养护的方式可以为:混凝土浇筑到钢管I顶以下300mm处，在钢管内注入300mm深的清水顶端盖封闭，降低混凝土水分的蒸发。
[0043]参见图8、10所示，步骤四采用汽车泵管18浇筑自密实混凝土时，钢管I每4m为一个浇筑的分段，每次浇筑一个4m分段，导管3的底部保持在该分段中心位置即每个分段开始导管离砼液面2m，下半段2m浇筑完后，导管底部位置保持不变，按导管埋入混凝土面以下的方法继续浇筑上半段2m自密实混凝土，利用压力将内部的混凝土面顶升，每浇筑4m至少要停顿30S左右，让自密实混凝土自然塌落，整个4m的过程一次性浇筑完，然后才能提4m的导管，继续上部的浇筑。
[0044]参见图9所示，步骤四采用料斗19吊料浇筑自密实混凝土时，一次浇筑高度为4m，每浇筑一斗导管3提升出混凝土液面，然后再继续上部的浇筑。其他同汽车泵管浇筑。
[0045]本发明的自密实混凝土按重量份配比如下:
I，本发明的自密实混凝土的原料按重量份配比如下::I::!::
【权利要求】
1.一种超高钢管混凝土柱导管法混凝土浇筑装置，所述钢管(1)内部间隔设置有内隔板(2)，内隔板(2)中部设有灌注孔(2.1)，四周分布有透气孔(2.2)，其特征在于:该装置包括连接在钢管(1)顶部的柱顶活动平台、插入钢管内部的导管(3)，以及连接在导管(3)上部的下料斗(4); 所述柱顶活动平台由接头钢管(5)、主梁(6)、次梁(7)、斜撑(8)、钢板(9)和护栏(10)构成，接头钢管(5)顶部管口处由合页(11)连接有两块能向上翻转的卡板(12)，两块卡板(12)中间开有用于导管定位的导管卡口( 12.1 )，卡板板面上还开有透气孔(12.2)，接头钢管(5)底部与钢管(1)固定连接，主梁(6)以接头钢管(5)顶部为中心水平向外连接有至少四根，次梁(7)连接于各主梁(6)之间，斜撑(8)连接于主梁(6)外端与接头钢管(5)下部之间，钢板(9)覆盖于平台顶面并与次梁(7)焊接固定，护栏(10)焊接于平台四周； 所述导管(3)分段连接而成，导管经接头钢管(5)向下插入钢管(1)内部。
2.根据权利要求1所述的超高钢管混凝土柱导管法混凝土浇筑装置，其特征在于:所述导管(3)上部由外螺旋接口(13)与下料斗(4)连接，导管(3)各分段由外螺旋接口(13)连接。
3.根据权利要求1所述的超高钢管混凝土柱导管法混凝土浇筑装置，其特征在于:所述钢管(1)的横截面形状为方形或圆形，接头钢管(5)和卡板(12)均与钢管(1)的横截面形状相适应。
4.根据权利要求1所述的超高钢管混凝土柱导管法混凝土浇筑装置，其特征在于:所述接头钢管(5)与钢管(1)的连接处上下对应焊接有耳板(14)，接头钢管(5)与钢管(1)上的耳板(14)由活动耳板(15)和螺栓(16)固定连接。
5.根据权利要求4所述的超高钢管混凝土柱导管法混凝土浇筑装置，其特征在于:所述钢管(1)和接头钢管(5)的横截面为方形时，斜撑(8)直接与接头钢管(5)下部焊接； 所述钢管(1)和接头钢管(5)的横截面为圆形时，接头钢管(5)上焊接的耳板为向外突出的异形耳板(17)，斜撑(8)与异形耳板(17)的突出部分焊接。
6.一种采用权利要求1~5任意一项所述装置的超高钢管混凝土柱导管法混凝土浇筑方法，其特征在于有如下步骤: 步骤一，制作柱顶活动平台，并将制作好的柱顶活动平台吊装、连接在钢管(1)顶部； 步骤二，安装导管(3)和下料斗(4)，按照钢管的实际长度来确定导管(3)的节数，用塔吊吊住导管一节节的加长，每接长一节后卡在接头钢管的卡板(12)上，然后人工接长上一段导管，重复进行直到导管伸入距钢管(1)底部预设距离处，将下料斗(4)连接在导管(3)上部； 步骤三，设置观察孔，钢管(1)每隔三块内隔板(2)在内隔板下方50mm的范围内钻一个观察孔； 步骤四，分段浇筑自密实混凝土(23)，钢管(1)每次浇筑一个分段的距离，导管(3)的底部与砼液面保持预设距离，每浇筑一个分段的距离停顿下来，让自密实混凝土自然塌落，然后提一个分段距离的导管，将导管(3)由卡板(12)临时固定在接头钢管(5)管口，拆除最上面的一节导管，固定下料斗(4)，继续上部的混凝土浇筑，重复本步骤直至整个钢管浇筑完成； 步骤五，养护。
7.根据权利要求6所述的超高钢管混凝土柱导管法混凝土浇筑方法，其特征在于:步骤四采用汽车泵管(18)浇筑或料斗(19)吊料浇筑自密实混凝土 ； 采用汽车泵管(18)浇筑时，钢管(I)每4m为一个浇筑的分段，每次浇筑一个4m分段，导管(3)的底部保持在该分段中心位置即每个分段开始导管离砼液面2m，下半段2m浇筑完后，导管底部位置保持不变，按导管埋入混凝土面以下的方法继续浇筑上半段2m自密实混凝土，利用压力将内部的混凝土面顶升，每浇筑4m至少要停顿30S左右，让自密实混凝土自然塌落，整个4m的过程一次性浇筑完，然后才能提4m的导管，继续上部的浇筑； 采用料斗(19)吊料浇筑时，一次浇筑高度为4m，每浇筑一斗，导管(3)提升出混凝土液面，然后再继续上部的浇筑。
8.根据权利要求6所述的超高钢管混凝土柱导管法混凝土浇筑方法，其特征在于:所述步骤四浇筑至钢管(I)顶500_时，拔出导管(3)，停留半分钟，观察混凝土面是否下沉，如果下沉，则补浇上部下沉的混凝土，30分钟内如果混凝土面不下沉则此钢管柱浇筑完成；当浮浆过厚时，应刮去浮浆。
9.根据权利要求6所述的超高钢管混凝土柱导管法混凝土浇筑方法，其特征在于:所述步骤五养护的方式为:混凝土浇筑到钢管(I)顶以下300mm处，在钢管内注入300mm深的清水顶端盖封闭，降低混凝土水分的蒸发。
10.根据权利要求6所述的超高钢管混凝土柱导管法混凝土浇筑方法，其特征在于:所述自密实混凝土(23)的原料按重量份配比如下: 水泥390~440份； 粉煤灰60~80份； 娃灰40~60份； 砂750~790份； 石950~970份； 减水剂 7.1~8.1份； 水160~170份； 所述水泥为42.5普通硅酸盐水泥；粉煤灰采用I级粉煤灰；砂采用级配II区的中砂，含泥量和泥块的含量分别不大于重量百分比3.0%和1.0% ;石宜采用连续级配或两个单粒径级配搭配使用，最大公称粒径不得大于20_ ； 所述自密实混凝土的强度为50MPa以上，初凝时间8~10小时，终凝时间12~16小时；坍落扩展度达到SF2标准；扩展度损失2h不大于50mm,烧筑前不得小于650mm ;坍落度损失Ih不大于10mm。
【文档编号】E04G3/24GK103470046SQ201310434194
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月23日 优先权日:2013年9月23日
【发明者】徐小洋, 张志明, 吕福磊, 白贺昶, 王伟, 季文涛 申请人:中国建筑第二工程局有限公司