某工程钢管混凝土柱垂直度偏差纠正关键技术*

 陈  君，蒋海强，汪丽莎，张法广，胡洪明，田海江

 （浙江精工钢结构集团有限公司，浙江绍兴  312030）

[摘要]某工程钢管混凝土柱，施工完成后顶部柱节柱顶处出现偏位现象，水平偏移值达70mm，垂直度超出规范给定的“111 000且不大于15 mm”的限值要求。针对该现象，通过在柱周围及主梁相应部位设置临时支撑和千斤顶的方式，卸除柱上部荷载，并利用置换法对钢管混凝土柱的偏位部分进行替换，从而解决了垂直度超限问题。

关键词]钢管混凝土柱；垂直度；偏差；纠正；置换法；施工技术

[中图分类号]TU398+．7 [文章编号]1002-8498(2016)08-0089-03

1  工程概况

 某工程钢管混凝土柱，圆管直径800mm，壁厚35mm，内灌混凝土。柱子从地下1层开始一直到地面3层，1~3层柱子通长，侧向无支撑（柱子所在区域2层楼面开洞，柱子周围无梁板布置），1~3层层间高度12. 6m。地面以上部分柱子施工时，钢管分3节进行吊装（每一节分段4. 2m），采用高抛法浇筑管内混凝土。柱子及梁板混凝土浇筑完毕，坐标复测时发现柱顶部位发生偏位，水平向偏离中心点位移70mm，垂直度偏差超出了《钢管混凝土结构技术规程》CECS28: 2012的规定，需要采取纠偏措施以满足验收要求。

 钢管混凝土柱顶部节点如图1所示，钢管与3层梁底面环形钢板焊接，梁柱节点域处设置钢筋笼，钢筋笼从混凝土梁底面以下1. 6m处开始一直伸入混凝土梁内部。

2垂直度偏差纠正方法

2.1纠偏思路

 为保证纠偏过程的安全可靠，同时确保既有结构不受损坏，事先在需要纠偏的柱子周围以及主梁相应位置处布置临时加固支撑。纠偏柱周围4个支撑顶部布置相应吨位的千斤顶对梁端部进行反顶以卸除柱子的上部荷载，反顶力根据计算确定。柱子在较小应力的情况下，割除偏位后的钢管，并凿去内部混凝土。然后替换新钢管，采用顶升法浇筑新灌浆料。混凝土达到设计强度后，支撑系统分级同步卸载，从而完成钢管混凝土柱的置换任务。

2.2  临时支撑布置

 在需要纠偏的柱子周边布置4根支撑钢管（编号1～4），支撑钢管选用ɸ600×14的圆管，支撑钢管顶部与梁下表面留一定的间隙用来放置液压千斤顶。

 柱子在置换过程中，原本由柱子承受的荷载转移给临时支撑承担，柱子不再承受荷载作用，从而导致柱子周围混凝土梁的受力情况也跟着发生改变。纠偏过程中为确保梁板不受损坏，需对混凝土梁采取加固措施，即在主次梁交汇节点处或者是主梁跨度三分点地方布置临时支撑（编号A~H），通过设置千斤顶和斜铁等措施保证支撑与混凝土梁处于顶紧状态，如图2，3所示。

2.3反顶力施加

 临时支撑1~4顶部设置液压千斤顶，通过千斤顶反顶的方式将原本由柱子承担的荷载转移到四周的临时支撑上，使得柱子在无轴压（或较小的轴压）情况下实施拆除作业。

 千斤顶施加的反顶力值需根据有限元软件计算分析确定。在恒荷载作用工况下，提取得到设计状态下柱子四周主梁的梁端剪力值。根据梁端剪力，对各千斤顶的反顶力进行初次分配。利用分配得到的力值，在软件中通过对支撑钢管施加温度荷载的方式来模拟反顶力。施加的温度根据得到的反顶力值，通过公式△T= V/（a EA）转换得到。当柱子的轴向压力趋于零时，此时施加的温度荷载对临时支撑产生的轴向力即为千斤顶最终的反顶力值。根据最终的反顶力值，通过高压电动油泵控制油压来实现反顶操作，如图4所示。

  2.4纠偏实施

 钢管混凝土柱在临时支撑系统反顶作用下，柱子基本处于不受力状态，利用切割机沿竖直方向将钢管均匀地割成四瓣，切割前各分片分别用导链拴住。然后对钢管分段处上下部位进行环向切割，使得顶部节钢管与下部相邻钢管及梁底埋板脱开，拆除钢管，凿去管内混凝土，如图5a所示。

 待内部混凝土清理干净，浇水湿润后，进行钢管替换，新钢管分成两瓣进行吊装，由两侧进行合拢。测量校正后，先进行竖向焊缝的焊接，再进行环向焊缝的焊接，焊接完毕，对焊缝进行探伤，包括焊缝的外观质量检查及内部缺陷检测。焊缝检测合格后，浇筑管内填充材料，如图5b所示。

 管内注浆材料采用无收缩自密实水泥基高强浇注料，该材料无需振捣，能自密实成型，与老混凝土黏结可靠，且硬化过程无收缩，强度最高可达100MPa。管内注浆料采用顶升法施工。施工前，注浆料应事先做成标准试块进行强度检测；注浆完成后3d进行管内混凝土密实度检测。自然养护5d，且强度检测满足要求后，千斤顶可分级同步卸载，最后拆除临时支撑。

2.5卸载及监测

 混凝土各项指标检测合格，并达到设计强度后，千斤顶开始卸载。卸载时，先撤去梁跨中部位支撑（即支撑A~H）下部的斜铁，千斤顶缓慢卸载。梁端部分（即支撑1～4）则采取分级同步卸载，每级20%，共分5级进行卸载。

 本工程需要纠偏的钢管混凝土柱为主要受力构件，纠偏过程中，千斤顶反顶力较大，顶升点数量较多，反顶和卸载时同步性控制要求较高。因此，为保证纠偏过程的顺利实施以及最终结构的安全可靠，对整个施工过程进行了监测，主要包括以下几项内容：①原钢管混凝土柱、反顶点及主梁跨中部位竖向位移监测；②钢管混凝土柱的应力应变监测；③千斤顶反顶施工中的顶升力监测；④钢管纠偏完成后的垂直度检测及周边区域结构、构件的裂缝观察。

 竖向位移监测采用的仪器为百分表、全站仪。位移监测过程能实时反映纠偏过程中的构件变形情况，保证施工过程安全可靠；位移监测结果可以作为纠偏完成后构件变形合理与否的评判依据，通过监测数据判断构件变形指标是否满足规范要求。

 监测过程中，两种仪器同时进行，对施工过程中产生的数据进行对比分析。一旦位移超过允许值，或者两种方法测得的结果具有较大的偏差，则应立即停止施工，寻找原因，待问题解决后，继续施工。

 应力应变是反映构件受力状态最直接的参数，通过反顶施工过程中以及卸载完成后对钢管混凝土柱的钢管典型截面应力应变进行监测，可了解其实际内力状态，从而用来指导施工。

 监测时，在柱顶、柱中、柱脚处围绕圆管截面对称均匀地布置监测仪器，如图6所示。监测仪器一般采用应变传感器（智能弦式数码应变计及应变片，自带温度补偿传感器）。

 反顶施工中的顶升力主要依据千斤顶油压表进行读数，油压表采用≥0. 4MPa级的精密压力表。压力表在正式使用前在有资质试验单位的试验机上与顶升千斤顶进行配套标定。

 柱的垂直度则是通过全站仪进行测量检验，根据全站仪测得的结果判断柱子垂直度是否满足规范要求。在反顶施工过程中应严密观察相关区域结构、构件是否有裂缝现象的产生，若发生异常，应立刻暂停施工。

3结语

 一般情况下钢管混凝土柱承受的荷载较大，柱子在纠偏过程中，存在较大的安全风险，同时容易对既有结构产生不利影响。本工程通过在梁柱节点域附近设置临时支撑和千斤顶的方式对柱子进行卸荷，确保柱子在较小的压力作用下进行拆除作业。同时，为保证梁板构件不受损坏，在主梁中部设置临时支撑进行加固。此外，利用各种监测手段对实施过程进行监督，把柱子在置换过程中所引起的对结构、构件的影响效应可视化，实现了施工过程的可控性。通过以上几个措施，确保了整个过程的安全性和可靠性，使得纠偏工作得到顺利实施，纠偏完成后的柱子垂直度能较好地满足工程验收要求，达到了预期效果。