某工程鋼管混凝土柱垂直度偏差糾正關(guān)鍵技術(shù)*
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陳 君，蔣海強(qiáng)，汪麗莎，張法廣，胡洪明，田海江
（浙江精工鋼結(jié)構(gòu)集團(tuán)有限公司，浙江紹興 312030）
[摘要]某工程鋼管混凝土柱，施工完成后頂部柱節(jié)柱頂處出現(xiàn)偏位現(xiàn)象，水平偏移值達(dá)70mm，垂直度超出規(guī)范給定的“111 000且不大于15 mm”的限值要求。針對(duì)該現(xiàn)象，通過(guò)在柱周圍及主梁相應(yīng)部位設(shè)置臨時(shí)支撐和千斤頂?shù)姆绞�，卸除柱上部荷載，并利用置換法對(duì)鋼管混凝土柱的偏位部分進(jìn)行替換，從而解決了垂直度超限問(wèn)題。
關(guān)鍵詞]鋼管混凝土柱；垂直度；偏差；糾正；置換法；施工技術(shù)
[中圖分類號(hào)]TU398+．7 [文章編號(hào)]1002-8498(2016)08-0089-03
1 工程概況
某工程鋼管混凝土柱，圓管直徑800mm，壁厚35mm，內(nèi)灌混凝土。柱子從地下1層開(kāi)始一直到地面3層，1~3層柱子通長(zhǎng)，側(cè)向無(wú)支撐（柱子所在區(qū)域2層樓面開(kāi)洞，柱子周圍無(wú)梁板布置），1~3層層間高度12. 6m。地面以上部分柱子施工時(shí)，鋼管分3節(jié)進(jìn)行吊裝（每一節(jié)分段4. 2m），采用高拋法澆筑管內(nèi)混凝土。柱子及梁板混凝土澆筑完畢，坐標(biāo)復(fù)測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)柱頂部位發(fā)生偏位，水平向偏離中心點(diǎn)位移70mm，垂直度偏差超出了《鋼管混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》CECS28: 2012的規(guī)定，需要采取糾偏措施以滿足驗(yàn)收要求。
鋼管混凝土柱頂部節(jié)點(diǎn)如圖1所示，鋼管與3層梁底面環(huán)形鋼板焊接，梁柱節(jié)點(diǎn)域處設(shè)置鋼筋籠，鋼筋籠從混凝土梁底面以下1. 6m處開(kāi)始一直伸入混凝土梁內(nèi)部。
2垂直度偏差糾正方法
2.1糾偏思路
為保證糾偏過(guò)程的安全可靠，同時(shí)確保既有結(jié)構(gòu)不受損壞，事先在需要糾偏的柱子周圍以及主梁相應(yīng)位置處布置臨時(shí)加固支撐。糾偏柱周圍4個(gè)支撐頂部布置相應(yīng)噸位的千斤頂對(duì)梁端部進(jìn)行反頂以卸除柱子的上部荷載，反頂力根據(jù)計(jì)算確定。柱子在較小應(yīng)力的情況下，割除偏位后的鋼管，并鑿去內(nèi)部混凝土。然后替換新鋼管，采用頂升法澆筑新灌漿料。混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，支撐系統(tǒng)分級(jí)同步卸載，從而完成鋼管混凝土柱的置換任務(wù)。
2.2 臨時(shí)支撐布置
在需要糾偏的柱子周邊布置4根支撐鋼管（編號(hào)1～4），支撐鋼管選用ɸ600×14的圓管，支撐鋼管頂部與梁下表面留一定的間隙用來(lái)放置液壓千斤頂。
柱子在置換過(guò)程中，原本由柱子承受的荷載轉(zhuǎn)移給臨時(shí)支撐承擔(dān)，柱子不再承受荷載作用，從而導(dǎo)致柱子周圍混凝土梁的受力情況也跟著發(fā)生改變。糾偏過(guò)程中為確保梁板不受損壞，需對(duì)混凝土梁采取加固措施，即在主次梁交匯節(jié)點(diǎn)處或者是主梁跨度三分點(diǎn)地方布置臨時(shí)支撐（編號(hào)A~H），通過(guò)設(shè)置千斤頂和斜鐵等措施保證支撐與混凝土梁處于頂緊狀態(tài)，如圖2，3所示。
2.3反頂力施加
臨時(shí)支撐1~4頂部設(shè)置液壓千斤頂，通過(guò)千斤頂反頂?shù)姆绞綄⒃居芍映袚?dān)的荷載轉(zhuǎn)移到四周的臨時(shí)支撐上，使得柱子在無(wú)軸壓（或較小的軸壓）情況下實(shí)施拆除作業(yè)。
千斤頂施加的反頂力值需根據(jù)有限元軟件計(jì)算分析確定。在恒荷載作用工況下，提取得到設(shè)計(jì)狀態(tài)下柱子四周主梁的梁端剪力值。根據(jù)梁端剪力，對(duì)各千斤頂?shù)姆错斄M(jìn)行初次分配。利用分配得到的力值，在軟件中通過(guò)對(duì)支撐鋼管施加溫度荷載的方式來(lái)模擬反頂力。施加的溫度根據(jù)得到的反頂力值，通過(guò)公式△T= V/（a EA）轉(zhuǎn)換得到。當(dāng)柱子的軸向壓力趨于零時(shí)，此時(shí)施加的溫度荷載對(duì)臨時(shí)支撐產(chǎn)生的軸向力即為千斤頂最終的反頂力值。根據(jù)最終的反頂力值，通過(guò)高壓電動(dòng)油泵控制油壓來(lái)實(shí)現(xiàn)反頂操作，如圖4所示。
2.4糾偏實(shí)施
鋼管混凝土柱在臨時(shí)支撐系統(tǒng)反頂作用下，柱子基本處于不受力狀態(tài)，利用切割機(jī)沿豎直方向?qū)摴芫鶆虻馗畛伤陌�，切割前各分片分別用導(dǎo)鏈拴住。然后對(duì)鋼管分段處上下部位進(jìn)行環(huán)向切割，使得頂部節(jié)鋼管與下部相鄰鋼管及梁底埋板脫開(kāi)，拆除鋼管，鑿去管內(nèi)混凝土，如圖5a所示。
待內(nèi)部混凝土清理干凈，澆水濕潤(rùn)后，進(jìn)行鋼管替換，新鋼管分成兩瓣進(jìn)行吊裝，由兩側(cè)進(jìn)行合攏。測(cè)量校正后，先進(jìn)行豎向焊縫的焊接，再進(jìn)行環(huán)向焊縫的焊接，焊接完畢，對(duì)焊縫進(jìn)行探傷，包括焊縫的外觀質(zhì)量檢查及內(nèi)部缺陷檢測(cè)。焊縫檢測(cè)合格后，澆筑管內(nèi)填充材料，如圖5b所示。
管內(nèi)注漿材料采用無(wú)收縮自密實(shí)水泥基高強(qiáng)澆注料，該材料無(wú)需振搗，能自密實(shí)成型，與老混凝土黏結(jié)可靠，且硬化過(guò)程無(wú)收縮，強(qiáng)度最高可達(dá)100MPa。管內(nèi)注漿料采用頂升法施工。施工前，注漿料應(yīng)事先做成標(biāo)準(zhǔn)試塊進(jìn)行強(qiáng)度檢測(cè)；注漿完成后3d進(jìn)行管內(nèi)混凝土密實(shí)度檢測(cè)。自然養(yǎng)護(hù)5d，且強(qiáng)度檢測(cè)滿足要求后，千斤頂可分級(jí)同步卸載，最后拆除臨時(shí)支撐。
2.5卸載及監(jiān)測(cè)
混凝土各項(xiàng)指標(biāo)檢測(cè)合格，并達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，千斤頂開(kāi)始卸載。卸載時(shí)，先撤去梁跨中部位支撐（即支撐A~H）下部的斜鐵，千斤頂緩慢卸載。梁端部分（即支撐1～4）則采取分級(jí)同步卸載，每級(jí)20%，共分5級(jí)進(jìn)行卸載。
本工程需要糾偏的鋼管混凝土柱為主要受力構(gòu)件，糾偏過(guò)程中，千斤頂反頂力較大，頂升點(diǎn)數(shù)量較多，反頂和卸載時(shí)同步性控制要求較高。因此，為保證糾偏過(guò)程的順利實(shí)施以及最終結(jié)構(gòu)的安全可靠，對(duì)整個(gè)施工過(guò)程進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，主要包括以下幾項(xiàng)內(nèi)容：①原鋼管混凝土柱、反頂點(diǎn)及主梁跨中部位豎向位移監(jiān)測(cè)；②鋼管混凝土柱的應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)測(cè)；③千斤頂反頂施工中的頂升力監(jiān)測(cè)；④鋼管糾偏完成后的垂直度檢測(cè)及周邊區(qū)域結(jié)構(gòu)、構(gòu)件的裂縫觀察。
豎向位移監(jiān)測(cè)采用的儀器為百分表、全站儀。位移監(jiān)測(cè)過(guò)程能實(shí)時(shí)反映糾偏過(guò)程中的構(gòu)件變形情況，保證施工過(guò)程安全可靠；位移監(jiān)測(cè)結(jié)果可以作為糾偏完成后構(gòu)件變形合理與否的評(píng)判依據(jù)，通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)判斷構(gòu)件變形指標(biāo)是否滿足規(guī)范要求。
監(jiān)測(cè)過(guò)程中，兩種儀器同時(shí)進(jìn)行，對(duì)施工過(guò)程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。一旦位移超過(guò)允許值，或者兩種方法測(cè)得的結(jié)果具有較大的偏差，則應(yīng)立即停止施工，尋找原因，待問(wèn)題解決后，繼續(xù)施工。
應(yīng)力應(yīng)變是反映構(gòu)件受力狀態(tài)最直接的參數(shù)，通過(guò)反頂施工過(guò)程中以及卸載完成后對(duì)鋼管混凝土柱的鋼管典型截面應(yīng)力應(yīng)變進(jìn)行監(jiān)測(cè)，可了解其實(shí)際內(nèi)力狀態(tài)，從而用來(lái)指導(dǎo)施工。
監(jiān)測(cè)時(shí)，在柱頂、柱中、柱腳處圍繞圓管截面對(duì)稱均勻地布置監(jiān)測(cè)儀器，如圖6所示。監(jiān)測(cè)儀器一般采用應(yīng)變傳感器（智能弦式數(shù)碼應(yīng)變計(jì)及應(yīng)變片，自帶溫度補(bǔ)償傳感器）。
反頂施工中的頂升力主要依據(jù)千斤頂油壓表進(jìn)行讀數(shù)，油壓表采用≥0. 4MPa級(jí)的精密壓力表。壓力表在正式使用前在有資質(zhì)試驗(yàn)單位的試驗(yàn)機(jī)上與頂升千斤頂進(jìn)行配套標(biāo)定。
柱的垂直度則是通過(guò)全站儀進(jìn)行測(cè)量檢驗(yàn)，根據(jù)全站儀測(cè)得的結(jié)果判斷柱子垂直度是否滿足規(guī)范要求。在反頂施工過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)密觀察相關(guān)區(qū)域結(jié)構(gòu)、構(gòu)件是否有裂縫現(xiàn)象的產(chǎn)生，若發(fā)生異常，應(yīng)立刻暫停施工。
3結(jié)語(yǔ)
一般情況下鋼管混凝土柱承受的荷載較大，柱子在糾偏過(guò)程中，存在較大的安全風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)容易對(duì)既有結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響。本工程通過(guò)在梁柱節(jié)點(diǎn)域附近設(shè)置臨時(shí)支撐和千斤頂?shù)姆绞綄?duì)柱子進(jìn)行卸荷，確保柱子在較小的壓力作用下進(jìn)行拆除作業(yè)。同時(shí)，為保證梁板構(gòu)件不受損壞，在主梁中部設(shè)置臨時(shí)支撐進(jìn)行加固。此外，利用各種監(jiān)測(cè)手段對(duì)實(shí)施過(guò)程進(jìn)行監(jiān)督，把柱子在置換過(guò)程中所引起的對(duì)結(jié)構(gòu)、構(gòu)件的影響效應(yīng)可視化，實(shí)現(xiàn)了施工過(guò)程的可控性。通過(guò)以上幾個(gè)措施，確保了整個(gè)過(guò)程的安全性和可靠性，使得糾偏工作得到順利實(shí)施，糾偏完成后的柱子垂直度能較好地滿足工程驗(yàn)收要求，達(dá)到了預(yù)期效果。
