鋼管混凝土柱的混凝土澆筑施工技術(shù)

關(guān)鍵詞：鋼管混凝土柱；混凝土；混凝土澆筑；施工技術(shù)；實(shí)用價(jià)值 

　　前言：科學(xué)技術(shù)作為當(dāng)今社會(huì)生活中的第一生產(chǎn)力，在當(dāng)今改造客觀世界的過(guò)程中起到無(wú)可替代的作用與價(jià)值。其中單以建筑工程中的活動(dòng)為案例，混凝土作為構(gòu)件產(chǎn)品的技術(shù)材料，越來(lái)越受到用戶與廠方的歡迎和重視。鋼管混凝土就是把混凝土灌入鋼管中并搗實(shí)以加大鋼管的強(qiáng)度和剛度。一般的，我們把混凝土強(qiáng)度等級(jí)在C50以下的鋼管混凝土稱為普通鋼管混凝土；混凝土強(qiáng)度等級(jí)在C50以上的鋼管混凝土稱為鋼管高強(qiáng)混凝土；混凝土強(qiáng)度等級(jí)在C100以上的鋼管混凝土稱為鋼管超高強(qiáng)混凝土。 

　　一、鋼管混凝土的應(yīng)用歷史 

　　鋼管混凝土稱得上是第二次工業(yè)革命在建筑領(lǐng)域之內(nèi)研發(fā)與應(yīng)用的結(jié)晶與產(chǎn)物。在家居設(shè)備基本實(shí)現(xiàn)電力化的基礎(chǔ)上，建筑設(shè)施的設(shè)計(jì)與建造領(lǐng)域之內(nèi)則實(shí)現(xiàn)了鋼管混凝土設(shè)備的廣泛應(yīng)用[1]。早在十九世紀(jì)的八十年代中期，鋼管混凝土的結(jié)構(gòu)及使用就率先在英國(guó)出現(xiàn)。1879年，英國(guó)的塞文鐵路橋的竣工，便主要借助了這種新興技術(shù)的成果，在鋼管中注入了混凝土，有效防止了內(nèi)部的生銹腐蝕甚至產(chǎn)生了極大的抗壓成果。英國(guó)之后，法國(guó)在橋梁建筑和營(yíng)造的過(guò)程中也開(kāi)始廣泛應(yīng)用這種鋼管混凝土。及至二戰(zhàn)之后的日本、瑞士等國(guó)也是如此，在大量節(jié)省建筑鋼材的前提下，也使得本國(guó)的建筑技巧大大提高，并為戰(zhàn)后社會(huì)經(jīng)濟(jì)的恢復(fù)和發(fā)展付出了很大的貢獻(xiàn)。 

　　二戰(zhàn)結(jié)束后引發(fā)了第三次科技革命的到來(lái)，新技術(shù)的推廣以及對(duì)大型工程項(xiàng)目的指導(dǎo)和輔助也達(dá)到了一個(gè)空前的巔峰。將近一個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，鋼管混凝土這種組合性的材料取得了了科學(xué)原理的理論研究層面的不斷深入，施工技巧在應(yīng)用實(shí)踐中也得到了大幅度的改進(jìn)，全世界的高層居民樓、機(jī)關(guān)單位的辦公樓抑或是高速公路與橋梁等均離不開(kāi)這種組合技術(shù)材料[2]。由于鋼管混凝土的抗壓能力極強(qiáng)、承載力量大，并且隨著時(shí)代的發(fā)展自身的實(shí)用價(jià)值在不斷得到多元化的挖掘和運(yùn)用，使得上個(gè)世紀(jì)末期鋼管混凝土的產(chǎn)量與銷售利潤(rùn)大大提升，也在生活細(xì)節(jié)中處處可見(jiàn)。拒不完全統(tǒng)計(jì)，從1990年到1994年，短短的五年之內(nèi)含有鋼管混凝土技術(shù)參與的拱橋就超過(guò)了二百架，其中我國(guó)占據(jù)二十多架，而到了1998年又增加到了六十多架，科學(xué)地位與實(shí)用價(jià)值在不斷得以提高和利用。鋼管混凝土結(jié)構(gòu)在我國(guó)的高層建筑工程、地鐵車站工程和大跨度橋梁工程中得到了較多的應(yīng)用。此外在多層、高層民用住宅建筑中也已開(kāi)始采用鋼管混凝土柱和鋼梁組成的框筒（剪）結(jié)構(gòu)體系，并且經(jīng)濟(jì)效益顯著。 

　　二、鋼管混凝土柱的科學(xué)原理與技術(shù)結(jié)構(gòu) 

　�。ㄒ唬┛茖W(xué)原理 

　　混凝土，簡(jiǎn)稱為“砼”，是指由膠凝材料將集料膠結(jié)成整體的工程復(fù)合材料的統(tǒng)稱。鋼管混凝土是指在鋼管中填充混凝土而形成、且鋼管及其核心混凝土能共同承受外荷載作用的結(jié)構(gòu)構(gòu)件，按截面形式不同，可分為圓鋼管混凝土，方、矩形鋼管混凝土和多邊形鋼管混凝土等。其中鋼管混凝土便是混凝土應(yīng)用技術(shù)與實(shí)用價(jià)值中的升華載體。鋼管混凝土在應(yīng)用中兼具金屬和土質(zhì)的雙重優(yōu)勢(shì)：混凝土的抗壓強(qiáng)度高。但抗彎能力很弱，而鋼材，特別是型鋼的抗彎能力強(qiáng)，具有良好的彈塑性，但在受壓時(shí)容易失穩(wěn)而喪失軸向抗壓能力。而鋼管混凝土在結(jié)構(gòu)上能夠?qū)⒍�者的�?yōu)點(diǎn)結(jié)合在一起，可使混凝土處于側(cè)向受壓狀態(tài)，其抗壓強(qiáng)度可成倍提高.同時(shí)由于混凝土的存在，提高了鋼管的剛度，兩者共同發(fā)揮作用，從而大大地提高了承載能力[3]。 

　　鋼管混凝土是無(wú)縫鋼管與混凝土兩種精華材料的精華凝合之作，其英文簡(jiǎn)稱為CFST，在世界和中國(guó)的范圍內(nèi)知名度頗高。在高強(qiáng)度的混凝土中貫入薄壁圓鋼管內(nèi)而形成的組合結(jié)構(gòu)材料，在兩種或兩種不同力學(xué)性能的材料產(chǎn)生中發(fā)生緊箍式的作用，并有助于工程施工體系之內(nèi)實(shí)現(xiàn)技術(shù)性的鞏固和協(xié)調(diào)，具有承載力高、延性好以及抗震性能優(yōu)越等突出的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。 

　　（二）技術(shù)結(jié)構(gòu) 

　　鋼管混凝土的施工結(jié)構(gòu)主要包括鋼管的制作和安裝、鋼管內(nèi)混凝土澆筑和鋼管外部外鋼筋混凝土的施工等三個(gè)主要構(gòu)成方式。三大部分的施工應(yīng)當(dāng)在具體的實(shí)踐施工過(guò)程中呈現(xiàn)無(wú)形的三叉戟格局，通過(guò)相互銜接與密切配合，將混凝土柱的應(yīng)用價(jià)值和技術(shù)功效達(dá)到最大化[4]。而究其原理則具體體現(xiàn)為相互之間產(chǎn)生的一種粘合力的牽制作用，使得鋼管與混凝土處于三向受力狀態(tài)。 

　　鋼管混凝土的施工技術(shù)以三方受力原理為主要技術(shù)動(dòng)力，在施工建筑的體系中使產(chǎn)品的穩(wěn)定性能大大增強(qiáng)。鋼管混凝土在實(shí)行結(jié)構(gòu)施工的過(guò)程中，工作人員需要以無(wú)縫鋼管的剛性力量承擔(dān)起施工階段的結(jié)構(gòu)重量，同時(shí)還要保證其不受到混凝土柔性養(yǎng)護(hù)力量與時(shí)間所帶來(lái)的摩擦影響。同時(shí)還需要注意的是，鋼管內(nèi)部填充的大量混凝土，能吸收大量的熱能，因此遭受火災(zāi)時(shí)管柱截面溫度場(chǎng)的分布很不均勻，增加了柱子的耐火時(shí)間，減慢鋼柱的升溫速度，對(duì)于鋼管抵抗燃燒也能起到相當(dāng)程度的緩解作用，具有防火和抗火的功效[5]。此外由于鋼管混凝土構(gòu)件的截面形式對(duì)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的受力性能、施工難易程度、施工工期和工程造價(jià)都有很大的影響，所以這種技術(shù)在耐腐蝕的能力上也令人嘆為觀止。 

　　三、鋼管混凝土柱在混凝土澆筑施工過(guò)程中的問(wèn)題及其對(duì)策 

　�。ㄒ唬┲饕獑�(wèn)題 

　　雖然鋼管混凝土在施工技術(shù)的運(yùn)用活動(dòng)中的實(shí)用價(jià)值得到了科學(xué)界的關(guān)注與認(rèn)同，但是由于我國(guó)在這一層的科學(xué)研究處于起步階段，對(duì)于鋼管混凝土的技術(shù)原理的認(rèn)識(shí)沒(méi)有突破感性認(rèn)識(shí)的局限，雖然在實(shí)踐工程項(xiàng)目活動(dòng)中取得了一定成就，但總體拉看特別是與美國(guó)、歐盟、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家比較而言，在鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)剖析能力上顯示出很大程度上的不成熟。 　　這種不成熟主要體現(xiàn)在兩個(gè)側(cè)面。第一，在針對(duì)鋼管混凝土的本構(gòu)關(guān)系的處理上，中國(guó)境內(nèi)的研究水平至今仍然缺乏體系化的構(gòu)建，對(duì)于鋼管混凝土內(nèi)在的力學(xué)原理和力學(xué)行為的剖析了解仍然不夠深入。除了三方受力分析外，其余的理論常識(shí)幾乎完全空白。加之國(guó)內(nèi)工程企業(yè)管理上的短板，使得這種技術(shù)的運(yùn)用在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)或多或少顯得不接地氣。第二，傳統(tǒng)的工程實(shí)踐中，壓漿和微膨脹的混凝土用來(lái)解決混凝土收縮的問(wèn)題一度普遍運(yùn)用，但是這種技術(shù)手段隨著建筑要求和標(biāo)準(zhǔn)的越發(fā)嚴(yán)格與提高，其內(nèi)在的局限性已經(jīng)越發(fā)明顯[6]。這種局限主要體現(xiàn)為壓漿和微膨脹作為一種低端技術(shù)的操控技法，使其對(duì)鋼管混凝土的本身無(wú)法進(jìn)行系統(tǒng)而又精準(zhǔn)的有限元計(jì)算，現(xiàn)有的計(jì)算模型除了矩陣位移的方法之外，別無(wú)其他的理論建樹(shù)。這就導(dǎo)致在具體的施工過(guò)程中，隨著日光照射的強(qiáng)烈與加劇，混凝土?xí)�在溫差變�?dòng)之下受到負(fù)面影響而出現(xiàn)結(jié)構(gòu)上的縫隙，進(jìn)而削弱自身的套箍力量，最終使得整體建筑質(zhì)量受到一定損害。 

　�。ǘ�）控制對(duì)策 

　　面對(duì)著國(guó)內(nèi)混凝土施工技術(shù)的短板，采取解決問(wèn)題的措施應(yīng)當(dāng)以加強(qiáng)對(duì)鋼管混凝土的理論學(xué)術(shù)研究和多元化、多渠道的實(shí)踐能力飛躍為主，實(shí)現(xiàn)良性而又可靠的控制對(duì)策[7]。首先在學(xué)術(shù)研究層面上，面臨自身的成就局限要采取兩重性的心態(tài)和態(tài)度。一方面，面對(duì)著業(yè)已取得的部分成就，需要加強(qiáng)其實(shí)踐指導(dǎo)，并且在必要時(shí)刻實(shí)行一些實(shí)驗(yàn)性質(zhì)的建筑，以具體的現(xiàn)成的試驗(yàn)產(chǎn)品為模板，進(jìn)行全面化的理論聯(lián)系實(shí)際的科技研究活動(dòng)；另一方面對(duì)于大部分的不足，要積極學(xué)習(xí)發(fā)達(dá)國(guó)家在鋼管混凝土的技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中常用的經(jīng)驗(yàn)。在混凝土的有限元計(jì)算的能力上、混凝土與鋼管器材的構(gòu)建方法上，都要實(shí)現(xiàn)絕對(duì)強(qiáng)度的精湛與熟稔。 

　　四、鋼管混凝土柱的混凝土澆筑施工技術(shù)的實(shí)用價(jià)值 

　　（一）擴(kuò)大混凝土使用范圍 

　　盡管混凝土的科學(xué)原理和應(yīng)用價(jià)值在國(guó)內(nèi)仍然還要經(jīng)歷比較漫長(zhǎng)的挖掘階段和研發(fā)過(guò)程，但是站在世界科學(xué)發(fā)展史的高度上看，鋼管混凝土在混凝土澆筑施工技術(shù)體系中所具備的實(shí)用價(jià)值仍然是顯而易見(jiàn)的。首先對(duì)于混凝土這種工程原料來(lái)看，它至少是擴(kuò)大了混凝土的使用范圍�；炷�土可以追溯到古老的年代，其所用的膠凝材料為粘土、石灰、石膏、火山灰等。根據(jù)考古人員的發(fā)現(xiàn)和研究，得出了早在五千年前的凌家灘先民的生活中，便開(kāi)始將混凝土作為房屋建設(shè)的原材料，并利用木骨撐起泥墻，這種格局的運(yùn)用就已經(jīng)具備了鋼管混凝土的雛形。第二次工業(yè)革命以后，英、法、德、美等國(guó)的科學(xué)家都認(rèn)識(shí)到這種技術(shù)在建筑領(lǐng)域內(nèi)的價(jià)值，于是紛紛展開(kāi)深入研究，從家居生活的家具一直到今天的橋梁道路、高樓大廈，鋼管混凝土以其剛性力量與柔性功能的完美結(jié)合，逐漸成為混凝土施工中必不可少的工具，甚至成為了改變可這個(gè)世界景觀的技術(shù)材料[8]。 

　�。ǘ�）固化建筑產(chǎn)品的質(zhì)量 

　　鋼管混凝土實(shí)現(xiàn)了鋼管技術(shù)與混凝土建筑功能的完美合一，在社會(huì)生活與工程實(shí)踐的體系中取得的最大最直接的影響便是帶動(dòng)了建筑行業(yè)的蓬勃發(fā)展，因?yàn)樵谫|(zhì)量等硬件設(shè)施的建設(shè)和完善上實(shí)現(xiàn)了質(zhì)變化的飛躍[9]。國(guó)家市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和房地產(chǎn)市場(chǎng)的空前活躍為建筑行業(yè)的進(jìn)步帶來(lái)了客觀上的契機(jī)，但是由于住宅工程在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的自發(fā)性的束縛之下仍然凸顯出質(zhì)量問(wèn)題上的牽制與桎梏，使得居民的居住和出行均面臨著一定的安全隱患�；炷�土施工技術(shù)的拓展對(duì)于這種安全隱患正起到了一定的補(bǔ)充作用。而鋼管混凝土的推廣與普及尤為混凝土的澆筑技術(shù)帶來(lái)了嶄新的技術(shù)支持，從根本上便對(duì)建筑產(chǎn)品的澆筑質(zhì)量起到了釜底抽薪的固化作用。即便遭遇地震，大凡7.0級(jí)以下，基本不會(huì)造成重大損失。 

　　結(jié)論：鋼管混凝土以其自身非凡的實(shí)用價(jià)值為建筑行業(yè)帶來(lái)了嶄新的發(fā)展時(shí)代，具有很大程度上的里程碑意義。技術(shù)層面的廣泛運(yùn)用，不但保障了建筑產(chǎn)品的全面進(jìn)步和質(zhì)量安全性能的大幅度進(jìn)展，更使得居民生活水平在物質(zhì)層面和需求上的提高，對(duì)于和諧社會(huì)的積極構(gòu)建，也提供著潛在的保障作用和穩(wěn)定功能。 

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