C70高強鋼管混凝土的泵送頂升施工研究

卞振江，孟凡雷，李鵬，劉芳，劉軍輝

(西麥斯（天津）有限公司,天津 300300)

0 前言

近年來隨著建筑行業的高速發展，高層、超高層建筑、大跨度結構、地下以及海洋工程等項目的不斷涌現，對混凝土的要求也越來越高，各種功能性的混凝土層出不窮，同時對混凝土的施工也提出了更高的要求[1]。而鋼管混凝土柱以其造型流暢、結構受力性能好、截面尺寸經濟等優勢在鋼結構建筑中得到了廣泛應用，鋼管混凝土（concrete filled steel tube）是由混凝土填入鋼管內而形成的一種新型組合結構，鋼管混凝土可使混凝土處于側向受壓狀態，其抗壓強度成倍增加。但是對于鋼管混凝土的施工方法，大多采用高拋澆注，較少采用頂升方法，主要是因為頂升法對設備和混凝土性能要求比較高。但是通過頂升法施工的混凝土結構不需要振搗，可節省大量的混凝土用工和機械，由于混凝土從柱根向上頂升逆向澆注，利用混凝土的重力自密實，比傳統施工工藝澆注的混凝土更加密實、均勻，并較好地杜絕了高位拋落法在變肢距處出現的離析、爛根等質量通病。

天津市濱海新區位于天津東部沿海，面積2270 平方公里，海岸線153 公里，該新區緊緊依托北京、天津兩大直轄市，擁有中國最大的人工港、最具潛力的消費市場和最完善的城市配套設施，濱海新區的高速發展也帶動了建筑業的百花齊放，各種高性能的混凝土應用到天津濱海地區的高層建筑中[2]。于家堡金融商務區是濱海新區的核心地標型建筑群，北京建工承建的于家堡金融起步區項目中需要對鋼管柱進行加固。其工程難度主要集中在該混凝土強度必須達到C70 要求[3]，同時需要自密實減少與鋼管柱的縫隙，施工方法為頂升澆注。本課題通過大量的試驗來解決工程難題。

1 試驗部分

1.1 北京建工承建的于家堡金融起步區項目的特點

1.1.1 混凝土強度等級

表1 鋼管混凝土的強度要求

1.1.2 工程介紹

圖1 鋼管結構和內部特征

圖2 北京建工項目工程圖

從圖1、2 中可以看出，該項目鋼管柱呈方形布置，從混凝土施工點到鋼管柱的水平距離為150m 左右，高為30m。因此我們采用固定泵不間歇式頂升輸送，這也給生產和施工帶來很大的不便。

1.2 原材料

1.2.1 水泥

天津水泥廠P·O42.5 級水泥，其性能指標見表2。

表2 水泥試驗數據

表3 礦粉試驗數據

1.2.2 礦粉

唐山特種水泥有限公司S95 級礦粉，其性能指標見表3。

1.2.3 硅灰

奧斯麥特科技（北京）有限公司SF-93 級硅灰，其性能指標見表4。

表4 硅灰試驗數據

1.2.4 粗骨料

采用玄武巖碎石，顆粒級配尾5～16mm 連續級配，含泥量0.5%，堆積密度1530kg/m3，表觀密度2820kg/m3，壓碎指標為6%。

1.2.5 細骨料

采用天然河砂，Ⅱ區中砂，顆粒級配良好，細度模數2.40，含泥量0.5%，堆積密度1470kg/m3，表觀密度2665kg/m3，含水率3.2%。

1.2.6 外加劑

SIKA 聚羧酸高性能減水劑，固體含量23.93%，pH 值5.88，比重1.085g/ml，減水率30%，推薦摻量1.0%。

1.3 混凝土泵送頂升澆注

1.3.1 頂升泵送混凝土澆注的施工要點

（1）對混凝土泵送工作壓力的要求

頂升過程中，混凝土在鋼管柱內呈泉涌狀上升，混凝土泵送工作壓力與泵性能、狀態、泵送高度、水平距離和混凝土的工作性能有關。施工前仔細的考察施工現場，計算出水平輸送距離、垂直輸送距離、彎頭的數量和類型。根據現場所得數據計算出泵壓的損失。

根據泵送混凝土壓力損失換算表，我們可以計算出壓力損失值，為我們選擇泵壓和混凝土工作性能提供了理論基礎。

（2）布管要求

在鋼管混凝土柱底部管壁上開一個比輸送管略大的孔洞，用輸送管將混凝土泵的出口與之連接，利用混凝土泵的壓力將C70 混凝土自下而上擠壓頂升灌入鋼管柱內，直至管內注滿混凝土。根據工程的需求，我們采用倒退泵送的方式。

（3）止流閥的安裝

表5 泵送混凝土壓力損失換算表

圖3 布管情況

為防止在拆管過程中出現混凝土回流，需在連接管上設置一個止流裝置，其形式可以為閘板式，或插橛式。為防止在泵送混凝土過程中出現漏氣、漏漿，需用黃油涂縫、或者加設一個密封墊圈在閘板縫內，混凝土在泵送頂升澆注結束后，控制泵壓2～3min，然后略松閘板的螺栓，打入止流閥，即可拆除混凝土輸送管，轉移到另一根鋼管柱澆注，實現無縫澆注。圖4為止流閥的安裝

待混凝土達到28 天強度時，可以切除連接短管，補焊洞口管壁、磨平和補漆。

（4）泄壓孔

采用泵送頂升澆注工藝，鋼管柱頂端必須設溢流泄壓孔或排氣孔。溢流泄壓孔的面積應不小于混凝土輸送管道的截面積的1/5，并將洞口適當接高，以填充混凝土停止泵送頂升后的回落空隙。

1.4 泵送混凝土的配合比

C70 混凝土的配比，不但要滿足強度的要求，還能滿足施工性能的要求[4]。實驗室試配結果見表6與表7。

表6 配合比確定 kg/m3

圖4 止流閥的安裝

表7 性能測試結果

2 工程應用及施工

工程施工概況：濱海新區于家堡商務起步區03-15 地塊，是天津地區首個采用泵送頂升法施工的超高層項目，澆注方量為500m3。

應用效果：采用上述配合比調整后，控制出機坍落度250～270mm，擴展度700±20mm，入泵坍落度不小于240mm，擴展度不小于670±20mm。

圖5 C70 頂升鋼管柱混凝土的施工現場

C70 混凝土28d 強度值為88.5MPa，其他指標均滿足標準要求和施工要求，該工程采用C70 鋼管混凝土，通過泵送頂升法施工，填補了天津C70 鋼管混凝土的施工空白，突出了CEMEX 天津公司在天津地區混凝土技術的領先地位。

3 結論

（1）通過對配合比的優化，配制出滿足施工要求的C70 鋼管混凝土，工程應用實踐證明，該C70 鋼管混凝土具有很好的施工性能，其28d 強度最低值為88.5MPa。

（3）通過泵送頂升法輸送C70 鋼管混凝土的技術是可控、可靠的。為濱海新區其它高層項目，提供了理論基礎和應用模板，特別是為CEMEX 公司鋼管混凝土系列的開發，積累了寶貴經驗。

[1] 王玉瑛，張乃成，王剛. 高強混凝土的配制[J]. 混凝土，2002，15（12）：60-62

[2] 津濱海新區管委會. 2012 天津新區發展情況報告.

[3] 王玉棠.C80 級高性能泵送混凝土的配制以及試驗研[J]. 混凝土，2000，128（6）：39-42

[4] 羅世明，楊小華. C80 高強高性能泵送混凝土研究與應用[J]. 混凝土，2009，236（6）：97-103