超高層建筑多筒結構混凝土泵送施工技術

中建八局第三建設有限公司上海公司 上海 200135

1 工程概況

1.1 建筑概況

背景工程位于上海市浦東新區陸家嘴環路，銀城中路以西花園石橋路以南的位置，毗鄰金茂大廈和上海環球金融中心，地處陸家嘴金融貿易區的核心地段，與新建的上海中心隔街相望。項目總建筑面積約113 382 m2，其中地上建筑面積為87 407 m2，地下建筑面積為25 975 m2；建筑總高度為200 m，地上31 層，地下4 層。建成后為一棟5A級寫字樓，地下2～4層為停車庫，地下1層為商業區。

1.2 結構概況

本工程結構形式為型鋼混凝土框架-核心筒結構，豎向結構由4 個核心筒和12 根勁性柱組成，水平結構由連接4 個核心筒間的勁性混凝土梁、斜向鋼支撐、鋼梁和壓型鋼板混凝土組合樓板組成。單個核心筒截面尺寸為8.2 m×8.2 m，4個核心筒之間采用4 根900 mm×2 500 mm勁性混凝土梁和鋼結構斜支撐連接，單層混凝土澆筑面積約為3 250 m2。首層及2層高度分別為8.6 m和13.65 m，標準層高為5.2 m和5.5 m。核心筒內為混凝土樓板，核心筒以外樓層板采用厚150 mm壓型鋼組合樓板，見圖1。

塔樓部分梁板混凝土強度等級為C40，柱、剪力墻標高－19.70～63.65 m（即1～11層）混凝土強度等級為C60，標高63.90～115.05 m（即12～20層）混凝土強度等級為C50，標高115.30 m以上（即21～32層）混凝土強度等級為C40。

2 施工部署[1-4]

（a）本工程由于建筑高度在200 m左右，混凝土最大澆筑高度為176.45 m，工期緊，場地狹小，施工作業面積有限。采用高壓泵管一次泵送施工技術，以滿足混凝土澆筑要求。

圖1 樓層平面布置

（b）在施工現場南、北場地擬各布置1 臺高壓泵車，且配備1 臺備用高壓泵車，以便發生故障時及時更換，避免因機械設備發生故障而影響連續澆筑混凝土。同時，配置4 臺布料機作為每個核心筒混凝土澆筑的輔助設備。泵車及泵管的布置情況，見圖2。

（c）混凝土澆筑總體劃分為核心筒和核心筒外2 部分。根據施工組織設計，先施工4 個核心筒豎向結構，再施工核心筒內水平結構和外框架結構，4 個核心筒豎向結構比核心筒外框架施工快4～6 層。因此混凝土施工先行澆筑4 個核心筒及4 根900 mm×2 500 mm勁性梁，再澆筑核心筒內水平結構和外框架結構。

圖2 現場平面及泵管布置

（d）首層高8.6 m混凝土一次性澆筑；2層高為13.65 m分2 次澆筑，第一次澆筑至16.1 m，第二次澆筑至22.05 m。

（e）核心筒內設置4 根箱型柱，柱分節情況如下：首層為一個柱節，2層為一個柱節，3層以上每2 層為一柱節。因鋼結構較土建施工快2～4 層，故箱型柱內腔和箱型柱以外混凝土分開澆筑，首層先澆筑箱型柱內部混凝土，箱型鋼柱外側混凝土與核心筒剪力墻混凝土同時澆筑。2層以上根據現場實際情況決定箱型柱內外混凝土澆筑順序。

3 泵送施工[5,6]

3.1 泵管選擇及布置情況

本工程總體泵送管道布置原則為盡量縮短管線長度，少用彎管和軟管。布置水平管或向下的垂直管時，宜使混凝土澆筑方向與泵送方向相反。布置向上垂直管時宜使混凝土澆筑方向與泵送方向相同。

由于輸送管徑越小則阻力越大，而管徑越大則抗爆能力越差，因此管徑選擇150 mm。在進行高壓泵送時，選用耐超高壓管道系統，采用壁厚5 mm以上的耐高壓泵管，保證泵管抗爆能力；配置超高壓密封圈，防止混凝土在高壓輸送時從管夾隙間擠出。

在泵車出料口處布置長約120 m和90 m的水平管各1 根，根據混凝土澆筑需要，每個核心筒大概共需90°彎管4 個，45°彎管2 個，隨著施工進度沿著4 個核心筒內垂直向上布置到澆筑層，總布置高度在200 m左右。同時在每層核心筒樓面處，預留高30 cm左右泵管接頭，方便在澆筑核心筒外框架結構時，拆除部分垂直管節，接出足夠長水平泵管澆筑核心筒外框架結構混凝土。

3.2 泵送能力驗算

本工程建筑高度在200 m，由于場地狹小，工期緊，任務重，故考慮采用一次泵送施工技術。因此，泵送能力選擇尤為關鍵。現擬選擇混凝土泵液壓在24～25 MPa，混凝土出口壓力在16 MPa左右的高壓輸送泵。同時，為保證設備配制的安全可靠性，防止中途泵送停止，特增加1 臺備用高壓輸送泵。

根據泵管的布置情況，現對擬選擇的高壓輸送泵的泵送能力進行驗算復核（選擇最長情況進行驗算）：

（a）配管的水平換算長度為200 m

（b）Pmax=3 226 000 Pa。

（c）換算總壓力損失：P=8.9 MPa。

綜上所述，高壓泵出口泵壓選擇在8.9 MPa以上的高壓泵均可滿足施工需要。混凝土泵管和泵送設備均為預拌混凝土廠家供應，項目部已經跟預拌混凝土廠家溝通，混凝土泵機和泵管滿足現場施工要求。

3.3 混凝土配合比選擇

配合比的設計原則是既滿足強度、耐久性要求，又要具有良好的可泵性，因此須考慮如下幾個方面：

（a）水泥用量：超高層泵送混凝土的水泥用量必須同時考慮強度與可泵性，水泥用量少強度達不到要求；過大則混凝土的黏性大、泵送阻力增大，因而則增加泵送難度，且降低吸入效率，可泵性不好。根據以往工程類似經驗，本工程水泥用量擬選擇為375 kg/m3。

（b）粗骨料：常規的泵送作業要求最大骨料粒徑與管徑之比不大于1∶3；在超高層泵送中因管道內壓力大易出現離析，此比例宜小于1∶5，尖銳扁平的石子要少，以免增加水泥用量。本工程粗骨料粒徑范圍為5～25 mm。

（c）坍落度：普通混凝土的泵送作業中混凝土的坍落度在160 mm左右，坍落度偏高易離析、偏低則流動性差。高強混凝土及超高層混凝土泵送為減小泵送阻力，坍落度宜控制在160～240 mm，同時為防止混凝土離析可摻入沸石粉以減少泌水。普通混凝土根據天氣溫度情況，20～30℃坍落度為140～180 mm，30℃以上氣溫坍落度控制在160～240 mm。高強混凝土坍落度為160～240 mm。

（d）粉煤灰及外加劑：粉煤灰和外加劑復合使用可顯著減少用水量，改善混凝土拌和物的和易性。但由于外加劑品種較多，對粉煤灰的適應性也各不相同，其最佳用量應通過試驗來確定。

（e）混凝土連續供給：針對混凝土性能好、凝結快的特性，為保證混凝土的均質性，攪拌車在向泵機喂料前反向高速轉動20～30 s，泵送過程應迅速連續進行并不停地攪拌，避免因混凝土在泵送過程中滯留過長而造成凝結堵管現象。

3.4 泵管固定要求

混凝土輸送管的固定，不得直接支撐在鋼筋、模板及預埋件上。水平管宜每隔一定距離用支架、臺墊等固定，以便于排除堵管、裝拆和清洗管道，并起到防止泵管破壞模板和鋼筋。垂直管用預埋件卡箍固定在核心筒剪力墻或樓板頂留孔處。在核心筒剪力墻上每節管不得少于1 個固定點，在每層樓板預留孔處均應固定。垂直管下端的彎管，不應作為上部管道的支撐點。宜設鋼支撐承受垂直管質量。當垂直管固定在腳手架時，根據需要可對腳手架進行加固。管道接頭卡箍不得漏漿。

4 重點部位混凝土澆筑方法

4.1 首2層剪力墻混凝土澆筑

4.1.1 澆筑流程

模板及鋼筋驗收→剪力墻模板及鋼筋充分澆水濕潤→澆筑50～80 mm同標號砂漿打底→澆筑3.5 m以下剪力墻混凝土→封堵澆筑口→澆筑 3.5 m以上混凝土

4.1.2 澆筑方法

首層高為8.6 m，剪力墻厚度為1 350 mm、650 mm，模板一次性支設到頂，對拉螺桿Φ16 mm，縱橫向間距均為450 mm，模板厚18 mm，次楞采用100 mm×100 mm木方，主楞為48 mm鋼管。因首層高度較大，混凝土從頂部澆筑，落差超過規范要求。澆筑混凝土時需增設竄筒，竄筒長3 m，為Φ120 mm薄壁鋼管。因剪力墻角部約束邊緣角柱鋼筋較密，且設置有鋼板，鋼板內側竄筒無法插入，在核心筒部角柱部位開設澆筑孔，澆筑孔高度距地3.5 m，澆筑孔長和高分別為500 mm和300 mm。混凝土澆筑至澆筑口高度時用模板及時封堵澆筑孔。澆筑孔位置及標高，見圖3和圖4。

圖3 竄筒和澆筑口位置平面示意

2層高為13.65 m，分2 次施工。因2夾層KL1梁頂標高為16.1 m，故第1次施工至16.1 m處，模板支設高度為7.7 m。第2次施工至22.05 m，模板支設高度為5.95 m。2層混凝土澆筑時同首層在核心筒剪力墻鋼板外側設竄筒，鋼板剪力墻內側無法設竄筒位置即約束邊緣角部鋼筋較密處開設澆筑口，澆筑口截面為500 mm×300 mm，澆筑口高度為3 m。

圖4 角柱部位澆筑口立面示意

4.2 核心筒間大梁混凝土澆筑方法

因現場場地限制和施工工藝要求，1#核心筒和3#核心筒作為一個施工段，2#核心筒和4#核心筒作為一個施工段。（1-2）/（B-C）和（3-4）/（B-C）軸線間KL1、L7混凝土一次性澆筑，（2-3）/（A-B）和（2-3）/（C-D）軸線間KL1、L6混凝土在跨中1/3處留設豎向施工縫，混凝土分2 次澆筑。1#和3#核心筒混凝土澆筑至梁底后，混凝土繼續向上澆筑，大梁混凝土由梁兩端向跨中緩慢推進澆筑。因KL1梁內鋼筋較密且設置有型鋼，混凝土澆筑前用鋼管將梁上部主筋分開，便于混凝土下料和振搗。

4.3 箱型柱混凝土澆筑方法

因鋼結構深化設計分節需要，首層8.6 m為一個柱節，2 層13.65 m為一柱節，標準層11 m為一柱節，混凝土均為一次性澆筑。箱型柱內無鋼筋，混凝土離析較小。為保證箱型柱內混凝土澆筑密實，在深化設計時已經考慮將澆筑孔直徑加大至150 mm，并在4 個角部增設4 個Φ25 mm透氣孔。澆筑箱型柱混凝土時，在柱頭位置安放定型漏斗，混凝土由漏斗側壁向下滑落，防止混凝土飛濺造成混凝土離析及周圍鋼筋污染。

4.4 十字勁性柱混凝土澆筑方法

塔樓外圍十字勁性柱1～3層分3 次進行澆筑，第1次澆筑至為8.4 m，第2次澆筑至16.1 m，第3次與塔樓外圍板混凝土同時澆筑至22.05 m，標準層十字勁性柱混凝土每層澆筑1次，與塔樓外圍結構板同時澆筑。因柱混凝土與梁板混凝土標號不同，在柱周圍50 cm處用鋼絲網隔開。1～2 層層高較高，混凝土澆筑時設混凝土竄筒，竄筒長度為3 m，Φ120 mm。1～2 層局部采用汽車泵進行澆筑，汽車泵覆蓋范圍以外采用塔吊配合澆筑。

5 質量保證措施

（a）混凝土應分層均勻振搗密實，至排出氣泡，防止漏振。澆筑中，應隨時檢查模板支撐情況，防止漏漿。

（b）泵送過程中嚴禁向罐車中的混凝土加水。

（c）混凝土底板在澆筑過程中，如果因特殊原因形成冷縫時，參照施工縫的要求，接縫采用與混凝土同級配的水泥砂漿進行接縫部位的處理。

（d）澆筑混凝土后，應根據水平控制線用抹子找平、壓實，以提高抗拉強度，減少收縮量。

（e）混凝土試件的取樣須在澆筑地點隨機抽取。試件拆模后，及時放入標養室養護，同條件養護混凝土試塊放置在相應結構構件附近，并做好相應的防護措施，防止丟失與破壞。

（f）混凝土到達現場，普通混凝土根據天氣溫度情況，20～30 °C坍落度為140～180 mm，30 °C以上氣溫坍落度控制在160～240 mm。高強混凝土坍落度為160～240 mm。試驗室當班人員按規定批量進行監測，如遇到天氣情況變化，則應及時調整砂石含水率等。

6 結語

高層、超高層建筑在結構施工階段需提前部署泵管位置，以避免泵管位置在衛生間或與其他專業沖突。高層、超高層泵管需選擇高壓泵管，壁厚結合泵送高度、泵送設備與混凝土廠家協商確認，防止施工過程中爆裂。泵管支架需根據層高，在結構剪力墻鋼筋綁扎階段進行預埋（200 mm×200 mm，厚3 mm，Φ16 mm鋼筋），日后再用距埋件表面200mm長型鋼固定泵管。 高空間布置泵管時，需考慮泵管堵塞拆管檢修操作平臺。

在高層或超高層建筑施工中，清洗泵管也是難點及重點，故建議在輸送泵口設置截止閥，控制泵管清洗工作，確保下次正常使用。