超高層混凝土泵送技術分析

摘 要：在超高層建筑的混凝土施工過程中，隨著泵送高度的增加，混凝土的泵送難度也不斷加大。對于垂直高度大于300m的超高層建筑，一般采用高強度混凝土，其粘度大，混凝土泵的出口壓力較高，泵送難度高，給混凝土泵送施工帶來很多技術難題。這種高強度混凝土的超高壓泵送，因混凝土壓力過高，容易產生泄漏、混凝土離析、堵管、爆管等諸多問題，這也是混凝土施工的重大難題。要解決此難題，必須解決設備的高可靠性和超強的泵送能力，超高壓管道的密封性，超高壓管道的布置及管道內剩余混凝土的水洗方法等方面的技術問題。

關鍵詞：高層建筑；混凝土；技術分析；泵送技術；

文章編號：1674-3520（2015）-04-00-01

一、超高層混凝土泵送技術

（一）設備的泵送能力。對于混凝土泵來說，體現其泵送能力的兩個關健參數為出口壓力與整機功率，出口壓力是泵送高度的保證，而整機功率是輸送量的保證。設備最大泵送能力應有一定的儲備，以保證輸送順利、避免堵管。我們選用的是三一重工HBT90CH超高壓泵，其出口壓力高達35MPa，整機功率為（273×2）kW，在超高樓泵送施工過程中出口壓力和整機功率方面能夠達到雙重保證，理論泵送高度超過400m。

（二）雙動力結構 。HBT90CH超高壓泵采用兩臺柴油機分別驅動兩套泵組。應用雙泵合流技術，平時兩套泵組同時工作，當一組出故障時可切斷該組，另一組仍維持50%的排量繼續工作，避免施工過程的中斷造成損失。

（三）超高壓管道的連接。在通常經驗中，超高層建筑工程的泵送方案中會選擇有合理的防爆系數和使用壽命的混凝土輸送管，以保證整個工程由開始直至結束都不用拆換。1、初段，水平管和約200米以下的垂直管，即壓力最大的前段管道，采用壁厚為9mm的耐磨合金鋼128mm口徑超高壓輸送管、特制法蘭連接、O型圈密封，這種密封圈配合法蘭式連接輸送管，可以有效的防止漏漿導致堵管；2、末段，基于200米以上樓層的剩余混凝土方量及輸送壓力已大大降低，從安裝作業量、磨損要求及爆管機率考慮，采用壁厚為5mm的普通125mm口徑高壓輸送管。3、初段與末段之間用變徑管連接，即一頭為法蘭連接方式，另一頭為卡扣連接方式。

（四）泵送管道的固定。為了解決因泵送振動而引起的管道松動問題，無論是地面水平管還是墻壁垂直管，均需使用特殊固定裝置U碼座固定。管道固定方式：在混凝土地面或墻面上預埋約240mm×240mm×10mm的鋼板（插焊鉚筋4根直徑16的螺紋鋼筋，長約200mm。），通過固定U碼座配焊到預埋鋼板上將輸送管固定。1、水平管與垂直管相連接的彎管由三到四個支撐座固定，也可埋入混凝土墩固定。此處因其水平向和垂直向交界處，受振動最大且最薄弱位置，固應加強此處的穩定性和牢固性；2、每根3米管道和其余90度彎頭均由兩個支撐座固定；

（五）耐超高壓的管道系統。三一重工采用合金鋼特制耐磨超高壓管道，經特殊淬火處理，壽命比普通Q345鋼管提高3倍以上，保障了管道的抗爆能力和耐磨損壽命，管道壽命保證超高壓泵送30000方混凝土以上。

（六）設備配置的可靠性。設備的配置應以可靠性為首要原則，超高層混凝土輸送合理的布置管道至關重要，一旦因設備故障而中止泵送1小時以上，混凝土在輸送管內會出現粘稠度增大、塌落度減小、和易性變差等狀況，這將導致整個管道系統內壓力大大增高，極易產生堵管甚至爆管的情況，且因混凝土報廢而嚴重影響施工質量。HBT 90CH超高壓泵采用兩臺發動機，既可同時工作以提高工作效率，也可單獨作業，大大提高了施工過程的可靠性。

二、超高層混凝土泵送施工工藝

（一）合理布管。1、拖泵擺放位置及輸送管垂直爬升位置根據建筑體結構確定。根據超高層泵送施工經驗并結合自身情況，為了減少管道內混凝土反壓，在拖泵的出口須布置不低于60m長的水平管及若干彎管。2、混凝土泵送施工中，有時需要對泵機進行保養或維修，則須在混凝土泵出口端附近管路接入一個液壓閘閥裝置，用于阻止垂直泵管內混凝土回流。水平輸送管段配置一套液壓閘閥，布置在泵出口10米左右即可。3、在根據建筑結構，在垂直爬升管到約150米至200米高處設置一處緩沖彎，降低垂直管道混凝土對設備產生的反壓，有利于泵送作業。如果條件許可，緩沖彎處可布置10m左右的水平管。4、輸送管直徑越小，輸送阻力越大，但過大的輸送管抗爆能力差，而且混凝土在管道內停留的時間長，影響混凝土的性能，因此最好選用直徑為125mm或128mm的輸送管。

（二）合理適用的混凝土配合比。配合比設計的原則是既滿足強度、耐久性要求，又要經濟合理、具有良好的可泵性，因此除通常須考慮的因素外必須處理好如下幾個方面。1、水泥用量。適用于超高層泵送混凝土，其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，過大則混凝土的粘性大、泵送阻力增大，則增加泵送難度，而且降低吸入效率。2、粗骨料。在泵送混凝土中，粗骨料粒徑越大，越容易堵管，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，大骨料粒徑與管徑之比宜小于1︰5，而且其中的尖銳扁平的石子要少，以免增加水泥用量。3、坍落度。普通的泵送作業中混凝土的坍落度在160mm左右最利于泵送，坍落度偏高易離析、低則流動性差。在超高層泵送中為減小泵送阻力，坍落度宜控制在180～200mm之間。4、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，其最佳用量應從活性、顆粒組成、減水效果、水化熱、泵送性能等多方面加以平衡選擇。

（三）超高壓水洗技術。傳統的水洗方法是在混凝土管道內放置一個海綿球，用清水作介質進行泵送，通過海綿球將管道內的混凝土頂出。由于海綿球不能阻止水的滲透，水壓越高，滲透量就越大。大量的水透過海綿球后進入混凝土中，會將混凝土中的砂漿沖走，剩下的粗骨料失去流動性引起堵管，使水洗失敗。所以傳統的水洗方法水洗高度一般不超200m。

在多年的泵送施工實踐中，我們研究出了一套針對200m以上垂直高度管道的超高壓水洗方法（如右圖）：管道中不加海綿球，而是加入1～2m3的砂漿進行泵送，然后再加入水進行泵送。由于在混凝土與水之間有一段較長的砂漿過渡段，不會出現混凝土中砂漿與粗骨料分離的狀況，保證了水洗的順利進行。而且水洗可將殘留在輸送管內的混凝土全部輸送至澆筑點，幾乎沒有混凝土浪費。

三、總結

超高層混凝土泵送技術已成為超高層建筑施工技術不可缺少的一個方面，不斷研究高標號混凝土的超高層泵送技術，對于提高超高層建筑施工質量及施工效率具有相當的實用價值和經濟意義。