裝配式全回轉混凝土澆筑裝置的設計與應用

譚英輝 閆雁軍 鄧勇平

上海建工七建集團有限公司 上海 200050

1 概述

混凝土的澆筑方式主要有汽車泵、固定泵及無動力（串筒、溜槽等）澆筑。汽車泵布置靈活，澆筑覆蓋范圍較大，應用較多；固定泵具有極大的揚程，目前已實現300 m以上超高層的一泵到頂，汽車泵無法澆筑的區域也可達到，但因泵管位置限制，其位置調整靈活度差，且澆筑中移動泵管的澆筑方式繁瑣，雖可加布料機解決部分問題，但布料機的布設也有較多要求。無動力（串筒、溜槽等）澆筑因較快的澆筑速度、節省費用、噪聲小等優點，逐漸被廣泛應用。本文提出裝配式全回轉澆筑裝置，將混凝土從攪拌車中放料后通過本裝置直接輸送（自流）到深基坑指定澆筑部位，裝置可循環利用，澆筑過程綠色環保[1-5]。

2 裝配式全回轉澆筑裝置的設計、安裝與維護

2.1 裝配式全回轉澆筑裝置的設計

裝置系統主要由收集、轉動、傳送這3部分組成。

2.1.1 收集部分

收集部分包含料斗與支架（圖1），料斗壁采用厚4 mm的鋼板、周邊采用50 mm×4 mm角鋼護邊，通過支架固定于棧橋或者支撐梁上。為防止大石塊或攪拌車中的舊料進入料斗中堵塞料斗，可在現場用φ14 mm鋼筋單層雙向焊接成鋼筋網，掛在料斗上口（與料斗大小相適應），亦可定加工型鋼網片。

圖1 收集部分

2.1.2 轉動部分

轉動部分承接料斗與下面的傳送部分，包括內外2層鋼管（圖2）。料斗下方通過法蘭連接一段φ314 mm短鋼管作為轉動部分的內鋼管，其外層鋼管焊接2個耳板并通過鋼絲繩與其下的傳送部分鋼管連接。

圖2 轉動裝置立面

外鋼管（圖3）管壁厚4 mm，于上下兩端內壁焊接2圈厚1 cm的鋼環，外壁上焊接1個三角架和2塊耳板，通過2根鋼絲繩（帶法蘭螺栓）實現與傳送部分的拉結，增強傳送部分的穩定性（圖4）。

圖3 外鋼管立面、剖面

圖4 轉動裝置側面

內鋼管（圖5）管壁厚4 mm，于上下兩端外壁焊接2圈厚1 cm的鋼環。

圖5 內鋼管立面、剖面

外鋼管套內鋼管后，再焊接外鋼管所附鋼環，形成2組一大一小的圓環，內外鋼管相互卡位，內外鋼管鋼環之間設置偶數顆鋼珠（圖6），這樣可實現360°的靈活旋轉（圖7），棧橋南邊轉動180°，北側亦可轉動180°。

圖6 內外鋼環滾珠平面

圖7 轉動裝置旋轉角度示意

2.1.3 傳送部分

傳送部分（圖8）由偶數根標準鋼管通過法蘭連接，鋼管直徑250、270 mm，壁厚為4 mm，長度為2000、3000 mm。混凝土在其中自流淌布料至指定混凝土澆筑區域。

轉動部分通過鋼絲繩拉接傳送裝置的首節鋼管（圖9），箱型開口處收集從轉動部分內鋼管自流淌的混凝土。

施工中，可將末節鋼管端部做成彎管，或者再連接橡膠管，以便澆筑。也可加設一個溜槽，實現末端360°旋轉布料和延伸布料距離。

圖8 傳送裝置-鋼管

圖9 傳送裝置-首節鋼管

2.1.4 裝配式全回轉澆筑裝置多套組合

在一套裝配式全回轉澆筑裝置的整體布置中（圖10），從上至下分別布置收集部分、轉動部分、傳送部分。

圖10 單套裝置立面

現場可實現裝配式全回轉澆筑裝置多套組合（圖11），因為消能角度要求和基坑施工深度考慮，單套裝置伸展深度有限，為滿足現場施工可操作性，可設置2套裝配式全回轉澆筑裝置，上部裝置鋼管出口對接好下部裝置的收集料斗，混凝土澆筑時可順鋼管自流淌至指定澆筑區域。

因2套裝配式全回轉澆筑裝置的轉動部分均可360°旋轉，現場施工時可視澆筑空間，調整上部裝置旋轉180°，下部設置多套裝置與之對接（圖12），可實現最大的混凝土澆筑作業面。

2.2 裝配式全回轉澆筑裝置的安裝流程

加工廠制作運輸至施工現場，組裝轉換裝置→現場測量放線，定料斗位置及延伸路徑→支撐梁上搭設懸挑鋼管腳手架操作平臺→指定位置安裝收集、轉換裝置，料斗支架與支撐棧橋螺栓連接→起吊安裝多截鋼管，安裝鋼絲繩→檢查驗收合格后準備施工

圖11 裝配式全回轉澆筑裝置多套組合

圖12 組合最大作業范圍立面

2.3 施工要求

裝配式全回轉澆筑裝置對鋼絲繩拉接、螺栓連接、鋼結構加工焊縫有較高要求。

2.3.1 鋼絲繩拉接

采用磷化涂層鋼絲繩φ20 mm。鋼絲繩使用前必須檢查繩索是否損壞，不得有急劇的曲折、環圈、跳絲或砸扁等缺陷。

其末端結成繩索時，最少用3個卡子，若用編結法，則其編結部分長度不少于鋼絲繩直徑的15倍，且最短不少于30 cm。

現場嚴禁用打結的方法進行鋼絲繩連接，并于鋼絲繩兩端各設置一段同材質的保護繩，保護繩與鋼絲繩通過卡箍連接。

鋼絲繩表面不應存在GB/T 8706—2017《鋼絲繩 術語、標記和分類》中規定的制造缺陷，須滿足GB/T 20118—2006《一般用途鋼絲繩》規范要求，方可進行施工使用。

使用過程中如發現出油現象（新繩除外）即表明鋼絲繩變形很大，應立即停止工作，進行檢查處理。

2.3.2 螺栓連接

施工使用的螺栓應外觀良好，有足夠的機械強度。在連接前，應對構件及螺栓進行全面檢查，螺母螺栓應完好無裂紋，螺母應能輕松擰緊，不得使用外觀檢查不合格的產品。螺栓應與連接面垂直，與構件間不應有間隙。

施工過程中，應嚴密監視螺栓連接是否松動、移位、變形，做到及時檢查處理。

2.3.3 焊縫檢測

焊縫質量是影響裝配式全回轉澆筑裝置整體質量的重要因素。工廠制作過程中應按照相關規范或設計要求對不同等級的焊縫進行檢測。

現場施焊焊縫應進行100%無損檢測。凡是檢測不合格的焊縫必須敲掉重新焊接后再次進行檢測，檢測合格方可驗收使用。

2.4 裝配式全回轉澆筑裝置的維護要求

在裝配式全回轉澆筑裝置的后續使用過程中要安排專人對其進行巡檢。

重點查看螺栓、焊縫、鋼絲繩拉接以及可能出現的筒管堵塞問題，如發現螺栓松動應立即停止使用并馬上聯系安裝單位對螺栓施擰緊固；如焊縫出現問題應立即停止使用并對其進行無損檢測，采取補救措施，驗收合格后方可繼續使用；如鋼絲繩發生超過限值的變形或者斷開脫落，應立即停止使用，進行檢測加固，完成并驗收合格后方可繼續使用。如發現施工過程中筒管堵塞，混凝土自流淌受阻，應立即檢查疏通，使澆筑繼續進行。

另外，應為裝配式全回轉澆筑裝置搭建專門的檢修平臺以方便巡檢與維護作業。

3 預制裝配式全回轉澆筑裝置的應用

3.1 工程概況

上海董家渡金融城工程項目J地塊，基坑東西向最長處為156 m，南北向最長為105 m，基坑面積13 977 m2。底板平面標高－17.7 m，塔樓區域底板底面標高－19.7 m，非塔樓區域底板底面標高－18.7。底板墊層為厚200 mm的C20混凝土。

塔樓區域挖土深度為－19.9 m，非塔樓區域挖土深度為－18.9 m。底板中深基坑面標高為－23.0～－19.3 m。承臺厚度1.3～3.1 m不等。J區底板T2塔樓區域澆筑大底板混凝土共9 500 m3左右。

3.2 底板澆筑策劃方案對比

3.2.1 策劃方案一

不使用裝配式全回轉澆筑裝置。共布置5臺汽車泵于棧橋板上，13#門進出供料給西側3臺汽車泵，東西棧橋能布置2臺汽車泵全支腿施工，14#門進出供料給東部3臺汽車泵，混凝土攪拌車于基坑北側王家碼頭路上蓄車（圖13）。

圖13 策劃方案一平面布置

因為受棧橋寬度限制，東西向棧橋交通受阻，場地內交通路線無法做到環通。另外，13#門與14#門進出車輛可能會引起現場會車混亂，雖然可以考慮從基坑東側緊鄰的A區、東南側相鄰F區運輸車輛，但13#門對應的3臺泵車交通仍存在阻礙，整體施工速度較緩。

3.2.2 策劃方案二

用3臺汽車泵＋6部裝配式全回轉澆筑裝置（3套澆筑組合體）＋2臺備用泵，施工過程中，待A、B裝配式全回轉澆筑裝置施工完畢后，再啟動4#汽車泵澆筑棧橋北側底板。1#泵車供料可利用基坑外西側12#門進出，交通壓力較小；13#門進混凝土攪拌車供料給2#泵車、A/B裝配式全回轉澆筑裝置，攪拌車可從東側A區離開現場；14#門供料給3#泵車、C裝配式全回轉澆筑裝置，攪拌車從南側道路到F區大門離開現場（圖14）。

圖14 策劃方案二平面布置

東西棧橋上布置2套裝配式全回轉澆筑裝置組合，仍有足夠的道路寬度保證東西向交通車輛運輸無阻，場地交通環通，使得整個澆筑施工流程有條不紊、高效進行（圖15）。

圖15 裝配式全回轉澆筑裝置應用現場

3.2.3 方案對比

考慮到交通組織以及施工效率，實際施工采用方案二。最終通過裝配式全回轉澆筑裝置自流淌澆筑至指定底板區域的就有近4 500 m3，節省了泵送費逾10萬元。裝配式全回轉澆筑裝置的峰值澆筑速度高達550 m3/h，平均澆筑速度352 m3/h，遠超汽車泵澆筑速度，采用方案二歷時27 h完成全部底板澆筑作業。同時，將本項目策劃方案一（全汽車泵澆筑方式）與實際應用方案（汽車泵＋裝配式全回轉澆筑裝置）進行了對比（表1、表2）。

表1 經濟性對比

表2 澆筑效率對比

對比結果顯示，相比較汽車泵澆筑，裝配式全回轉澆筑裝置在經濟性和澆筑效率方面具有極大的優勢。

4 結語

本文簡要地說明了裝配式全回轉澆筑裝置的設計、安裝與維護，對使用過程中的控制點進行了闡述，并通過實際工程分析比較了2個策劃方案的優缺點，最后結合設計與現場施工案例成果，發現如下裝配式全回轉澆筑裝置的優勢[6-9]：

1）綠色無污染，系統本身不耗費任何能量，無任何污染物產生。

2）定型化工具，安裝簡單、機動性強、澆搗速度快。

3）不受限于施工場地，利于澆筑現場組織交通，特別適合中心城區場地狹窄的混凝土澆筑組織。

4）在旋轉半徑內實現串筒的旋轉布料，克服固定泵泵送靈活性差的缺陷。

5）可組合成多級系統，消能效果好，可實現較深基坑的混凝土澆筑。

6）系統本身可循環利用，節約成本，且節省泵送費等，經濟效益好。