超高層建筑混凝土泵送技術(shù)分析

趙 斌 源

(山西光信地產(chǎn)有限公司，山西 太原 030001)

1 項(xiàng)目概況

某超高層建筑，地下4層，地上88層，建筑高度438 m，總建筑面積359 270.94 m2。該建筑主體結(jié)構(gòu)為核心筒+巨型柱+伸臂桁架的體系，巨型柱及64層以下部分的核心筒墻體均采用鋼—混凝土組合結(jié)構(gòu)，64層以上的核心筒均為普通鋼筋混凝土剪力墻。

該建筑混凝土方量超過(guò)了8萬(wàn)m3，混凝土泵送到頂?shù)母叨冗_(dá)到410.7 m。該建筑混凝土強(qiáng)度等級(jí)共分為四種：1層～頂層(-0.05 m～410.7 m)梁、板部分采用C40強(qiáng)度等級(jí)混凝土；核心筒剪力墻、連梁部分采用C60自密實(shí)混凝土；底板～21層鋼管混凝土采用C70自密實(shí)混凝土；22層～63層鋼管混凝土采用C60自密實(shí)混凝土；64層～頂層鋼管混凝土采用C50自密實(shí)混凝土。

2 混凝土泵送關(guān)鍵問(wèn)題

1)高強(qiáng)混凝土施工性能控制。

該建筑混凝土泵送高度達(dá)到400 m，且混凝土強(qiáng)度等級(jí)較高，因而需要在諸多混凝土控制參數(shù)中尋找合理的參數(shù)指標(biāo)去控制混凝土的可泵性，這也是施工面臨的難點(diǎn)問(wèn)題[1]；此外，高強(qiáng)高性能混凝土需要處理好高強(qiáng)度與高流動(dòng)性、保塑性差等問(wèn)題，處理好這些問(wèn)題是相關(guān)參數(shù)指標(biāo)控制的難點(diǎn)[2]。

2)選擇泵送設(shè)備、優(yōu)化泵管布置。

超高層建筑混凝土泵送過(guò)程中，混凝土沿程壓力損失較大，因而需要泵送設(shè)備提供充足的泵送壓力，混凝土較大的自重對(duì)于泵送機(jī)具換向系統(tǒng)和頻率都有著較高的要求，需要保證泵送管道在較高壓力狀態(tài)下的密封性，這也成為該工程中泵送機(jī)具選型的關(guān)鍵[3]；此外，按照綠色施工的要求，需要在進(jìn)行設(shè)備選型和泵管布置中注意降低能耗。

3)凸點(diǎn)頂模狀態(tài)下泵管及布料問(wèn)題。

該建筑核心筒施工中采用凸點(diǎn)頂模進(jìn)行施工，凸點(diǎn)頂模和傳統(tǒng)的頂模高度及結(jié)構(gòu)形式都不一樣，需要處理好泵管和凸點(diǎn)頂模之間的連接問(wèn)題、凸點(diǎn)頂模上有效布料的問(wèn)題。

3 超高混凝土泵送關(guān)鍵技術(shù)

3.1 混凝土配合比的確定及可泵性測(cè)試

相關(guān)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，混凝土可泵性主要體現(xiàn)為流動(dòng)性及內(nèi)聚性，混凝土的流動(dòng)性反映出混凝土的泵送性能，混凝土的內(nèi)聚性則反映出混凝土的抗離析性能，即混凝土在一定壓力及振動(dòng)情況下不會(huì)出現(xiàn)離析。通常采用坍落度去判斷混凝土的流動(dòng)性；混凝土的內(nèi)聚性則通過(guò)增加勻質(zhì)性及20 MPa的壓力泌水進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1)確定適宜的泵送區(qū)間。

按照該項(xiàng)目工程的高度及相關(guān)同類工程施工經(jīng)驗(yàn)，將該建筑的泵送區(qū)間劃分如下：低于200 m為低區(qū)，中高區(qū)為200 m～300 m，超過(guò)300 m為高區(qū)。在該工程需要嚴(yán)格關(guān)注高區(qū)混凝土的配合比，包括C40,C50,C60自密實(shí)混凝土配合比。

2)高區(qū)混凝土泵送參數(shù)。

結(jié)合項(xiàng)目類似工程案例經(jīng)驗(yàn)，確定出該項(xiàng)目高區(qū)混凝土泵送控制參數(shù)，如表1所示。

表1 高區(qū)泵送混凝土控制參數(shù)

3)高區(qū)C40混凝土配合比。

高區(qū)C40混凝土泵送過(guò)程中容易出現(xiàn)漿體稠度不足，導(dǎo)致泵管內(nèi)混凝土出現(xiàn)分層離析。因而，在配置C40混凝土?xí)r需要控制好漿體的稠度，通過(guò)雙摻粉煤灰及礦粉，將粗骨料的粒徑控制到5 mm～16 mm，同時(shí)參照具體的泵送高度相應(yīng)增加粉料摻量，以增加漿體體量。此外，需要根據(jù)高度去摻加增稠劑調(diào)整漿體的黏度，通過(guò)泌水指標(biāo)進(jìn)行控制。

經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，得出C40自密實(shí)混凝土配合比如表2所示。實(shí)測(cè)出混凝土2 h性能如下：坍落度260 mm，擴(kuò)展度650 mm，泌水重量5 g，勻質(zhì)性0.9，滿足相關(guān)泵送指標(biāo)。

表2 高區(qū)C40混凝土配合比 kg/m3

4)高區(qū)C50混凝土配合比。

高區(qū)C50混凝土采用粉煤灰、礦粉、硅灰的三摻配合比，確保混凝土強(qiáng)度及耐久性能，通過(guò)摻入適量的微珠來(lái)減少漿體的粘性，同時(shí)摻加適量的增稠劑來(lái)提高漿體的稠度，如此混凝土可以順利完成超高泵送，同時(shí)在泵送壓力下混凝土不會(huì)出現(xiàn)離析。

經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，得出C50自密實(shí)混凝土配合比如表3所示。實(shí)測(cè)出混凝土2 h性能如下：坍落度260 mm，擴(kuò)展度600 mm，泌水重量3 g，勻質(zhì)性1.0，滿足相關(guān)泵送指標(biāo)。

5)高區(qū)C60混凝土配合比。

高區(qū)C60混凝土需要減少漿體的粘性，提高混凝土的勻質(zhì)性，配合比摻加了適量的外加劑進(jìn)行調(diào)整，有效解決了上述問(wèn)題。

表3 高區(qū)C50混凝土配合比 kg/m3

經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，得出C60自密實(shí)混凝土配合比如表4所示。實(shí)測(cè)出混凝土2 h性能如下：坍落度270 mm，擴(kuò)展度680 mm，泌水重量0 g，勻質(zhì)性1.0，滿足相關(guān)泵送指標(biāo)。

表4 高區(qū)C60混凝土配合比 kg/m3

6)混凝土泵送性能試驗(yàn)方法。

根據(jù)混凝土流變模型，得出混凝土流變的相關(guān)指標(biāo)，包括：屈服應(yīng)力、粘度。采用混凝土粘度測(cè)試儀測(cè)試混凝土的流動(dòng)性和粘聚性。混凝土泵送性采用千米級(jí)盤(pán)管模擬試驗(yàn)進(jìn)行測(cè)試。

3.2 泵送設(shè)備及泵送管道布置

1)確定泵送設(shè)備。

a.混凝土泵。

混凝土泵的選用按照泵送出口壓力進(jìn)行選取，經(jīng)計(jì)算該項(xiàng)目混凝土沿程壓力損失約19 MPa，經(jīng)過(guò)比選，使用HBT90.48.572S混凝土泵，共準(zhǔn)備3臺(tái)，其中1臺(tái)備用。

上述混凝土泵采用了遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，可以對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的運(yùn)行情況實(shí)時(shí)監(jiān)控，方便技術(shù)人員了解混凝土泵的運(yùn)行狀況，有利于做好相關(guān)預(yù)防準(zhǔn)備工作。該混凝土泵采用了硬質(zhì)合金眼鏡板及切割環(huán)超強(qiáng)耐磨，設(shè)備的使用壽命得到大幅提高。此外，該設(shè)備為節(jié)能環(huán)保設(shè)備，其具有快換活塞及自動(dòng)高低壓的技術(shù)，較大程度節(jié)省人工工時(shí)。

b.布料機(jī)。

該項(xiàng)目中核心筒中有兩臺(tái)內(nèi)爬塔式起重機(jī)，起重機(jī)頂部凸出凸點(diǎn)頂模平臺(tái)之上，因而極易在起重機(jī)后面出現(xiàn)澆筑的盲區(qū)。基于上述問(wèn)題，施工中采用了末端橫折臂功能的布料機(jī)，通過(guò)在末端折臂解決混凝土布料困難的問(wèn)題。

2)泵送管道布置。

在泵送管道布置過(guò)程中，需要結(jié)合經(jīng)濟(jì)性及泵送量，該項(xiàng)目中共布置了兩道混凝土泵送管道，兩條管道均設(shè)置在核心筒內(nèi)部，直接到模架。結(jié)合項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)狀況，兩條泵送管道水平管換算長(zhǎng)度約120 m，在泵管出口前端和F2層樓板位置安裝截止閥門(mén)。

泵送管道優(yōu)化：根據(jù)一般工程經(jīng)驗(yàn)，在超高層泵送中需要設(shè)置S形彎管來(lái)降低泵送方向轉(zhuǎn)換過(guò)程及停泵過(guò)程中混凝土對(duì)彎頭產(chǎn)生的沖擊力。經(jīng)過(guò)計(jì)算，根據(jù)泵送過(guò)程中水平部分混凝土出現(xiàn)的壓力損失和豎向部分混凝土自重壓力大致相等的原則，豎向泵管在64層隨著結(jié)構(gòu)進(jìn)行移位，布置傾斜段來(lái)替代S形彎道，這樣較大程度減少了操作難度，獲得較好的實(shí)際效果。

3)凸點(diǎn)頂模泵送施工。

該項(xiàng)目中核心筒部分使用了凸點(diǎn)頂模施工技術(shù)，凸點(diǎn)頂模承載力較大，其豎向高度有三層多的高度，內(nèi)部掛架的承載力也有較高的要求。對(duì)于該泵送系統(tǒng)，存在下述幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)：a.泵管附著及加節(jié)；b.固定布料機(jī)；c.布料系統(tǒng)控制。

泵管附著及加節(jié)。泵送管道安裝固定在內(nèi)框架立柱上，通過(guò)提前計(jì)算得出泵送管道的荷載。泵管加節(jié)中需要在頂模2層安裝彎折點(diǎn)，以確保模架3層到頂層的退模需要的作業(yè)空間；彎折之后的泵送管道距離主立柱位置較近，這樣確保泵送管道在模架平面附著；彎折點(diǎn)在2層以上位置，這樣確保泵送管道的安裝、拆除均在模架中進(jìn)行，每次只需要拆除彎管的下泵管道，確保彎折點(diǎn)一直固定，同時(shí)可以通過(guò)設(shè)置墊片來(lái)調(diào)整頂模頂升的高度和泵送管道長(zhǎng)度的差值。

固定布料機(jī)。經(jīng)過(guò)相關(guān)驗(yàn)算，該頂模平臺(tái)承載力滿足布料機(jī)承載要求，因而施工中將布料機(jī)直接安裝在頂模的平臺(tái)主梁，并進(jìn)行相關(guān)固定。布料機(jī)和平臺(tái)一體頂升，更為簡(jiǎn)便。

布料系統(tǒng)控制。凸點(diǎn)頂模高度較高，同時(shí)按照施工規(guī)劃，混凝土的施工在頂模豎向的中間位置，距離平臺(tái)頂部超過(guò)10 m。固定澆筑管道：在該項(xiàng)目中，各個(gè)獨(dú)立的墻肢兩端于頂模上固定澆筑管道，管道伸到澆筑位置上部1 m距離，在施工過(guò)程中，只需要按照層高的變化調(diào)整移動(dòng)式串筒，布料機(jī)在平臺(tái)頂部下料，混凝土澆筑施工效率得到大幅增強(qiáng)。

4 結(jié)語(yǔ)

以某超高層建筑為例，混凝土泵送高度超過(guò)400 m，在施工過(guò)程中，需要提前確定混凝土各項(xiàng)指標(biāo)，對(duì)混凝土的可泵性進(jìn)行評(píng)價(jià)，增加對(duì)混凝土勻質(zhì)性及壓力泌水參數(shù)的測(cè)試，同時(shí)嚴(yán)格控制混凝土配合比，采用三摻及外加劑技術(shù)，優(yōu)化混凝土配合比。

在泵送機(jī)具方面，從泵送能力、設(shè)備的先進(jìn)性等角度進(jìn)行選擇；泵送設(shè)備布置中，考慮在豎向泵管中不設(shè)置S彎道，降低泵送方向轉(zhuǎn)換過(guò)程及停泵過(guò)程中混凝土對(duì)彎頭產(chǎn)生的沖擊力；凸點(diǎn)頂模施工中，從泵管附著、布料機(jī)固定及系統(tǒng)控制等方面詳細(xì)闡述。

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