超高層高強混凝土泵送的綜合施工技術

段鵬舉

西安市建總工程集團有限公司 陜西 西安 710065

近年來，國內超高層建筑日漸增多，超高泵送作為一項專業課題一次次被搬上建筑行業舞臺。對于超高層高強度、大黏度的混凝土，因其與泵管的摩擦力大，大大增大了混凝土泵輸送的壓力。為減少混凝土與泵管的阻力，需從混凝土配合比的坍落度、水灰比、擴展度及擴展時間、早期混凝土強度等方面進行研究優化及應用[1-5]。

1 工程概況

南充綠地中心超高層2#樓項目位于南充市北部新城活力區，緊鄰高鐵站，為南充的地標性建筑，集甲級辦公、星級酒店、高級公寓等業態為一體。工程采用核心筒＋外框柱結構體系，建筑總高度為238 m。塔樓核心筒及外圍鋼骨柱混凝土強度等級包括C30、C50、C55等，梁板混凝土強度等級均為C30。

超高層高強度混凝土泵送綜合應用技術主要為：超高層混凝土輸送泵與布料機選擇技術；超高層混凝土輸送管選擇技術；超高層混凝土配合比選擇及可泵性確定技術；超高層混凝土水洗施工技術。通過此綜合應用技術可使施工進度加快，勞動強度減輕，提高工效和質量，節約工期，具有很好的推廣和應用價值。

2 主要施工技術

2.1 超高層混凝土輸送泵選擇

要保證超高層高強混凝土順利泵送，必須使輸送泵達到相應泵送壓力。通過理論計算與實際數據2個方面對出口壓力與功率進行分析與計算，對結果進行分析后確定使用相應的輸送泵型號。

本工程結構施工期間布置川建C7050塔吊1臺，工程采用“不等高同步流水施工”，布置1臺塔吊基本能滿足現場施工要求?；炷敛剂蠙C采用2臺18 m手動式布料機，由南向北依次澆筑墻、柱、梁板。

2.1.1 混凝土泵送理論壓力的計算

混凝土泵送時的壓力P主要為三部分。第一部分P1是混凝土在泵管內流動時受到的沿程壓力損失，包括混凝土黏性產生的阻力和混凝土流動于泵管中所產生的摩擦阻力。第二部分P2是超高泵送時泵管中設置彎管、軟管等所產生的阻力損失。第三部分P3是混凝土垂直泵送時因重力所產生的壓力。

本工程泵送最高高度222.9 m，水平管長40 m。混凝土強度為C30—C55，混凝土泵管選用150 mm直徑，壁厚為9 mm。高壓輸送混凝土量理論為68 m3，即最高流速為1.37 m/s。根據現場情況布置8個90°彎管，1個軟管。按照公式及各項參數，求得最終混凝土泵送時的壓力P為15.676 MPa。

2.1.2 混凝土泵最大出口壓力的確定

理論計算時以普通混凝土作為計算依據，而在超高層項目中，普遍使用強度在C30及以上的高強高性能混凝土，其泵送阻力遠大于普通混凝土。同時，超高層混凝土泵送壓力往往需要30%的儲備。考慮高強混凝土黏結性較強導致的摩擦力較大等原因，實際確定時較理論值增加30%的泵送壓力，最后采用SY5161THB C-8車載輸送泵，最大出口壓力為28 MPa。

2.2 超高層混凝土輸送管選擇

在超高層混凝土泵送過程中，普通的混凝土泵管無法承受相應的壓力，且摩擦力的增加容易導致泵管強度削弱，進而導致堵管、爆管等現象，給混凝土施工帶來了巨大的安全及質量隱患。

2.2.1 輸送管選擇方案的確定

在單位時間內混凝土輸送量相同的情況下，改變輸送管道的直徑對混凝土的流速、壓力、管道磨損以及混凝土在管道內停留的時間等有直接影響。

根據本工程混凝土泵送的高度及壓力要求，輸送泵管需采用高壓泵管。為減少水平管及垂直管沿程壓力的損失，增加混凝土的流速，采用大直徑高壓輸送泵管，其不僅使混凝土沿程壓力損失減少，且能增加使用壽命。

2.2.2 輸送管選擇方案的實施

與直徑125 mm的輸送管道相比，直徑150 mm管道的流道截面積增大25%以上，單位長度沿程壓力損失減小20%以上，管道磨損速度也相應下降。但隨著混凝土流速的降低，混凝土在管道內的輸送時間會增加。當泵送高度為400 m時，混凝土在直徑150 mm輸送管內的輸送時間約12.4 min，比在直徑125 mm輸送管內的時間增加約4 min。

本工程需泵送的混凝土總量約30 000 m3，考慮管道成本與壽命，推薦外徑150 mm、壁厚9 mm的超高壓輸送管。

在超高泵送的泵管布置中，應盡可能減少彎管以及軟管的使用。彎管需采用90°大彎，可最大限度降低泵管內部混凝土的摩擦阻力。隨著結構高度增加，每次澆筑泵管高度都將增高，泵管內的混凝土在重力作用下回流越發明顯，故進行超高泵送時需按規范要求鋪設一段水平管，可削弱混凝土回流產生的壓力。參照類似的超高泵送經驗，水平泵管的長度須達到垂直泵管高度的1/5～1/4，泵出口管路采用近似L形連接方式，并設置混凝土墩固定（圖2）。

2.3 超高層混凝土配合比選擇

2.3.1 泵送混凝土配合比確定

圖1 泵管固定方式

超高泵送為建筑施工的一項綜合性技術，國內外對此項工作均十分重視。對高強度的混凝土進行超高泵送研究，可提高超高泵送的施工質量以及工作效率。泵送高度大于200 m時的泵送壓力較大，且泵送的混凝土黏度大、強度高，稍有不慎就容易堵管，給混凝土澆筑帶來一系列的技術難題。

本工程通過坍落度試驗法（擴展度試驗）和壓力泌水率對可泵性進行評價，確定最佳混凝土配合比，并選擇最佳的泵送原材料。

2.3.2 泵送混凝土配合比方案的實施

1）坍落度試驗法。本工程通過多次泵送混凝土試驗，根據泵送所需壓力以及混凝土泵送時間，確定最優坍落度。在南充綠地中心超高層2#樓工程超高泵送時，C60混凝土在45層泵送時的坍落度為240 mm，擴展度為700 mm，倒坍落度筒的流下時間為13 s。

2）壓力泌水試驗法。壓力泌水試驗法可以測定拌和料的保水性，反映阻止拌和水在壓力下滲透流動的內阻力。本工程最終確定超高泵送混凝土的泌水量V140值為40～110 mL。

2.4 超高泵送的水洗施工技術

傳統水洗方式為：混凝土澆筑完成后打開截止閥，將海棉球塞入管口，在此過程中，泵管中的混凝土由于自重原因流下，混凝土沿泵管下流時海綿球下方出現真空，海綿球在壓力下向下運動從而清洗管道；待海綿球運動到7樓左右時，管道內混凝土因阻力與自重平衡不再下落，此時必須外接一套管道，用水泵將高壓水沿管道引至7樓，從7樓處將超高壓泵管內混凝土向下壓，流至水平管道后進行回收使用，此時也完成了整個混凝土泵管清洗的過程。傳統混凝土水洗方式浪費大量的混凝土，且在多個要素影響下，降低了超高層混凝土泵送效率。

2.4.1 水洗施工方案確定

傳統水洗方法需要另接一套管道，且回收的混凝土因不能重復利用而浪費，成本高、操作復雜。而本次采用的水洗方式為直接用高壓泵進行水洗，做到泵送與水洗為同一高度，減少混凝土浪費及環境污染。

2.4.2 水洗施工方案的實施

本工程利用混凝土活塞、自動補償間隙的眼鏡板與切割環，以及管路的良好密封性，直接用混凝土泵進行水洗，做到泵送多高，水洗就有多高。此技術可以最大限度利用管道中的混凝土，減少浪費和環境污染。

1）核心筒。利用輸送泵采用正洗方式，直接從出料口打入料斗內，考慮泵的出口壓力以及混凝土的情況，最后確定可直接采用打水方式進行水洗。

2）塔樓外框。外框采用新增一套管配合外框混凝土泵管進行水洗，即在出料口邊新增一套洗泵用豎向直徑180 mm的鋼管，新增洗泵管位于樓板混凝土澆筑的起點與終點位置，樓板混凝土澆筑前及澆筑完畢后，采用一根軟管將出料口與洗泵管連接，將水、砂漿打到另一套管內后直接排入積水池內，然后人工清理運走（圖3）。

圖2 水洗前準備的水箱

3 結語

1）通過高強混凝土輸送泵的合理選擇，減少了后期混凝土泵送因壓力不足而產生堵管等現象，減少施工過程中的損失，確保了施工質量。

2）通過配合比優化，確定最佳混凝土配合比，保證了超高層高強混凝土的正常輸送，減少堵管現象，確保了施工安全。

3）采用泵車直接水洗方式，通過回抽泵管內水及殘余混凝土，最大限度收集利用管道中的混凝土，減少浪費和污染。