超高層混凝土泵送技術(shù)研究

李潤(rùn)章

（中國(guó)水利水電第八工程局有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410000）

近年來(lái)，我國(guó)超高層建筑數(shù)量持續(xù)增加，混凝土泵送技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。根據(jù)實(shí)踐分析可知，隨著泵送高度的增加，泵管內(nèi)的混凝土壓力不斷增大，且超高層建筑多數(shù)需使用高強(qiáng)高性能混凝土，黏度大、泵送阻力大，導(dǎo)致超高層混凝土泵送整體難度較大，合理的設(shè)備選擇與施工技術(shù)控制十分關(guān)鍵，文章主要圍繞此展開(kāi)了詳細(xì)分析。

1 超高層混凝土泵送技術(shù)概述

基于我國(guó)現(xiàn)代城市的快速發(fā)展，各地區(qū)高層、超高層建筑興起一股建設(shè)浪潮，各地區(qū)“第一高樓”接連更替。世界高層建筑與都市人居學(xué)會(huì)（CTBUH）數(shù)據(jù)庫(kù)查詢顯示，近年來(lái)全球新建的100座摩天大廈中，中國(guó)占據(jù)了其中的51座，而最高的10座大廈中，我國(guó)有6座；自2015年至今，當(dāng)年建成的最高建筑均在中國(guó)。分析此數(shù)據(jù)不難發(fā)現(xiàn)，我國(guó)已經(jīng)成為超高層建筑大國(guó)，混凝土工程作為其中的重要工序，如何有效落實(shí)相關(guān)澆筑工作十分關(guān)鍵。

目前隨著超高層建筑項(xiàng)目的逐步實(shí)施，對(duì)混凝土施工技術(shù)提出了更高的要求，超高層泵送技術(shù)的應(yīng)用具有關(guān)鍵性意義。超高層往往混凝土泵送高度超過(guò)200m，對(duì)泵送壓力、混凝土可泵性要求高。目前，基于超高層建筑結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、可靠性需要，往往采用的是高強(qiáng)高性能混凝土，與普通混凝土相比，其存在以下泵送特點(diǎn)：（1）高強(qiáng)高性能混凝土組分多、黏度大，以C60～C100混凝土泵送施工為例，泵送管理壽命只有普通混凝土的1/3～1/5；（2）高強(qiáng)高性能混凝土泵送阻力大，必須合理使用減水劑，保證混凝土流動(dòng)性；（3）高強(qiáng)高性能混凝土對(duì)水的使用較為敏感，水量的變化會(huì)導(dǎo)致其擴(kuò)展度、塌落度出現(xiàn)較大變化，一般情況下坍落度、擴(kuò)展度分別以240～260mm、600mm以上為宜。

結(jié)合工程實(shí)踐分析可知，超高層混凝土泵送路徑較長(zhǎng)，且面臨著泵送管道更換、檢修等問(wèn)題，對(duì)此優(yōu)化混凝土配合比設(shè)計(jì)、合理選擇泵送設(shè)備、做好施工現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)控管理均十分重要，也是實(shí)現(xiàn)混凝土作業(yè)順利完成的必不可少的措施。

2 超高層混凝土泵送技術(shù)原理與應(yīng)用要點(diǎn)

2.1 泵送技術(shù)原理

在超高層混凝土施工時(shí)，泵送作業(yè)是核心，多采用節(jié)水潤(rùn)管法進(jìn)行泵送施工。具體技術(shù)原理如下：在泵送管道內(nèi)加入一定的水，然后逐步泵送純水泥稀漿、砂漿、混凝土，順利將其泵送至指定位置。根據(jù)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)分析可知，混凝土泵送即將結(jié)束時(shí)，合理預(yù)估管道內(nèi)殘留混凝土方量，合理回收利用，泵管長(zhǎng)度與混凝土量的關(guān)系可參考如表1所示。

表1 泵管長(zhǎng)度與混凝土量的關(guān)系

2.2 泵送設(shè)備選型

混凝土泵機(jī)、輸送管道的選型會(huì)直接影響混凝土工程施工效率與質(zhì)量，下文主要對(duì)此進(jìn)行詳細(xì)分析。

（1）混凝土泵機(jī)。根據(jù)工作原理、理論輸送量、分配閥、驅(qū)動(dòng)方式等依據(jù)，可將混凝土泵機(jī)劃分如表2所示。具體根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況，如澆筑工程量、澆筑進(jìn)度、混凝土坍落度等因素，合理選擇即可。

表2 混凝土泵機(jī)類型

（2）混凝土輸送管選型。混凝土輸送管是混凝土泵送的重要媒介，超高層泵送施工時(shí)，輸送管長(zhǎng)度往往較長(zhǎng)，且對(duì)其耐磨性要求相對(duì)較高，要防止高強(qiáng)高性能混凝土輸送時(shí)出現(xiàn)爆裂問(wèn)題。目前，我國(guó)超高層混凝土施工運(yùn)用較多的有電焊鋼管、高壓無(wú)縫鋼管，結(jié)合工程實(shí)踐分析，混凝土泵車相連位置、底部泵管，可選用內(nèi)部為螺旋紋式的泵管，有效避免堵管問(wèn)題的出現(xiàn)；超高層泵送施工壓力較大，輸送管連接以法蘭夾密封圈為主，確保密封效果良好。

2.3 泵送技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)

超高層混凝土泵送施工相對(duì)復(fù)雜，主要是各環(huán)節(jié)緊密相連，在施工前需把握好各個(gè)施工要點(diǎn)，并落實(shí)現(xiàn)場(chǎng)施工控制工作。

（1）泵送組織管理：超高層混凝土泵送，應(yīng)制訂專項(xiàng)施工方案，落實(shí)相關(guān)組織管理工作，采取“定人定崗”制度，派專人落實(shí)質(zhì)量、安全監(jiān)控工作，保證泵送作業(yè)順利完成。

（2）混凝土配合比優(yōu)化：落實(shí)混凝土配合比試驗(yàn)分析，判斷混凝土是否達(dá)到泵送要求，若是不達(dá)標(biāo)，可適當(dāng)優(yōu)化配比，直至混凝土工作性能滿足施工需求，具有較好的流動(dòng)性，可順利泵送到指定位置。

（3）泵送過(guò)程控制：結(jié)合上述分析可知，超高層混凝土泵送步驟主要為泵水少量→泵送純水泥稀漿→泵送砂漿→泵送混凝土。施工時(shí)需嚴(yán)格根據(jù)項(xiàng)目具體情況布管，減少軟管、彎管，提前規(guī)劃好混凝土泵管走向、位置；保持混凝土泵送連續(xù)性，混凝土到達(dá)施工現(xiàn)場(chǎng)后，檢測(cè)合格后方可泵送；泵送過(guò)程中，泵送速度由慢到快，一旦發(fā)現(xiàn)泵機(jī)速度過(guò)快、泵管劇烈晃動(dòng)等情況，應(yīng)停止施工、查明原因；泵送因故中斷后，泵機(jī)每隔15min正反泵運(yùn)行，防止混凝土凝固。

（4）混凝土溫度控制與養(yǎng)護(hù)：超高層混凝土泵送施工時(shí)，混凝土溫度不宜過(guò)高，否則不利于泵送施工的正常開(kāi)展，可沿輸送管灑水、包裹濕麻袋，降低入模溫度；落實(shí)混凝土養(yǎng)護(hù)工作，養(yǎng)護(hù)時(shí)間≥14d，做好保濕、保溫工作。

3 工程案例

3.1 工程概況

文章以某綜合性建筑為例展開(kāi)分析，該項(xiàng)目總建筑面積34萬(wàn)m2，塔樓高568m，地上113層、地下5層，采用核心筒-外伸臂+外圍巨型斜撐框架結(jié)構(gòu)。此建筑混凝土結(jié)構(gòu)最大高度562m，泵送混凝土量總計(jì)20萬(wàn)m3，具體混凝土強(qiáng)度要求如表3所示。

表3 不同結(jié)構(gòu)部位混凝土強(qiáng)度要求

3.2 超高層混凝土泵送設(shè)備選型

（1）超高壓輸送泵。①選型情況。該項(xiàng)目建筑高度超過(guò)500m，在進(jìn)行超高壓輸送泵選型時(shí)，參考國(guó)內(nèi)已建、在建500m以上高樓選用的設(shè)備型號(hào)，最終擬選HBT9050CH-5M型輸送泵，具體參數(shù)如表4所示。同時(shí)，結(jié)合混凝土澆筑量、進(jìn)度計(jì)劃，共配備3臺(tái)輸送泵。②計(jì)算復(fù)核情況。結(jié)合上文分析可知，C35、C70混凝土澆筑高度均要達(dá)到562m。根據(jù)《混凝土泵送施工技術(shù)規(guī)程》（JGJ/T 10—2011），對(duì)混凝土最大泵送阻力進(jìn)行計(jì)算：該項(xiàng)目每套管路安裝2臺(tái)截止閥，混凝土泵送壓力損失為1.4MPa，經(jīng)綜合計(jì)算得到混凝土最大泵送阻力為16.04MPa，混凝土泵最大出口壓力按照120%進(jìn)行取值，即19.25MPa。根據(jù)表5數(shù)據(jù)分析可知，此輸送泵最大壓力50MPa，可滿足實(shí)際作業(yè)需求。③超高壓泵管。該項(xiàng)目為超高層混凝土泵送施工，泵送壓力大、對(duì)泵管耐磨性能要求高，結(jié)合相關(guān)類似項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)與廠家建議，最終決定選用超高壓耐磨泵管，具體技術(shù)參數(shù)如表5所示，可滿足工程實(shí)際施工需求，避免出現(xiàn)管道磨損需更換的情況。④布料機(jī)。該項(xiàng)目核心筒混凝土一次澆筑方量大，經(jīng)綜合分析選用2臺(tái)HGY24型布料機(jī)（臂長(zhǎng)、自重分別為24m、12t）施工，并使用2套管道將布料機(jī)與頂模平臺(tái)連接，具體布置情況如圖1所示。

表4 HBT9050CH-5M型輸送泵參數(shù)

表5 超高壓耐磨泵管參數(shù)

圖1 布料機(jī)布置情況示意圖

3.3 超高層混凝土泵送設(shè)備與泵管布置

超高層混凝土輸送泵設(shè)置需滿足以下要求：（1）混凝土供應(yīng)方便，可停放多臺(tái)攪拌運(yùn)輸車；（2）配管方便；（3）安裝降噪棚；（4）盡量處于塔式起重機(jī)覆蓋范圍；（5）便于清洗，具有供水、排水設(shè)施。

超高層混凝土輸送管道需根據(jù)實(shí)際澆筑方案進(jìn)行布置，注意盡量減少?gòu)澒堋④浌埽炷帘门c垂直管間設(shè)一定長(zhǎng)度水平管道，防止出現(xiàn)混凝土回流的情況；采用特制固定卡具固定好泵管，所有轉(zhuǎn)彎處做好加固工作，控制好振動(dòng)問(wèn)題；該項(xiàng)目設(shè)有2套截止閥，一套在輸送泵出口10m位置，另一套在豎向第一根垂直管上。

3.4 超高層混凝土泵送施工技術(shù)要點(diǎn)

超高層混凝土泵送施工流程如圖2所示。

圖2 泵送施工流程示意圖

具體施工技術(shù)要點(diǎn)如下：（1）泵水：泵水施工的目的是檢驗(yàn)管理的密閉性，并對(duì)留存在管道中的雜物進(jìn)行清洗，同時(shí)潤(rùn)濕管道；泵水施工前，可在泵機(jī)料斗上設(shè)置鋼筋濾網(wǎng)（0.5mm），以免水中帶砂。（2）泵送凈漿。泵送一定量的凈漿，并使用4～5個(gè)浸水牛皮紙塞子，實(shí)現(xiàn)對(duì)砂漿與水的隔離，防止出現(xiàn)堵管情況。（3）泵送砂漿。泵送同強(qiáng)度、等級(jí)砂漿，具體根據(jù)實(shí)際泵送高度確定泵送方量，至少充滿一半長(zhǎng)度管道。（4）泵送混凝土。根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際混凝土供應(yīng)情況確定泵送速度，料斗內(nèi)確保有充足的混凝土，一旦發(fā)現(xiàn)混凝土供應(yīng)不及時(shí)，立刻放慢泵送速度，適當(dāng)采用間歇式泵送方法，間隔時(shí)間＜5min；現(xiàn)場(chǎng)施工隨季節(jié)調(diào)整混凝土配合比，以晚上、凌晨溫度較低時(shí)開(kāi)展混凝土澆筑工作為宜，嚴(yán)格控制好混凝土入泵、入模溫度。（5）洗泵方法。該項(xiàng)目結(jié)合類似工程經(jīng)驗(yàn)，決定采用以下泵管清理方法。①300m以下采用水洗工藝，管清洗系統(tǒng)為豎向回水管+三級(jí)沉淀池；②300m以上采用水氣聯(lián)洗工藝，管清洗系統(tǒng)為氣洗裝置+混凝土回收裝置。混凝土泵送后，先進(jìn)行氣洗，控制壓縮空氣壓力≤0.8MPa，緩慢開(kāi)啟氣閥；完成氣洗后，關(guān)閉氣閥并實(shí)施水洗施工。通過(guò)氣洗可最大限度地回收混凝土，同時(shí)節(jié)約水洗用水量，真正實(shí)現(xiàn)綠色作業(yè)。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，基于現(xiàn)代建筑業(yè)的發(fā)展，超高層混凝土泵送技術(shù)發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。由于泵送高度高、混凝土自身阻力大，為保證混凝土作業(yè)順利完成，必須合理制訂相應(yīng)的施工方案，嚴(yán)格組織、精心施工。在工程實(shí)踐中，超高層混凝土配合比設(shè)計(jì)、泵送設(shè)備選型以及泵送過(guò)程控制十分關(guān)鍵，切實(shí)防止施工中出現(xiàn)堵管問(wèn)題，從而影響整個(gè)建筑施工質(zhì)量與安全性。此外，完成泵送后應(yīng)合理回收管內(nèi)殘余混凝土，真正落實(shí)現(xiàn)代綠色施工理念，切實(shí)保證項(xiàng)目整體質(zhì)量可靠、環(huán)保經(jīng)濟(jì)。