超高層建筑泵送混凝土施工技術(shù)研究

黃毅

中鐵開發(fā)投資集團有限公司 云南 昆明 650500

引言

超高泵送混凝土施工技術(shù)是指泵送高度超過200m的現(xiàn)代混凝土泵送施工技術(shù)。隨著我國各地不斷掀起超高層建筑的建設(shè)熱潮，建筑最大高度不斷刷新，超高泵送混凝土施工技術(shù)已成為超高層建筑施工技術(shù)中關(guān)鍵的一環(huán)。為了將高強度等級混凝土泵送至200m以上的高度，必須要克服泵送壓力大，混凝土強度高、黏度大等困難，因此會產(chǎn)生一系列的技術(shù)難題。為了解決上述技術(shù)難題，滿足超高層建筑高強度等級混凝土泵送的施工要求，需要不斷研究超高泵送混凝土施工技術(shù)，對于提高超高層建筑混凝土工程施工質(zhì)量及施工效率具有一定的實際效果和經(jīng)濟效益[1]。

1 工程概況及重難點分析

1.1 工程概況

中鐵總部大廈位于昆明市呈貢新區(qū)，聯(lián)大街與彩云南路交叉口西南側(cè)，總建筑面積為104615.64m2，建筑高度226m，其中地上40層，地下3層，主體結(jié)構(gòu)形式為型鋼混凝土核心筒+鋼外框結(jié)構(gòu)，混凝土泵送最大高度205m。

1.2 工程重難點分析

本工程結(jié)構(gòu)形式為混凝土核心筒+鋼外框結(jié)構(gòu)，涉及高強混凝土泵送的部位為核心筒剪力墻及外框鋼柱柱芯，最大泵送高度均為205m，混凝土強度為C60，屬高強度混凝土，水泥用量多，混凝土自身黏度大，導致泵送阻力大；同時，核心筒剪力墻鋼筋直徑大且排列密集，墻內(nèi)分布有勁性鋼骨柱及鋼連梁等鋼構(gòu)件，外框鋼柱內(nèi)隔板、栓釘數(shù)量多且排布密集，功能隔板開孔直徑為500mm。通過上述難點分析可知，為了滿足本工程混凝土施工質(zhì)量和施工效率要求，必須研究如何改進混凝土配合比及選擇泵送方式等兩個主要技術(shù)難題。

2 混凝土配合比設(shè)計

2.1 混凝土原料選擇

本工程核心筒剪力墻為普通高強度混凝土，鋼外框柱芯采用自密實高強度混凝土。根據(jù)混凝土強度等級要求以及昆明地區(qū)材料生產(chǎn)情況，混凝土原料選擇如下：水泥：P·O52.5普通硅酸鹽水泥；粗骨料：5～31.5mm連續(xù)級配碎石；細骨料：II區(qū)中砂，MX≤2.8；摻和料：粉煤灰、礦渣；外加劑：PCA-800型聚羧酸高性能減水劑。

2.2 混凝土配合比設(shè)計

C60高強混凝土的水灰比低，水泥、細集料、摻和料等的細顆粒量多，粘聚性高，在泵送輸送過程中難以形成有效的潤滑層，運動阻力加大，從而混凝土黏度較高，導致混凝土流動性能低，會對施工澆筑和振搗密實造成困難。因此，在滿足混凝土強度等級前提下，想要盡可能地提升混凝土的流動性和降低混凝土的黏度，必須解決以下幾個技術(shù)難題：

2.2.1 黏度與和易性問題?；炷猎诠艿纼?nèi)泵送時，會與管道內(nèi)壁不斷地進行摩擦，在此過程中會造成混凝土漿液損耗，從而導致混凝土流動性、和易性的降低，引發(fā)泵管堵塞、混凝土離析等問題，阻礙混凝土澆筑施工正常進行。混凝土與管道內(nèi)壁的摩擦阻力與混凝土黏度成正比，為了盡量減小摩擦阻力，就必須將混凝土的黏度降至最低，從而保證混凝土澆筑施工的正常進行[2]。

2.2.2 坍落度和擴展度問題?；炷猎诠艿纼?nèi)泵送時，由于是高壓泵送，混凝土受到擠壓，坍落度、擴展度都會發(fā)生損失，而隨著泵送距離的不斷增加，這兩項重要指標的損失率也不斷增加，將直接影響混凝土的澆筑性能和強度等級。因此，為了實現(xiàn)混凝土良好的施工性能，滿足強度等級要求，必須降低混凝土坍落度、擴展度的沿程損失率。

優(yōu)良的配合比能有效提高混凝土泵送性能，更能節(jié)約施工成本。因此，本工程的混凝土配合比由專業(yè)高性能混凝土攪拌站聯(lián)合設(shè)計院進行設(shè)計，具體配合比為水泥：砂：石：減水劑：粉煤灰：礦渣：水=420∶756∶924∶14∶56∶84∶170，水膠比為0.3，砂率45%，坍落度180±30mm。在本工程施工過程中，混凝土施工性能良好，強度滿足設(shè)計要求，配合比設(shè)計達到預(yù)期目標。

3 超高混凝土泵送技術(shù)

3.1 泵管選型及布置原則

3.1.1 泵管選型。超高泵送混凝土中，混凝土輸送泵管是一個非常重要的因素，高強高性能混凝土黏度大、高度高，泵送壓力很大，因此對泵管的性能要求非常高。根據(jù)本工程泵送方量及泵送混凝土強度情況，按等壽命原則選用如下：主管道選用直徑125mm合金鋼耐磨管，內(nèi)表面采用調(diào)質(zhì)后高頻表面淬火工藝，其中水平管道壁厚8mm，垂直管道壁厚7mm；樓面、平臺、布料機管道，采用直徑125mm、壁厚5mm普通高壓管。

3.1.2 泵管布置原則。水平泵管布置原則如下：泵管應(yīng)避免布設(shè)在人員主要出入通道內(nèi)；管架應(yīng)盡量靠墻，減少占用施工場地；第一道水平彎管與輸送泵的距離應(yīng)≥10m；水平管的長度應(yīng)≥H/4（含彎管折算長度），且應(yīng)≥15m；水平管布設(shè)應(yīng)穩(wěn)定、牢靠，并配備安全防護設(shè)施；輸送管路不得直接布設(shè)在模板或鋼筋表面，應(yīng)采用支架或吊架；混凝土的澆筑場地距離辦公區(qū)域至少50米，超高層泵管安排在核心筒以外。

豎向泵管布置原則如下：垂直管道應(yīng)避開其他專用施工設(shè)備；考慮單次需澆筑核心筒，內(nèi)框及外框樓板，面積廣，立管位置宜固定在中間部分；考慮立管遇到突發(fā)情況時的拆接管道的便捷性，立管需固定在有樓板的區(qū)域[3]。

3.2 輸送泵選型

本工程采用的C60混凝土為黏度較高的高強混凝土，其特點為坍落度S偏大，泵送所需壓力較大，采用《混凝土泵送施工技術(shù)規(guī)程》中推薦的公式難以真實反映其泵送所需壓力。因此，我們通過采用改進的理論計算方法分析泵送所需出口壓力。

混凝土泵送壓力P由三部分組成：混凝土在管道內(nèi)的摩擦阻力形成的沿程管壓力損失P1、混凝土經(jīng)過彎管形成的彎管壓力損失P2以及混凝土在立管內(nèi)因重力產(chǎn)生的混凝土自壓力損失P3：P=P1+P2+P3。

沿程管壓力損失P1：

L —泵管總長度，垂直高度按最高泵送高度205m，水平管道按50m，布料機及平臺接管按100m，L=205+50+100=355m

因而：

彎管壓力損失P2：每個90°彎管壓力損失0.1MPa；分配閥壓力損失0.2MPa。根據(jù)本工程泵管布設(shè)方式，地面水平彎管、垂直立管緩沖S彎管（兩處）以及布料機彎管共20個90°彎管，分配閥1個，因而：P2=0.1*20+0.2=2.2Mpa[4]。

立管內(nèi)混凝土自重壓力損失P3：

P3=ρ·g·H

ρ—混凝土密度，取2500kg/m3

g—重力加速度9.8m/s2

H—泵送高度，Hmax=205m

因而：P3=2500*9.8*205=5.02Mpa

綜上：P=P1+P2+P3=3.24+2.2+5.02=10.46Mpa

根據(jù)以上計算結(jié)果，中鐵總部大廈工程使用一臺最高工作壓力為22MPa的車載泵即可完成超高層混凝土泵送施工工作。

3.3 超高泵送混凝土施工

超高泵送混凝土施工流程如下：首先，泵送足量清水以潤濕管路、料斗、混凝土缸，泵出的水泵入廢水箱，防止污染工作面；其次，泵送0.5～1m3水泥漿進行潤管，水泥漿水灰比為0.45，泵出的水泥漿同樣泵入廢水箱中；第三，泵送與所泵混凝土同配合比的砂漿進行潤管，砂漿必須充分攪拌，砂漿每200m管路用量約1m3，泵出的砂漿均勻攤鋪至核心筒墻體模板內(nèi)；第四，在砂漿料即將泵送完前開始加入混凝土料，開始正常泵送。

超高泵送混凝土施工注意事項：混凝土泵的操作人員應(yīng)持證上崗；混凝土泵與輸送管連通后，應(yīng)由專業(yè)技術(shù)人員進行全面檢查，檢查合格后方可啟動空運轉(zhuǎn)，并檢查混凝土泵工作狀態(tài)是否正常；初始混凝土泵送時，混凝土泵送應(yīng)放慢泵送速度，待混凝土泵的壓力和各系統(tǒng)工作確認正常，逐步提高泵送速度至正常；泵送混凝土時，如輸送管內(nèi)吸入了空氣，應(yīng)立即實施反泵操作排出管道內(nèi)空氣后再進行泵送；當混凝土泵送出現(xiàn)壓力升高且不穩(wěn)定、油溫升高、輸送管明顯振動等異常情況時，應(yīng)立即停止泵送，由專業(yè)人員檢查解決；泵送完畢后，應(yīng)將混凝土泵和輸送管道清洗干凈[5]。

3.4 混凝土泵送堵管原因分析及處理措施

超高層混凝土泵送過程中，因操作不當或混凝土坍落度不合格等因素極易出現(xiàn)堵管現(xiàn)象，堵管原因主要為：混凝土泵送性能差、管道漏水漏漿、泵送操作不當、設(shè)備故障等。根據(jù)本工程施工過程中堵管原因統(tǒng)計分析，90%的堵管是由混凝土可泵性較差造成的，造成該問題的主要原因為：潤泵砂漿初凝時間過短、潤泵砂漿含粗骨料、罐車待料時間過長、攪拌站稱重設(shè)備不準確導致混凝土水灰比變化、施工人員擅自加水等。

預(yù)防堵管措施：嚴格檢查每車混凝土坍落度，坍落度不合格時不得進行泵送，由專業(yè)技術(shù)人員糾正混凝土坍落度合格后方可泵送；第一車混凝土泵送時，由于管道阻力較大，應(yīng)放慢泵送速度，待混凝土泵送順暢后，可按正常速度泵送，當出現(xiàn)堵管征兆，應(yīng)立即放慢泵送速度；等料待機期間，每隔5～10min實施正反泵一次，以防堵管；每次泵送完畢一定要按照水洗規(guī)程將輸送管道清洗干凈；泵送施工前及過程中，應(yīng)檢查泵車設(shè)備、泵管及泵管接頭的工作性能，發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)及時維修、更換，避免漏漿。

輸送管堵塞解決措施：反復(fù)進行反泵和正泵操作，將堵塞的混凝土吸至料斗中，重新攪拌后泵送；如無法直接疏通，先查明堵塞部位，再不斷敲擊堵塞部位使得混凝土松動后，再使用第一種方法疏通；如管道堵塞嚴重，需拆除堵塞的輸送管，人工清理管道內(nèi)混凝土，再重新安裝輸送管并開始泵送[6]。

4 結(jié)束語

中鐵總部大廈工程一次泵送最大高度205m，混凝土強度等級為C60，通過優(yōu)化混凝土配合比、選取合適的泵送設(shè)備和工藝以及落實施工技術(shù)措施等方面保障工程的順利施工完成，具有一定的推廣價值。