深基坑混凝土泵送施工技術(shù)研究

梁金山

（北京城建十六建筑工程有限責(zé)任公司，北京 100083）

1 引言

隨著現(xiàn)代高層建筑及超高層建筑的迅速發(fā)展，超大超深基坑經(jīng)常出現(xiàn)，更是涉及向深基坑內(nèi)輸送混凝土施工作業(yè)。由于大落差向下泵送混凝土容易發(fā)生堵管現(xiàn)象，造成費(fèi)工費(fèi)料，情況嚴(yán)重時(shí)會(huì)直接影響混凝土施工質(zhì)量。如何在保證混凝土施工質(zhì)量的前提下，將混凝土輸送至基坑內(nèi)是深基坑混凝土施工的主要難題。混凝土泵送是否成功，與混凝土原材料特性、輸送管的長(zhǎng)度和布置形式、施工場(chǎng)地條件、操作人員素質(zhì)等因素有關(guān)。

恒印智慧城市項(xiàng)目通過(guò)混凝土輸送泵選擇、深基坑泵送管道布置及支撐架搭設(shè)、混凝土原材料控制、泵送工藝等技術(shù)措施，保證了向深基坑內(nèi)泵送混凝土的施工質(zhì)量，取得了良好的應(yīng)用效果和實(shí)用性。

2 工程概況

恒印智慧城市項(xiàng)目由1#樓和裙房組成，地下4層，裙樓地上4層，1#樓地上33層；基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式為1#樓采用泥漿護(hù)壁非擠土鉆孔灌注樁基礎(chǔ)；裙房采用天然地基上的下反柱墩+筏板基礎(chǔ)。1#樓筏板厚度為2.8~3 m，裙房筏板厚度0.8 m。整個(gè)基坑深度達(dá)21 m，東西向達(dá)110 m，南北向達(dá)88 m；基礎(chǔ)底面標(biāo)高變化大，電梯基坑和集水坑過(guò)多等造成基礎(chǔ)底面起伏大。護(hù)坡樁距地下結(jié)構(gòu)外墻之間的距離只有2~3 m，空間狹小。

3 深基坑混凝土輸送

3.1 深基坑內(nèi)混凝土輸送方式的選擇

恒印智慧城市項(xiàng)目基坑深，跨度較大，且1#樓筏板又是超厚超大的大體積混凝土。混凝土澆筑深度達(dá)到21 m，最遠(yuǎn)泵送距離達(dá)到93 m，且混凝土強(qiáng)度等級(jí)變化多，體量大，最大澆搗量達(dá)9 900 m3。超厚超大的大體積筏板混凝土澆筑是恒印智慧城市項(xiàng)目深基坑混凝土澆筑的一個(gè)重點(diǎn)和難點(diǎn)，因此，需要采取合理有效的混凝土泵送方案，確定混凝土輸送設(shè)備、布置輸送管及混凝土的原材料要求。混凝土澆筑方向應(yīng)從遠(yuǎn)處向近處，連續(xù)作業(yè)[1]。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工場(chǎng)地條件，只能在基坑北側(cè)布置混凝土輸送設(shè)備。以混凝土地泵為主，混凝土泵車為輔的輸送方式來(lái)解決混凝土輸送。

3.2 混凝土澆筑設(shè)備的選擇

恒印智慧城市項(xiàng)目中1#樓為超高層建筑，不僅要滿足超高層混凝土泵送技術(shù)要求，還要滿足向深基坑內(nèi)泵送混凝土的技術(shù)要求。同時(shí)，考慮泵送設(shè)備租賃或購(gòu)置的經(jīng)營(yíng)效果，需提前進(jìn)場(chǎng)1臺(tái)雙電機(jī)HBTS8018A型混凝土電泵，同時(shí)配備1臺(tái)18 m的布料器進(jìn)行混凝土澆筑。

3.3 技術(shù)特點(diǎn)

混凝土泵送時(shí)，當(dāng)傾斜或垂直向下泵送施工，且高差大于20 m時(shí)，應(yīng)在傾斜或垂直管下端設(shè)置彎管或水平管，彎管和水平管折算長(zhǎng)度不宜小于1.5倍高差[2]。如何布置混凝土輸送管有嚴(yán)格要求，如果布置不當(dāng)會(huì)造成管道內(nèi)混凝土下面的空氣，形成氣柱，在拐彎部分形成氣堵。因此，恒印智慧城市項(xiàng)目對(duì)混凝土輸送管布置方式的多個(gè)方案進(jìn)行比選：（1）先采用直接垂直向下輸送，彎管和水平管長(zhǎng)度將達(dá)到30 m，場(chǎng)地限制不能實(shí)現(xiàn)；（2）再采用輸送管道傾斜向下布管，需在筏板底部搭設(shè)支撐架，而且只能解決筏板及以下混凝土澆筑，會(huì)影響地下結(jié)構(gòu)施工；（3）借鑒類似工程經(jīng)驗(yàn)，采用“C”布管，雖然減緩了混凝土的流動(dòng)性，但混凝土的泵送性能要求特別高；（4）經(jīng)過(guò)最終研究結(jié)合類似工程經(jīng)驗(yàn)，特制定搭設(shè)深基坑泵送管道支撐架。具體搭設(shè)如下：

當(dāng)泵管敷設(shè)垂直向下6 m設(shè)置時(shí)，利用架手架設(shè)置一道2 m長(zhǎng)的水平管，然后再次垂直向下敷設(shè)6 m泵管，同時(shí)再次利用腳手架設(shè)置一道長(zhǎng)0.5 m的水平管，最后垂直向下設(shè)置泵管到達(dá)深基坑坑底。如圖1所示。

圖1 混凝土泵管向下敷設(shè)示意圖

4 泵送混凝土原材料控制

4.1何為混凝土可泵性

混凝土可泵性表示混凝土在泵壓下沿輸送管道流動(dòng)的難易程度以及穩(wěn)定程度的特性[3]，主要表現(xiàn)為流動(dòng)性和內(nèi)聚性。

流動(dòng)性是指拌合物在重力或外加屈服應(yīng)力作用下產(chǎn)生流變特性的能力，流動(dòng)性越好越有利于混凝土泵送；內(nèi)聚性是指拌合物抵抗分層離析的能力，即混凝土在壓力作用下或振動(dòng)狀態(tài)下不容易發(fā)生漿體與骨料分層現(xiàn)象。較好的可泵性可以保證混凝土在泵送過(guò)程中具有良好的流動(dòng)性、阻力小、不離析、不易沁水、不堵塞管道等性質(zhì)。

4.2混凝土原材料特性要求

石家莊市夏季空氣干燥、溫度較高，歷年夏季晴天日平均溫度均能達(dá)到29℃以上，夏季施工時(shí)，要著重考慮氣溫高而造成的混凝土膠凝材料水化快的特點(diǎn)，需調(diào)整混凝土配合比中膠凝材料的比例。同時(shí)采用摻加一定數(shù)量的粉煤灰減少水泥用量，避免因混凝土的膠凝材料過(guò)少而降低混凝土的密實(shí)性，充分利用混凝土后期強(qiáng)度。

泵送混凝土施工前，應(yīng)根據(jù)原材料特性及天氣等情況進(jìn)行混凝土的配合比設(shè)計(jì)，通過(guò)混凝土配合比試配，獲得滿足要求的泵送混凝土。

現(xiàn)在商品混凝土粗骨料一般以碎石為主，碎石中針片狀含量較多，造成混凝土的狀態(tài)差，影響混凝土泵送性，容易發(fā)生堵管現(xiàn)象。粗骨料要求為粒徑5~25 mm，含泥量不大于1%，針狀顆粒含量不大于10%，且級(jí)配合理C類以上。

細(xì)骨料是指0~4 mm的砂，細(xì)骨料與水泥攪拌合成水泥砂漿，可以保證改善混凝土的和易性與流動(dòng)性。為保證混凝土具有良好的泵送性，砂采用細(xì)度模數(shù)為2.6~2.8中砂，0.315 mm篩孔通過(guò)率為15%~30%，0.15 mm篩孔通過(guò)率為5%~10%，含泥量不大于3%，級(jí)配良好，C類以上。泵送混凝土砂率宜為35%~45%。

泵送混凝土對(duì)膠凝材料用量不宜小于300 kg/m3；恒印智慧城市項(xiàng)目抗?jié)B混凝土的水膠比不得大于0.50，混凝土膠凝材料總量不宜小于320 kg/m3，其中，水泥用量不宜少于260 kg/m3；框架柱高強(qiáng)混凝土，最小水泥用量為300 kg/m3。粉煤灰摻量宜為膠凝材料總量的20%~30%，礦粉的摻量宜為膠凝材料總量的2%~5%。

恒印智慧城市項(xiàng)目外加劑使用聚羧酸系高性能減水劑施工時(shí)，需嚴(yán)格要求外加劑摻量，如超出飽和摻量容易造成泌水、離析，同時(shí)還要充分利用混凝土在攪拌后約10 h的初凝時(shí)間；通過(guò)控制混凝土初凝時(shí)間延緩混凝土中水泥的水化反應(yīng)，以防產(chǎn)生水化熱峰值。

恒印智慧城市項(xiàng)目地下室與基礎(chǔ)工程環(huán)境類別為二b類，為防止堿集料反應(yīng)，除粗骨料的選用需要滿足泵送混凝土的質(zhì)量要求外，還要滿足大體積混凝土堿活性骨料的要求，混凝土的含堿量不超過(guò)3 kg/m3，以確保混凝土的質(zhì)量。

5 泵送技術(shù)

5.1泵送開(kāi)始前準(zhǔn)備工作

施工前，需對(duì)操作人員進(jìn)行機(jī)械設(shè)備使用安全培訓(xùn)，培訓(xùn)合格再進(jìn)行相關(guān)泵送混凝土的技術(shù)交底。

向下潤(rùn)管優(yōu)先采用節(jié)水潤(rùn)管法，先在料斗中注入一定量的水，在潤(rùn)管砂漿與水之間增加一個(gè)純水泥凈漿層，把砂漿和水隔開(kāi)形成阻隔帶。然后將混凝土拌合物分步泵入輸送管內(nèi)，水在拌合物材料的推動(dòng)下將輸送管壁濕潤(rùn)，同時(shí)在輸送管道內(nèi)壁沿程形成一層水泥漿膜，這樣可以減少堵管現(xiàn)象的發(fā)生，使混凝土順利泵送到指定位置并降低泵送損失。

5.2泵送工作

泵送混凝土機(jī)械操作人員不僅需要熟悉混凝土泵送機(jī)械的使用，掌握操作規(guī)程，還要具有與泵送混凝土的相關(guān)知識(shí)。泵送混凝土運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，應(yīng)對(duì)可泵性進(jìn)行試驗(yàn)來(lái)判斷。通常情況下要檢測(cè)混凝土坍落度是否滿足要求，當(dāng)混凝土坍落度滿足要求后，再進(jìn)行泵送。

混凝土罐車向料斗卸料之前，應(yīng)先將罐內(nèi)混凝土反向高速旋轉(zhuǎn)攪拌15~25 s，這樣可以使混凝土在泵送時(shí)保持良好的和易性。混凝土泵送機(jī)械的操作人員要與混凝土澆筑點(diǎn)工作人員保持通信暢通，使泵送速度與澆筑進(jìn)度相同步。當(dāng)混凝土供應(yīng)不及時(shí)或混凝土罐車在交替時(shí)，應(yīng)采取間歇式泵送，放慢泵送速度，要始終保持料斗內(nèi)混凝土高于出料口高度，避免吸入空氣，形成氣柱，造成管道堵塞。

5.3 泵送結(jié)束后洗泵工作

混凝土泵送結(jié)束后要立即洗泵，洗泵工作很重要，會(huì)直接影響下次混凝土的泵送效果。若泵送結(jié)束不立即清理干凈泵管，混凝土?xí)趦?nèi)壁凝固，后期將很難徹底清除。清洗泵主要分為有水清洗和無(wú)水清洗兩種，考慮水資源節(jié)約及保證澆筑點(diǎn)混凝土質(zhì)量，水清洗逐漸被無(wú)水清洗所取代，而無(wú)水清洗越來(lái)越被廣泛應(yīng)用。

無(wú)水清洗方法中，壓縮空氣清洗最為常見(jiàn)。空氣清洗工作原理為利用壓縮空氣進(jìn)行吹洗，將浸透水的清洗球先塞進(jìn)氣洗接頭，再接與變徑相接的第一根直管，并在管路的末端接上安全蓋，利用壓縮氣的氣壓及混凝土自重，使混凝土可以順利向下流出管道。氣洗完畢后，要將進(jìn)氣口封閉好。該技術(shù)具有用水量小、不浪費(fèi)混凝土、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)。因此，恒印智慧城市項(xiàng)目采用氣洗工藝。

6 結(jié)語(yǔ)

運(yùn)用本論文介紹的深基坑內(nèi)混凝土泵送施工技術(shù)，恒印智慧城市項(xiàng)目在泵送各種強(qiáng)度等級(jí)的混凝土?xí)r均未發(fā)生過(guò)混凝土離析現(xiàn)象，更未造成堵管；順利完成了深基坑內(nèi)混凝土澆筑任務(wù)，保證了混凝土澆筑的連續(xù)性及施工質(zhì)量。泵送混凝土施工已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用在建筑施工中，相關(guān)人員繼續(xù)學(xué)習(xí)，積累經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出更有效的技術(shù)措施和方法，提高施工水平，將深基坑內(nèi)泵送技術(shù)發(fā)展到新高度，給企業(yè)帶來(lái)社會(huì)效益和顯著經(jīng)濟(jì)效益。