超高層建筑混凝土泵送設備選型及澆筑技術研究

摘 要：本文以恒印智慧城市1#樓工程為實例，深入探討了超高層建筑混凝土泵送設備選型及澆筑技術。通過對工程及混凝土施工概況的細致介紹，剖析了超高層混凝土施工重難點，并系統闡述了超高層混凝土澆筑施工、季節性施工措施、質量保證措施以及安全保證措施等多個方面，從而為超高層建筑混凝土施工提供了全面、科學、實用的技術方案和管理策略。

關鍵詞：超高層建筑；混凝土泵送；設備選型；澆筑技術文章編號：2095-4085（2025）02-0034-03

0 引言

隨著城市化步伐的加快，超高層建筑不斷涌現，混凝土施工技術面臨巨大挑戰。恒印智慧城市1#樓作為150m高的超高層建筑，混凝土施工的質量、效率及安全性極為關鍵。而混凝土泵送設備的選型與澆筑技術，直接決定著工程的成敗。因此，對其進行深入研究能夠為超高層建筑混凝土施工提供可靠的技術支撐，進而推動超高層建筑行業的發展，具有重要的現實意義。

1 工程概況

本項目為恒印智慧城市1#樓（辦公）及部分北地塊裙房、南地塊裙房（商業裙房），建筑規模91644.7m2，地上建筑面積1#樓49437.3m2、裙房14117.2m2，地下建筑面積28090.2m2。1#樓框架-核心筒結構形式，共33層，混凝土強度等級見表1。

2 混凝土工程概況

本工程混凝土總量約為8萬m3，強度等級多樣，從C30至C60不等，具體根據不同部位的結構受力要求進行配置。在施工過程中，涉及混凝土的原材料采購、配合比設計、攪拌、運輸、泵送和澆筑等多個環節，每環節均對混凝土的質量和性能有著重要影響。同時，由于超高層建筑的垂直高度大、施工場地有限等特點，混凝土施工面臨著諸多困難，如混凝土的垂直運輸難度大、澆筑過程中的質量控制復雜等。

3 超高層混凝土施工重難點分析

（1）泵送高度挑戰。隨著建筑高度的不斷增加，混凝土在泵送過程中需要克服重力和管道摩阻力，容易出現壓力損失、離析等問題。因此，確保混凝土能夠順利輸送到指定高度是關鍵難點之一。（2）混凝土質量波動。超高層建筑對混凝土的性能要求極高，包括強度、耐久性、和易性等。然而，在施工過程中，原材料的質量波動、施工環境的變化（如溫度、濕度）以及施工工藝的差異等因素，都可能導致混凝土質量不穩定，進而增加質量控制的難度。（3）施工安全風險。超高層建筑施工涉及高空作業、大型機械設備的使用以及復雜的交叉作業，存在高處墜落、物體打擊、機械傷害等多種安全隱患，安全管理工作面臨巨大挑戰。（4）施工組織協調復雜。混凝土施工需要攪拌站、運輸車隊、泵送設備操作人員、施工現場管理人員等多個部門和工種的密切配合，施工組織協調難度大，任何環節出現問題都可能影響整個工程的進度和質量［1］。

4 混凝土泵送設備選型

本項目建筑物高度約為150m，根據混凝土泵送需求擬采用HBTS80×18A泵，φ125mm泵管。

4.1 水平輸送距離計算

根據《混凝土泵送施工技術規程》（JGJ/T10-2011）推薦的計算方法，BTS80×18A泵的最大/最小出口壓力為18/12MPa。混凝土泵最大水平輸送距離：Lmax=Pmax/ΔPH，式中：Lmax為砼泵的最大水平運輸距離（m）；Pmax為砼泵的最大出口壓力（Pa），HBTS80×18A泵的最大出口壓力為18MPa。

ΔPH為砼在水平輸送管內流動每米產生的壓力損失Pa/m；r0為砼輸送管的半徑，取62.5×10-3m；K1為粘著系數（Pa）；K2為速度系數（Pa/m/s）；S1為砼塌落度，取200mm；t2/t1為砼泵分配閥切換時間與活塞推壓砼時間之比，取0.3；V2為砼拌和物在輸送管的平均流速m/s，取0.5（m/s）；a2為徑向壓力與軸向壓力之比，取0.9。

根據以上計算結果可知，實際輸送管道的配管整體長度比Lmax（2717.39m）更小，表明在當前的配置條件下，泵送系統能夠有效地將混凝土輸送到預定的目標地點，可滿足實際的輸送需求。

4.2 泵送能力驗算

以下是對混凝土泵送過程中的換算壓力損失進行全面核算，包括水平管、垂直管、彎管、軟管、管路截止閥等部件以及附屬于泵體的Y形管、分配閥、混凝土泵起動內耗等因素，具體換算見表2、表3。

由上表可得，混凝土泵的總壓力損失為5.05+3.65=8.7MPa，小于泵正常工作的最大出口壓力18MPa。充分驗證了泵送能力的可靠性，能夠保證混凝土在高壓下穩定輸送。

4.3 泵送設備選型確定

綜合考慮工程的建筑高度、混凝土澆筑量、施工進度要求以及泵送設備的性能參數等因素，最終確定選用HBTS80×18A混凝土輸送泵，該泵理論混凝土輸送量（低壓/高壓）為82/55（m3/h），理論混凝土輸出壓力（低壓/高壓）為12/18（Mpa）。并配備相應的備用泵，以確保混凝土泵送的連續性和穩定性。同時，采用內徑為125mm、壁厚為9.5mm的超高壓泵管，以滿足超高層泵送的壓力要求，有效降低堵管和爆管的風險，保障混凝土泵送施工順利進行［2］。

5 混凝土泵管布置

5.1 管路布置原則

砼輸送管的方向盡量少變化，距離盡可能短，彎管盡可能少，以減小摩阻力。砼輸送管道垂直配管時，地面水平管長度不宜小于垂直管的1/5，并且不小于15m，垂直泵送高度超過100m時，按照砼泵產品說明書的規定配制，并在砼泵機Y形管出料口3～6m處的輸送管根部設置截止閥，以防砼拌合物反流。泵體引出的水平管轉彎處用90°彎管。

5.2 管路連接要求

管路連接需牢固、穩定，各管卡位置接頭要密封嚴密（墊圈不能少）。泵管與拖式輸送泵接口部位附近受到的沖擊力最大，應采用埋入地下的混凝土墩固定。超高壓泵管采用卡箍進行緊固連接，承載壓力需在50MPa以上。

5.3 泵管固定支架設計

（1）地面水平管。采用鋼支架固定在混凝土結構上，為了減少混凝土澆筑過程中碰撞震動產生的噪音，在一些特殊部位設置柔性連接方式，從而把震動影響減小到最小程度。每根混凝土泵管設置2個固定裝置進行連接，在彎管及特殊部位增加固定連接裝置。首層于樓板開孔正下方1.5m布置三個埋件，之后根據泵管接長提前預埋埋件。（2）垂直管。分為樓板固定和附墻固定。其中，樓板固定（管道穿過樓板）采取管道夾具進行固定；附墻固定采用預埋件焊接管夾的方式。

5.4 布管工藝

（1）泵管材料。混凝土泵管采用內徑Φ125mm的超高壓泵管，泵管壁厚為9.5mm，采用內壁中頻淬火，以保證耐磨性及外壁的敲擊。超高壓泵管采用卡箍進行緊固連接，承載壓力在50MPa以上。泵管規格分為3m、2m、1m三種，彎管有90°和45°兩種。現場根據工程需要，另外配備多種規格的異形管。為了控制混凝土澆筑，另外配備混凝土泵管截止閥。（2）混凝土布管工藝。本工程主樓混凝土澆筑設一路輸送管道，前期輸送管道平均分配鋼管混凝土框架柱、樓板混凝土方量，后期輸送管道分配核心筒混凝土方量。管道采用9.5mm厚高強度耐磨的混凝土輸送管，泵送高強混凝土使用壽命約5萬m3，可保證管道的安全系數。

6 超高層混凝土澆筑施工

6.1 布料機施工

（1）布料機選型與布置。根據超高層建筑的結構特點和施工需求，選用18m長布料機，并在施工現場進行合理布置，需確保布料機的布料范圍能夠覆蓋整個施工區域，同時避開爬架、鋼結構等障礙物，以保證施工安全和布料效果。（2）布料機操作與維護。在布料機使用前，要進行全面的檢查和調試，以確保各部件運行正常。操作人員需嚴格按照操作規程，控制布料機的旋轉、伸展和混凝土布料速度，要避免混凝土堆積和灑落，同時注意與泵送設備的配合，從而確保混凝土供應的連續性。

6.2 混凝土澆筑

（1）柱、墻混凝土澆筑。柱、墻混凝土澆筑前，先在底部填以適量的同配比去石子砂漿，以防止混凝土出現爛根現象。然后，采用分層澆筑、分層振搗的方法，每層澆筑厚度需根據振搗棒的有效長度進行控制，一般為40mm左右，要確保混凝土振搗密實，無漏振和過振現象。在進行墻洞口兩側的混凝土澆筑時，須保持兩側高度一致，同時下灰、同時振搗，以防止洞口變形。（2）梁、板混凝土澆筑。梁、板混凝土要按框架格順序澆筑，先將梁根據高度分層澆筑成階梯形，當達到底板位置時與板的混凝土一起澆筑，隨著階梯形的不斷延展，連續向前推進。澆筑過程中，需注意控制梁、板的標高和平整度；對于梁柱節點等鋼筋較密的部位，可采用小直徑振搗棒進行振搗，并加密棒點，從而確保混凝土的密實度。（3）樓梯混凝土澆筑。樓梯混凝土自上而下澆筑，先振實底板混凝土，達到踏步位置后再與踏步混凝土一起澆筑；要不斷連續向上推進，并隨時用木抹子將踏步表面抹平，以確保樓梯的成型質量和踏步的平整度，進而滿足使用功能和安全要求［3］。

6.3 泵送及水洗

（1）泵送施工要點。在泵送混凝土前，先泵送適量水，以濕潤泵管內壁，再泵送與混凝土內（除粗骨料外）其他成分相同配合比的水泥砂漿，以潤滑泵管。泵送過程中，需控制泵送速度，先慢后快，逐步加速，同時觀察泵的壓力和各系統的工作情況，從而確保泵送順利。如遇輸送管堵塞，可采取重復反泵和正泵、用木棍敲擊等方法排除堵塞，必要時拆除堵塞部位的輸送管進行清理，以確保混凝土泵送的連續性和穩定性。（2）水洗泵送方法。采用節水潤管法進行水洗泵送，在管道里加定量的水，水與砂漿用純水泥漿隔離，純水泥漿與混凝土用砂漿隔離，各種拌合物分步進入管道，以確保管道內壁沿程建立水泥漿膜，達到可泵送狀態。

7 混凝土泵送關鍵點

根據超高層建筑混凝土澆筑要求配置性能可靠的泵送設備，應有一定性能儲備。混凝土泵送中斷時間若超過2h，殘留在管內的混凝土性質會發生改變，引起離析、泌水等影響混凝土性能的現象，進而會產生廢料，浪費工程資源。針對以上問題，按照一臺泵配置兩臺發動機的數量關系配置硬件設施，工作設備發生故障后可隨即啟用備用發動機，確保了混凝土泵送作業連續進行［4］。

超高壓泵送過程中的管內壓力可提升至22MPa，管道在此運行工況下將承受縱向27t的拉力，管道失效幾率高。因此，應采用耐超高壓管道系統。（1）配置壁厚超過9.5mm的超高壓管道，確保管道在承受高壓時維持穩定。（2）采用強度達標的螺桿連接管道，螺桿能承受縱向拉力，可減小受力對接頭部位穩定性的不良影響。（3）注漿壓力達到22MPa時，可能會出現管夾間隙擠出漿液的情況，需采用帶骨架的超高壓混凝土密封圈規避該問題。管道輸送阻力因管徑增加而下降，但管徑過大時管內混凝土流速慢、管道抗爆性能差，從而會影響混凝土泵送。經過綜合考慮，采用直徑125mm的輸送管。

8 結語

綜上所述，本文通過精準的混凝土輸送泵設備選型、科學合理的澆筑施工工藝、周全的季節性施工措施、嚴格的質量保證措施以及完善的安全保證措施，為恒印智慧城市1#樓的順利建設奠定了堅實基礎，也為類似超高層建筑混凝土施工提供了寶貴的實踐經驗和技術參考。在未來的超高層建筑發展中，應持續關注新技術、新材料的應用，不斷優化施工工藝，進一步提高超高層建筑混凝土施工的質量與效率，以推動建筑行業向更高水平邁進。

參考文獻：

［1］牛章紅.超高層建筑混凝土泵送施工技術研究［J］.四川建材，2024，50（12）：119-121.

［2］凌育洪，張浩鵬，周靖，等.基于DBJ/T 15-92—2021《高層建筑混凝土結構技術規程》設計的RC結構抗側超強能力試驗研究［J］.建筑結構學報，2024，45（12）：1-18.

［3］李文勤.高層住宅建筑混凝土澆筑施工技術研究［J］.工程與建設，2023，37（1）：299-302.

［4］杜海雷.高層建筑混凝土澆筑技術優化對策［J］.四川水泥，2022（3）：134-135+138.