裝配式全回轉(zhuǎn)混凝土澆筑裝置的設(shè)計與應(yīng)用

譚英輝 閆雁軍 鄧勇平

上海建工七建集團(tuán)有限公司 上海 200050

1 概述

混凝土的澆筑方式主要有汽車泵、固定泵及無動力（串筒、溜槽等）澆筑。汽車泵布置靈活，澆筑覆蓋范圍較大，應(yīng)用較多；固定泵具有極大的揚程，目前已實現(xiàn)300 m以上超高層的一泵到頂，汽車泵無法澆筑的區(qū)域也可達(dá)到，但因泵管位置限制，其位置調(diào)整靈活度差，且澆筑中移動泵管的澆筑方式繁瑣，雖可加布料機解決部分問題，但布料機的布設(shè)也有較多要求。無動力（串筒、溜槽等）澆筑因較快的澆筑速度、節(jié)省費用、噪聲小等優(yōu)點，逐漸被廣泛應(yīng)用。本文提出裝配式全回轉(zhuǎn)澆筑裝置，將混凝土從攪拌車中放料后通過本裝置直接輸送（自流）到深基坑指定澆筑部位，裝置可循環(huán)利用，澆筑過程綠色環(huán)保[1-5]。

2 裝配式全回轉(zhuǎn)澆筑裝置的設(shè)計、安裝與維護(hù)

2.1 裝配式全回轉(zhuǎn)澆筑裝置的設(shè)計

裝置系統(tǒng)主要由收集、轉(zhuǎn)動、傳送這3部分組成。

2.1.1 收集部分

收集部分包含料斗與支架（圖1），料斗壁采用厚4 mm的鋼板、周邊采用50 mm×4 mm角鋼護(hù)邊，通過支架固定于棧橋或者支撐梁上。為防止大石塊或攪拌車中的舊料進(jìn)入料斗中堵塞料斗，可在現(xiàn)場用φ14 mm鋼筋單層雙向焊接成鋼筋網(wǎng)，掛在料斗上口（與料斗大小相適應(yīng)），亦可定加工型鋼網(wǎng)片。

圖1 收集部分

2.1.2 轉(zhuǎn)動部分

轉(zhuǎn)動部分承接料斗與下面的傳送部分，包括內(nèi)外2層鋼管（圖2）。料斗下方通過法蘭連接一段φ314 mm短鋼管作為轉(zhuǎn)動部分的內(nèi)鋼管，其外層鋼管焊接2個耳板并通過鋼絲繩與其下的傳送部分鋼管連接。

圖2 轉(zhuǎn)動裝置立面

外鋼管（圖3）管壁厚4 mm，于上下兩端內(nèi)壁焊接2圈厚1 cm的鋼環(huán)，外壁上焊接1個三角架和2塊耳板，通過2根鋼絲繩（帶法蘭螺栓）實現(xiàn)與傳送部分的拉結(jié)，增強傳送部分的穩(wěn)定性（圖4）。

圖3 外鋼管立面、剖面

圖4 轉(zhuǎn)動裝置側(cè)面

內(nèi)鋼管（圖5）管壁厚4 mm，于上下兩端外壁焊接2圈厚1 cm的鋼環(huán)。

圖5 內(nèi)鋼管立面、剖面

外鋼管套內(nèi)鋼管后，再焊接外鋼管所附鋼環(huán)，形成2組一大一小的圓環(huán)，內(nèi)外鋼管相互卡位，內(nèi)外鋼管鋼環(huán)之間設(shè)置偶數(shù)顆鋼珠（圖6），這樣可實現(xiàn)360°的靈活旋轉(zhuǎn)（圖7），棧橋南邊轉(zhuǎn)動180°，北側(cè)亦可轉(zhuǎn)動180°。

圖6 內(nèi)外鋼環(huán)滾珠平面

圖7 轉(zhuǎn)動裝置旋轉(zhuǎn)角度示意

2.1.3 傳送部分

傳送部分（圖8）由偶數(shù)根標(biāo)準(zhǔn)鋼管通過法蘭連接，鋼管直徑250、270 mm，壁厚為4 mm，長度為2000、3000 mm。混凝土在其中自流淌布料至指定混凝土澆筑區(qū)域。

轉(zhuǎn)動部分通過鋼絲繩拉接傳送裝置的首節(jié)鋼管（圖9），箱型開口處收集從轉(zhuǎn)動部分內(nèi)鋼管自流淌的混凝土。

施工中，可將末節(jié)鋼管端部做成彎管，或者再連接橡膠管，以便澆筑。也可加設(shè)一個溜槽，實現(xiàn)末端360°旋轉(zhuǎn)布料和延伸布料距離。

圖8 傳送裝置-鋼管

圖9 傳送裝置-首節(jié)鋼管

2.1.4 裝配式全回轉(zhuǎn)澆筑裝置多套組合

在一套裝配式全回轉(zhuǎn)澆筑裝置的整體布置中（圖10），從上至下分別布置收集部分、轉(zhuǎn)動部分、傳送部分。

圖10 單套裝置立面

現(xiàn)場可實現(xiàn)裝配式全回轉(zhuǎn)澆筑裝置多套組合（圖11），因為消能角度要求和基坑施工深度考慮，單套裝置伸展深度有限，為滿足現(xiàn)場施工可操作性，可設(shè)置2套裝配式全回轉(zhuǎn)澆筑裝置，上部裝置鋼管出口對接好下部裝置的收集料斗，混凝土澆筑時可順鋼管自流淌至指定澆筑區(qū)域。

因2套裝配式全回轉(zhuǎn)澆筑裝置的轉(zhuǎn)動部分均可360°旋轉(zhuǎn)，現(xiàn)場施工時可視澆筑空間，調(diào)整上部裝置旋轉(zhuǎn)180°，下部設(shè)置多套裝置與之對接（圖12），可實現(xiàn)最大的混凝土澆筑作業(yè)面。

2.2 裝配式全回轉(zhuǎn)澆筑裝置的安裝流程

加工廠制作運輸至施工現(xiàn)場，組裝轉(zhuǎn)換裝置→現(xiàn)場測量放線，定料斗位置及延伸路徑→支撐梁上搭設(shè)懸挑鋼管腳手架操作平臺→指定位置安裝收集、轉(zhuǎn)換裝置，料斗支架與支撐棧橋螺栓連接→起吊安裝多截鋼管，安裝鋼絲繩→檢查驗收合格后準(zhǔn)備施工

圖11 裝配式全回轉(zhuǎn)澆筑裝置多套組合

圖12 組合最大作業(yè)范圍立面

2.3 施工要求

裝配式全回轉(zhuǎn)澆筑裝置對鋼絲繩拉接、螺栓連接、鋼結(jié)構(gòu)加工焊縫有較高要求。

2.3.1 鋼絲繩拉接

采用磷化涂層鋼絲繩φ20 mm。鋼絲繩使用前必須檢查繩索是否損壞，不得有急劇的曲折、環(huán)圈、跳絲或砸扁等缺陷。

其末端結(jié)成繩索時，最少用3個卡子，若用編結(jié)法，則其編結(jié)部分長度不少于鋼絲繩直徑的15倍，且最短不少于30 cm。

現(xiàn)場嚴(yán)禁用打結(jié)的方法進(jìn)行鋼絲繩連接，并于鋼絲繩兩端各設(shè)置一段同材質(zhì)的保護(hù)繩，保護(hù)繩與鋼絲繩通過卡箍連接。

鋼絲繩表面不應(yīng)存在GB/T 8706—2017《鋼絲繩 術(shù)語、標(biāo)記和分類》中規(guī)定的制造缺陷，須滿足GB/T 20118—2006《一般用途鋼絲繩》規(guī)范要求，方可進(jìn)行施工使用。

使用過程中如發(fā)現(xiàn)出油現(xiàn)象（新繩除外）即表明鋼絲繩變形很大，應(yīng)立即停止工作，進(jìn)行檢查處理。

2.3.2 螺栓連接

施工使用的螺栓應(yīng)外觀良好，有足夠的機械強度。在連接前，應(yīng)對構(gòu)件及螺栓進(jìn)行全面檢查，螺母螺栓應(yīng)完好無裂紋，螺母應(yīng)能輕松擰緊，不得使用外觀檢查不合格的產(chǎn)品。螺栓應(yīng)與連接面垂直，與構(gòu)件間不應(yīng)有間隙。

施工過程中，應(yīng)嚴(yán)密監(jiān)視螺栓連接是否松動、移位、變形，做到及時檢查處理。

2.3.3 焊縫檢測

焊縫質(zhì)量是影響裝配式全回轉(zhuǎn)澆筑裝置整體質(zhì)量的重要因素。工廠制作過程中應(yīng)按照相關(guān)規(guī)范或設(shè)計要求對不同等級的焊縫進(jìn)行檢測。

現(xiàn)場施焊焊縫應(yīng)進(jìn)行100%無損檢測。凡是檢測不合格的焊縫必須敲掉重新焊接后再次進(jìn)行檢測，檢測合格方可驗收使用。

2.4 裝配式全回轉(zhuǎn)澆筑裝置的維護(hù)要求

在裝配式全回轉(zhuǎn)澆筑裝置的后續(xù)使用過程中要安排專人對其進(jìn)行巡檢。

重點查看螺栓、焊縫、鋼絲繩拉接以及可能出現(xiàn)的筒管堵塞問題，如發(fā)現(xiàn)螺栓松動應(yīng)立即停止使用并馬上聯(lián)系安裝單位對螺栓施擰緊固；如焊縫出現(xiàn)問題應(yīng)立即停止使用并對其進(jìn)行無損檢測，采取補救措施，驗收合格后方可繼續(xù)使用；如鋼絲繩發(fā)生超過限值的變形或者斷開脫落，應(yīng)立即停止使用，進(jìn)行檢測加固，完成并驗收合格后方可繼續(xù)使用。如發(fā)現(xiàn)施工過程中筒管堵塞，混凝土自流淌受阻，應(yīng)立即檢查疏通，使?jié)仓^續(xù)進(jìn)行。

另外，應(yīng)為裝配式全回轉(zhuǎn)澆筑裝置搭建專門的檢修平臺以方便巡檢與維護(hù)作業(yè)。

3 預(yù)制裝配式全回轉(zhuǎn)澆筑裝置的應(yīng)用

3.1 工程概況

上海董家渡金融城工程項目J地塊，基坑?xùn)|西向最長處為156 m，南北向最長為105 m，基坑面積13 977 m2。底板平面標(biāo)高－17.7 m，塔樓區(qū)域底板底面標(biāo)高－19.7 m，非塔樓區(qū)域底板底面標(biāo)高－18.7。底板墊層為厚200 mm的C20混凝土。

塔樓區(qū)域挖土深度為－19.9 m，非塔樓區(qū)域挖土深度為－18.9 m。底板中深基坑面標(biāo)高為－23.0～－19.3 m。承臺厚度1.3～3.1 m不等。J區(qū)底板T2塔樓區(qū)域澆筑大底板混凝土共9 500 m3左右。

3.2 底板澆筑策劃方案對比

3.2.1 策劃方案一

不使用裝配式全回轉(zhuǎn)澆筑裝置。共布置5臺汽車泵于棧橋板上，13#門進(jìn)出供料給西側(cè)3臺汽車泵，東西棧橋能布置2臺汽車泵全支腿施工，14#門進(jìn)出供料給東部3臺汽車泵，混凝土攪拌車于基坑北側(cè)王家碼頭路上蓄車（圖13）。

圖13 策劃方案一平面布置

因為受棧橋?qū)挾认拗?，東西向棧橋交通受阻，場地內(nèi)交通路線無法做到環(huán)通。另外，13#門與14#門進(jìn)出車輛可能會引起現(xiàn)場會車混亂，雖然可以考慮從基坑?xùn)|側(cè)緊鄰的A區(qū)、東南側(cè)相鄰F區(qū)運輸車輛，但13#門對應(yīng)的3臺泵車交通仍存在阻礙，整體施工速度較緩。

3.2.2 策劃方案二

用3臺汽車泵＋6部裝配式全回轉(zhuǎn)澆筑裝置（3套澆筑組合體）＋2臺備用泵，施工過程中，待A、B裝配式全回轉(zhuǎn)澆筑裝置施工完畢后，再啟動4#汽車泵澆筑棧橋北側(cè)底板。1#泵車供料可利用基坑外西側(cè)12#門進(jìn)出，交通壓力較?。?3#門進(jìn)混凝土攪拌車供料給2#泵車、A/B裝配式全回轉(zhuǎn)澆筑裝置，攪拌車可從東側(cè)A區(qū)離開現(xiàn)場；14#門供料給3#泵車、C裝配式全回轉(zhuǎn)澆筑裝置，攪拌車從南側(cè)道路到F區(qū)大門離開現(xiàn)場（圖14）。

圖14 策劃方案二平面布置

東西棧橋上布置2套裝配式全回轉(zhuǎn)澆筑裝置組合，仍有足夠的道路寬度保證東西向交通車輛運輸無阻，場地交通環(huán)通，使得整個澆筑施工流程有條不紊、高效進(jìn)行（圖15）。

圖15 裝配式全回轉(zhuǎn)澆筑裝置應(yīng)用現(xiàn)場

3.2.3 方案對比

考慮到交通組織以及施工效率，實際施工采用方案二。最終通過裝配式全回轉(zhuǎn)澆筑裝置自流淌澆筑至指定底板區(qū)域的就有近4 500 m3，節(jié)省了泵送費逾10萬元。裝配式全回轉(zhuǎn)澆筑裝置的峰值澆筑速度高達(dá)550 m3/h，平均澆筑速度352 m3/h，遠(yuǎn)超汽車泵澆筑速度，采用方案二歷時27 h完成全部底板澆筑作業(yè)。同時，將本項目策劃方案一（全汽車泵澆筑方式）與實際應(yīng)用方案（汽車泵＋裝配式全回轉(zhuǎn)澆筑裝置）進(jìn)行了對比（表1、表2）。

表1 經(jīng)濟(jì)性對比

表2 澆筑效率對比

對比結(jié)果顯示，相比較汽車泵澆筑，裝配式全回轉(zhuǎn)澆筑裝置在經(jīng)濟(jì)性和澆筑效率方面具有極大的優(yōu)勢。

4 結(jié)語

本文簡要地說明了裝配式全回轉(zhuǎn)澆筑裝置的設(shè)計、安裝與維護(hù)，對使用過程中的控制點進(jìn)行了闡述，并通過實際工程分析比較了2個策劃方案的優(yōu)缺點，最后結(jié)合設(shè)計與現(xiàn)場施工案例成果，發(fā)現(xiàn)如下裝配式全回轉(zhuǎn)澆筑裝置的優(yōu)勢[6-9]：

1）綠色無污染，系統(tǒng)本身不耗費任何能量，無任何污染物產(chǎn)生。

2）定型化工具，安裝簡單、機動性強、澆搗速度快。

3）不受限于施工場地，利于澆筑現(xiàn)場組織交通，特別適合中心城區(qū)場地狹窄的混凝土澆筑組織。

4）在旋轉(zhuǎn)半徑內(nèi)實現(xiàn)串筒的旋轉(zhuǎn)布料，克服固定泵泵送靈活性差的缺陷。

5）可組合成多級系統(tǒng)，消能效果好，可實現(xiàn)較深基坑的混凝土澆筑。

6）系統(tǒng)本身可循環(huán)利用，節(jié)約成本，且節(jié)省泵送費等，經(jīng)濟(jì)效益好。