超高層建筑混凝土泵送施工技術(shù)

張 富 卷

(中鐵二局集團(tuán)建筑有限公司，四川 成都 610031)

0 引言

為解決本超高層建筑混凝土泵送中可能遇到的堵管、爆管、送不到預(yù)定高度等問題，施工前，通過建立泵送過程的離散元模型，判斷混凝土骨料的大小、形狀等對(duì)混凝土堵管的影響；通過六因素、五水平正交試驗(yàn)，確定混凝土的合理配合比；通過精確的計(jì)算，判斷選用的輸送泵參數(shù)及布管方式等是否能滿足泵送施工的需要，提前做出科學(xué)、合理的泵送方案。

1 工程概況

貴陽花果園五里沖棚戶區(qū)、危舊房、城中村改造項(xiàng)目N11，N12號(hào)樓工程位于貴陽市彭家灣，緊鄰遵義中路及延安南路，建筑功能主要為辦公、酒店和商業(yè)，N12號(hào)樓建筑高度313.45 m，總高度為343.255 m；N11號(hào)樓，建筑高度310.450 m，總高度為337.655 m，地下5層，地上71層，建筑面積分別為：N12號(hào)樓為19.84萬m2,N11號(hào)樓為25.45萬m2。

結(jié)構(gòu)形式為核心筒結(jié)構(gòu)，由于平面形式為逐漸內(nèi)收的形式，其單層混凝土澆筑量約為：405 m3/層～2 240 m3/層不等，混凝土強(qiáng)度設(shè)計(jì)概況為：水平構(gòu)件最高為C40，豎向構(gòu)件中，209.4 m以下為C60，以上為C50。

2 泵送措施

2.1 混凝土質(zhì)量方面

混凝土質(zhì)量的影響因素主要有兩方面：一是原材料;二是配合比。

1)原材料方面。

通過建立混凝土泵送過程的離散元模型，研究混凝土骨料大小、形狀等對(duì)管道堵塞程度的影響，發(fā)現(xiàn)堵管風(fēng)險(xiǎn)的嚴(yán)重程度隨骨料粒徑的增大而增大，粗骨料粒徑越大，在彎管處混凝土的離析越明顯，越容易堵管。基于以上原因，本工程混凝土所用砂子、石子要求如下：

砂：細(xì)度模數(shù)2.8的中砂、含泥量低于0.3%;

石子：5 mm～25 mm的連續(xù)級(jí)配碎石、含泥量低于0.1%。

2)配合比方面。

混凝土配合比原則是：保證混凝土的強(qiáng)度、耐久性的要求，具有良好的可泵性及經(jīng)濟(jì)性。為此，通過六因素五水平正交試驗(yàn)(見表1)，共計(jì)進(jìn)行25組試驗(yàn)，最終確定合理的配合比。以C60混凝土為例，配比中材料組成為：

水泥∶礦粉∶粉煤灰∶砂子∶石子∶減水劑∶水=520∶30∶20∶663∶1 072∶15.39∶165。

出站坍落度控制在235 mm,3 h坍落度損失5 mm～10 mm。

2.2 混凝土輸送泵的選擇

本工程，混凝土的最大輸送高度為343 m。根據(jù)混凝土在不同階段、不同部位的施工情況來配備混凝土輸送泵。塔樓地下、地上主體施工階段，為了提高混凝土的輸送效率，配備移動(dòng)式布料機(jī)。地下室基礎(chǔ)混凝土采用4臺(tái)HBT60拖式輸送泵及1臺(tái)汽車泵進(jìn)行施工；塔樓采用2臺(tái)三一重工的HBT90.40.572RS型超高壓混凝土輸送泵，輸送泵性能見表2。

2.3 混凝土泵管的選擇

由于超高泵送過程中，混凝土泵管內(nèi)的泵送壓力較大，所以必須采用耐高壓的混凝土輸送管方能滿足泵送要求，具體選擇如表3所示。

表3 泵管選擇表

2.4 混凝土泵管的布置

泵管布置的原則：

1)豎管與水平管之間的動(dòng)力要平衡，防止倒流，底層水平管折算長(zhǎng)度不小于泵送總高度的1/5。

2)考慮豎管的最大承載力，分別在25層(110 m)和48層(207 m)設(shè)置水平管減壓。

3)每?jī)晒?jié)混凝土輸送管至少用一個(gè)固定管夾固定，固定管夾可用地腳螺栓固定于墻體或混凝土墩上。

具體為：出口布置80 m水平管、90°彎管2個(gè)、175～125變徑管1個(gè)；在高110.650 m的25層，布置了9 m水平管、90°彎管2個(gè)；在207.6 m的48層，布置了9 m水平管、90°彎管2個(gè)，一直往上升，施工層需要布置水平管長(zhǎng)度，最大不超過10 m，最終與布料桿連接，直管兩端用架體固定牢靠。布料機(jī)上有4個(gè)90°彎頭，高4.5 m。其余按常規(guī)配置。

2.5 泵送能力計(jì)算

2.5.1配管水平換算長(zhǎng)度計(jì)算

L=(l1+l2+…)+k(ht+h2-…)+f×m+b×n1+t×n2。

其中，L為配管的水平換算長(zhǎng)度，m；l1,l2…為水平配管長(zhǎng)度，m；ht,h2…為垂直配管長(zhǎng)度，m；m為軟管根數(shù)，根；n1為彎管個(gè)數(shù)，個(gè)；n2為變徑管個(gè)數(shù)，個(gè)；k，f，b,t分別為每米垂直管及每根軟管、彎管、變徑管的換算長(zhǎng)度，k=4,f=20,b=9,t=8，則：

L=1 625.4 m。

2.5.2混凝土泵的最大運(yùn)輸距離

LMAX=(PE-PF)/ΔPH×106。

其中，PE為混凝土泵額定工作壓力，MPa；Pf為混凝土泵送系統(tǒng)附件及泵體內(nèi)部壓力損失(查表取值)；ΔPH為混凝土在水平管內(nèi)流動(dòng)每米產(chǎn)生的損失。

K1=300-S1;

K2=400-S1。

其中，S1為混凝土坍落度,mm;t2/t1為混凝土泵分配閥切換時(shí)間與活塞推壓混凝土?xí)r間之比，當(dāng)設(shè)備性能未知時(shí)可取0.3；r0為混凝土輸送管半徑，m；v2為混凝土輸送管內(nèi)的平均流速，m/s，當(dāng)排量達(dá)40 m3/h時(shí)，流速約0.91 m/s；α2為徑向壓力與軸向壓力之比，對(duì)普通混凝土取0.90。

經(jīng)計(jì)算：

LMAX=3 214 m，大于1 625 m。

泵按低耗環(huán)保狀態(tài)計(jì)算:

LMAX=2 663 m，大于1 625 m。

證明采用該種混凝土泵，其泵送能力滿足混凝土輸送的需要。

3 其他注意事項(xiàng)

1)混凝土的組織應(yīng)及時(shí)，切忌“斷料”情況的出現(xiàn)；

2)按期測(cè)定混凝土坍落度，保證坍落度符合設(shè)計(jì)要求；

3)混凝土澆筑前后，需按規(guī)定進(jìn)行潤(rùn)管和洗管；

4)為保證混凝土的均質(zhì)性，攪拌車在向泵機(jī)喂料前可反向高速轉(zhuǎn)動(dòng)20 s～30 s，避免因混凝土在泵送過程中滯留過長(zhǎng)而造成凝結(jié)堵管現(xiàn)象；

5)現(xiàn)場(chǎng)最好能布置兩套輸送管，避免因堵管時(shí)間過長(zhǎng)影響澆筑；

6)立管彎頭部位應(yīng)采取特別加固措施，避免下墜情況發(fā)生；

7)應(yīng)在出泵10 m及豎管第一次穿樓層位置各設(shè)置一個(gè)截止閥。

4 結(jié)語

花果園N11，N12號(hào)樓采用該方案進(jìn)行混凝土泵送工作，整個(gè)施工過程順利，未出現(xiàn)過長(zhǎng)時(shí)間堵管、輸送不到預(yù)定高度等情況，得益于項(xiàng)目管理團(tuán)隊(duì)在施工前做出的精心策劃，也感謝他們對(duì)本篇論文寫作提供的幫助。