超高層混凝土泵送技術研究

李潤章

（中國水利水電第八工程局有限公司，湖南 長沙 410000）

近年來，我國超高層建筑數(shù)量持續(xù)增加，混凝土泵送技術的應用越來越廣泛。根據(jù)實踐分析可知，隨著泵送高度的增加，泵管內(nèi)的混凝土壓力不斷增大，且超高層建筑多數(shù)需使用高強高性能混凝土，黏度大、泵送阻力大，導致超高層混凝土泵送整體難度較大，合理的設備選擇與施工技術控制十分關鍵，文章主要圍繞此展開了詳細分析。

1 超高層混凝土泵送技術概述

基于我國現(xiàn)代城市的快速發(fā)展，各地區(qū)高層、超高層建筑興起一股建設浪潮，各地區(qū)“第一高樓”接連更替。世界高層建筑與都市人居學會（CTBUH）數(shù)據(jù)庫查詢顯示，近年來全球新建的100座摩天大廈中，中國占據(jù)了其中的51座，而最高的10座大廈中，我國有6座；自2015年至今，當年建成的最高建筑均在中國。分析此數(shù)據(jù)不難發(fā)現(xiàn)，我國已經(jīng)成為超高層建筑大國，混凝土工程作為其中的重要工序，如何有效落實相關澆筑工作十分關鍵。

目前隨著超高層建筑項目的逐步實施，對混凝土施工技術提出了更高的要求，超高層泵送技術的應用具有關鍵性意義。超高層往往混凝土泵送高度超過200m，對泵送壓力、混凝土可泵性要求高。目前，基于超高層建筑結(jié)構(gòu)強度、可靠性需要，往往采用的是高強高性能混凝土，與普通混凝土相比，其存在以下泵送特點：（1）高強高性能混凝土組分多、黏度大，以C60～C100混凝土泵送施工為例，泵送管理壽命只有普通混凝土的1/3～1/5；（2）高強高性能混凝土泵送阻力大，必須合理使用減水劑，保證混凝土流動性；（3）高強高性能混凝土對水的使用較為敏感，水量的變化會導致其擴展度、塌落度出現(xiàn)較大變化，一般情況下坍落度、擴展度分別以240～260mm、600mm以上為宜。

結(jié)合工程實踐分析可知，超高層混凝土泵送路徑較長，且面臨著泵送管道更換、檢修等問題，對此優(yōu)化混凝土配合比設計、合理選擇泵送設備、做好施工現(xiàn)場的監(jiān)控管理均十分重要，也是實現(xiàn)混凝土作業(yè)順利完成的必不可少的措施。

2 超高層混凝土泵送技術原理與應用要點

2.1 泵送技術原理

在超高層混凝土施工時，泵送作業(yè)是核心，多采用節(jié)水潤管法進行泵送施工。具體技術原理如下：在泵送管道內(nèi)加入一定的水，然后逐步泵送純水泥稀漿、砂漿、混凝土，順利將其泵送至指定位置。根據(jù)工程實踐經(jīng)驗分析可知，混凝土泵送即將結(jié)束時，合理預估管道內(nèi)殘留混凝土方量，合理回收利用，泵管長度與混凝土量的關系可參考如表1所示。

表1 泵管長度與混凝土量的關系

2.2 泵送設備選型

混凝土泵機、輸送管道的選型會直接影響混凝土工程施工效率與質(zhì)量，下文主要對此進行詳細分析。

（1）混凝土泵機。根據(jù)工作原理、理論輸送量、分配閥、驅(qū)動方式等依據(jù)，可將混凝土泵機劃分如表2所示。具體根據(jù)項目實際情況，如澆筑工程量、澆筑進度、混凝土坍落度等因素，合理選擇即可。

表2 混凝土泵機類型

（2）混凝土輸送管選型?；炷凛斔凸苁腔炷帘盟偷闹匾浇?，超高層泵送施工時，輸送管長度往往較長，且對其耐磨性要求相對較高，要防止高強高性能混凝土輸送時出現(xiàn)爆裂問題。目前，我國超高層混凝土施工運用較多的有電焊鋼管、高壓無縫鋼管，結(jié)合工程實踐分析，混凝土泵車相連位置、底部泵管，可選用內(nèi)部為螺旋紋式的泵管，有效避免堵管問題的出現(xiàn)；超高層泵送施工壓力較大，輸送管連接以法蘭夾密封圈為主，確保密封效果良好。

2.3 泵送技術應用要點

超高層混凝土泵送施工相對復雜，主要是各環(huán)節(jié)緊密相連，在施工前需把握好各個施工要點，并落實現(xiàn)場施工控制工作。

（1）泵送組織管理：超高層混凝土泵送，應制訂專項施工方案，落實相關組織管理工作，采取“定人定崗”制度，派專人落實質(zhì)量、安全監(jiān)控工作，保證泵送作業(yè)順利完成。

（2）混凝土配合比優(yōu)化：落實混凝土配合比試驗分析，判斷混凝土是否達到泵送要求，若是不達標，可適當優(yōu)化配比，直至混凝土工作性能滿足施工需求，具有較好的流動性，可順利泵送到指定位置。

（3）泵送過程控制：結(jié)合上述分析可知，超高層混凝土泵送步驟主要為泵水少量→泵送純水泥稀漿→泵送砂漿→泵送混凝土。施工時需嚴格根據(jù)項目具體情況布管，減少軟管、彎管，提前規(guī)劃好混凝土泵管走向、位置；保持混凝土泵送連續(xù)性，混凝土到達施工現(xiàn)場后，檢測合格后方可泵送；泵送過程中，泵送速度由慢到快，一旦發(fā)現(xiàn)泵機速度過快、泵管劇烈晃動等情況，應停止施工、查明原因；泵送因故中斷后，泵機每隔15min正反泵運行，防止混凝土凝固。

（4）混凝土溫度控制與養(yǎng)護：超高層混凝土泵送施工時，混凝土溫度不宜過高，否則不利于泵送施工的正常開展，可沿輸送管灑水、包裹濕麻袋，降低入模溫度；落實混凝土養(yǎng)護工作，養(yǎng)護時間≥14d，做好保濕、保溫工作。

3 工程案例

3.1 工程概況

文章以某綜合性建筑為例展開分析，該項目總建筑面積34萬m2，塔樓高568m，地上113層、地下5層，采用核心筒-外伸臂+外圍巨型斜撐框架結(jié)構(gòu)。此建筑混凝土結(jié)構(gòu)最大高度562m，泵送混凝土量總計20萬m3，具體混凝土強度要求如表3所示。

表3 不同結(jié)構(gòu)部位混凝土強度要求

3.2 超高層混凝土泵送設備選型

（1）超高壓輸送泵。①選型情況。該項目建筑高度超過500m，在進行超高壓輸送泵選型時，參考國內(nèi)已建、在建500m以上高樓選用的設備型號，最終擬選HBT9050CH-5M型輸送泵，具體參數(shù)如表4所示。同時，結(jié)合混凝土澆筑量、進度計劃，共配備3臺輸送泵。②計算復核情況。結(jié)合上文分析可知，C35、C70混凝土澆筑高度均要達到562m。根據(jù)《混凝土泵送施工技術規(guī)程》（JGJ/T 10—2011），對混凝土最大泵送阻力進行計算：該項目每套管路安裝2臺截止閥，混凝土泵送壓力損失為1.4MPa，經(jīng)綜合計算得到混凝土最大泵送阻力為16.04MPa，混凝土泵最大出口壓力按照120%進行取值，即19.25MPa。根據(jù)表5數(shù)據(jù)分析可知，此輸送泵最大壓力50MPa，可滿足實際作業(yè)需求。③超高壓泵管。該項目為超高層混凝土泵送施工，泵送壓力大、對泵管耐磨性能要求高，結(jié)合相關類似項目經(jīng)驗與廠家建議，最終決定選用超高壓耐磨泵管，具體技術參數(shù)如表5所示，可滿足工程實際施工需求，避免出現(xiàn)管道磨損需更換的情況。④布料機。該項目核心筒混凝土一次澆筑方量大，經(jīng)綜合分析選用2臺HGY24型布料機（臂長、自重分別為24m、12t）施工，并使用2套管道將布料機與頂模平臺連接，具體布置情況如圖1所示。

表4 HBT9050CH-5M型輸送泵參數(shù)

表5 超高壓耐磨泵管參數(shù)

圖1 布料機布置情況示意圖

3.3 超高層混凝土泵送設備與泵管布置

超高層混凝土輸送泵設置需滿足以下要求：（1）混凝土供應方便，可停放多臺攪拌運輸車；（2）配管方便；（3）安裝降噪棚；（4）盡量處于塔式起重機覆蓋范圍；（5）便于清洗，具有供水、排水設施。

超高層混凝土輸送管道需根據(jù)實際澆筑方案進行布置，注意盡量減少彎管、軟管，混凝土泵與垂直管間設一定長度水平管道，防止出現(xiàn)混凝土回流的情況；采用特制固定卡具固定好泵管，所有轉(zhuǎn)彎處做好加固工作，控制好振動問題；該項目設有2套截止閥，一套在輸送泵出口10m位置，另一套在豎向第一根垂直管上。

3.4 超高層混凝土泵送施工技術要點

超高層混凝土泵送施工流程如圖2所示。

圖2 泵送施工流程示意圖

具體施工技術要點如下：（1）泵水：泵水施工的目的是檢驗管理的密閉性，并對留存在管道中的雜物進行清洗，同時潤濕管道；泵水施工前，可在泵機料斗上設置鋼筋濾網(wǎng)（0.5mm），以免水中帶砂。（2）泵送凈漿。泵送一定量的凈漿，并使用4～5個浸水牛皮紙塞子，實現(xiàn)對砂漿與水的隔離，防止出現(xiàn)堵管情況。（3）泵送砂漿。泵送同強度、等級砂漿，具體根據(jù)實際泵送高度確定泵送方量，至少充滿一半長度管道。（4）泵送混凝土。根據(jù)施工現(xiàn)場實際混凝土供應情況確定泵送速度，料斗內(nèi)確保有充足的混凝土，一旦發(fā)現(xiàn)混凝土供應不及時，立刻放慢泵送速度，適當采用間歇式泵送方法，間隔時間＜5min；現(xiàn)場施工隨季節(jié)調(diào)整混凝土配合比，以晚上、凌晨溫度較低時開展混凝土澆筑工作為宜，嚴格控制好混凝土入泵、入模溫度。（5）洗泵方法。該項目結(jié)合類似工程經(jīng)驗，決定采用以下泵管清理方法。①300m以下采用水洗工藝，管清洗系統(tǒng)為豎向回水管+三級沉淀池；②300m以上采用水氣聯(lián)洗工藝，管清洗系統(tǒng)為氣洗裝置+混凝土回收裝置?；炷帘盟秃?，先進行氣洗，控制壓縮空氣壓力≤0.8MPa，緩慢開啟氣閥；完成氣洗后，關閉氣閥并實施水洗施工。通過氣洗可最大限度地回收混凝土，同時節(jié)約水洗用水量，真正實現(xiàn)綠色作業(yè)。

4 結(jié)束語

綜上所述，基于現(xiàn)代建筑業(yè)的發(fā)展，超高層混凝土泵送技術發(fā)揮著越來越重要的作用。由于泵送高度高、混凝土自身阻力大，為保證混凝土作業(yè)順利完成，必須合理制訂相應的施工方案，嚴格組織、精心施工。在工程實踐中，超高層混凝土配合比設計、泵送設備選型以及泵送過程控制十分關鍵，切實防止施工中出現(xiàn)堵管問題，從而影響整個建筑施工質(zhì)量與安全性。此外，完成泵送后應合理回收管內(nèi)殘余混凝土，真正落實現(xiàn)代綠色施工理念，切實保證項目整體質(zhì)量可靠、環(huán)保經(jīng)濟。