復(fù)建超高層建筑的混凝土運(yùn)輸研究

李志強(qiáng)

中鐵建工集團(tuán)有限公司廣州分公司 廣東 廣州 511400

廣州城際中心工程自2015年11月開工建設(shè)，受金融城片區(qū)120 m航空限高影響，于2017年4月施工至限高線即主體結(jié)構(gòu)26層樓板高度，2019年11月完成26層以下包括裝修、機(jī)電等所有工程建設(shè)內(nèi)容。按照最新政策，航空限高問題有望解決，應(yīng)業(yè)主要求，計(jì)劃對(duì)該工程進(jìn)行限高以上樓層復(fù)建。因混凝土輸送通道的選擇，需避開已建成的功能區(qū)域，故復(fù)建過程中的混凝土輸送成為制約混凝土結(jié)構(gòu)施工節(jié)奏的重難點(diǎn)問題?；诖?，本文對(duì)該超高層復(fù)建時(shí)的混凝土輸送方式和相關(guān)措施進(jìn)行研究[1-2]。

1 工程概況

廣州城際中心工程位于廣州國(guó)際金融城起步區(qū)A007-2地塊，是廣州金融城的地標(biāo)性亮點(diǎn)項(xiàng)目，是以城際軌道交通調(diào)度指揮中心、寫字樓、商業(yè)等配套設(shè)施為主的綜合性超高層建筑。項(xiàng)目占地面積14 759.8 m2，地下室3層，地上39層。項(xiàng)目建筑高度180 m，總建筑面積為142 363.9 m2。目前已施工至25層屋面（109.5 m），限高問題解決后，需繼續(xù)施工至地上39層。工程結(jié)構(gòu)如圖1所示。

復(fù)建工程范圍為26—39層，建筑面積為25 584 m2。

26—37層各樓層層高為4.2 m，38層層高為4.9 m，39層層高為6.7 m。工程主要結(jié)構(gòu)形式為框架核心筒結(jié)構(gòu)。核心筒的4個(gè)角從地下室至39層各設(shè)置了一個(gè)十字形鋼骨柱，塔樓主塔20層以下的核心筒外側(cè)周邊框架柱為鋼管柱，20—22層核心筒外側(cè)周邊框架柱為內(nèi)置型鋼的鋼骨混凝土柱。工程復(fù)建如圖2所示。

圖1 工程結(jié)構(gòu)示意

圖2 工程復(fù)建示意

2 混凝土輸送難點(diǎn)和重點(diǎn)分析

該工程已施工至25層頂板，目前頂板作為臨時(shí)天面已封閉，25層及以下均已裝修并安裝了機(jī)電設(shè)備，具備辦公及商業(yè)入駐條件，且未來一段時(shí)間內(nèi)將完全啟用25層以下區(qū)域。復(fù)建期間，混凝土的運(yùn)輸方式成為制約工程連續(xù)施工的一大阻礙。

混凝土澆筑時(shí)一般有塔吊和泵送這2種運(yùn)輸方式。塔吊運(yùn)輸方式效率低，且混凝土水泥漿容易“跑冒滴漏”，對(duì)已建成功能區(qū)建筑造成污染，影響已建成區(qū)運(yùn)營(yíng)。

相比于塔吊運(yùn)輸方式，泵送方式具有效率高、施工質(zhì)量易保證、能加快施工節(jié)奏等優(yōu)點(diǎn)，但泵管線路面臨布置難和無處設(shè)置的困境。已建成樓層區(qū)域四周的玻璃幕墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)均已封閉，輸送泵管不能在結(jié)構(gòu)外圍布置；已建成樓層區(qū)域已裝修并且即將投入運(yùn)營(yíng)，泵管也不能在結(jié)構(gòu)樓板上開孔布置。

根據(jù)復(fù)建工程的實(shí)際情況，經(jīng)過綜合研究分析，初步選定混凝土泵送方式，但需對(duì)其泵管線路的走向進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，避免走向運(yùn)營(yíng)的樓層功能區(qū)。

經(jīng)過研究分析，初步選定電梯井道作為輸送泵管的布設(shè)通道，即拆除電梯轎廂，利用電梯井道剪力墻來固定混凝土泵管，但在狹窄空間和已有電梯零件的條件下，如何安裝泵管并將其固定在剪力墻上是一個(gè)難點(diǎn)。同時(shí)，泵管須避開已運(yùn)營(yíng)的地面大廳，進(jìn)入電梯井道只有一處，且有汽車坡道阻礙，此為地面層混凝土泵管布置的又一難點(diǎn)。

3 總體思路

本復(fù)建工程混凝土結(jié)構(gòu)柱、墻體、梁、板等采用整體澆筑的方式，混凝土采用預(yù)拌混凝土，泵送機(jī)械采用地泵，并一次性從地面泵送到施工作業(yè)層。

根據(jù)復(fù)建工程施工特點(diǎn)，利用高位電梯井道作為混凝土輸送通道，高位電梯井道剪力墻作為混凝土泵管的安置位置。地面水平泵管從地面布置至高位電梯井道口，垂直泵管沿高位電梯井道壁固定在剪力墻上，作業(yè)層水平泵管連接到施工樓層上的布料機(jī)。

垂直泵管沿高位電梯井道壁一直安裝布設(shè)至26層施工作業(yè)層，且后續(xù)隨主體結(jié)構(gòu)升高而接長(zhǎng)，并保持整根垂直管在同一鉛直線上?？傮w方案如圖3和圖4所示。

圖3 地面層泵管布置示意

地面層水平段泵管，利用地面層汽車坡道作為水平通道，并穿過走廊，布設(shè)至高位電梯井道口。由于汽車坡道上有臨空面，水平泵管難以固定和架設(shè)，故在汽車坡道上設(shè)置鋼筋混凝土支墩支撐泵管。同時(shí)，為便于檢修，在汽車坡道上搭設(shè)鋼管腳手架檢修平臺(tái)，方便汽車坡道上水平泵管的檢修和維護(hù)。

圖4 高位電梯井道泵管布置示意

4 具體措施分析

4.1 泵送機(jī)械選擇及復(fù)核分析

從技術(shù)角度看，復(fù)建工程混凝土輸送機(jī)械選擇時(shí)主要考慮滿足超高層的高度要求，以及滿足地面層彎折管道后增加摩阻的技術(shù)要求。經(jīng)分析，混凝土輸送泵選型為HBT90型地泵，布料機(jī)選擇傳統(tǒng)的HGY10型布料機(jī)。泵送高度180 m，先進(jìn)行核心筒施工，再進(jìn)行外框架的施工。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，按最長(zhǎng)路徑配管：地面水平管布置42 m，90°彎管4個(gè)（地面層3個(gè)，澆筑層1個(gè)），垂直管按185 m計(jì)算，施工層需要布置水平管長(zhǎng)度，最大不超過60 m，最終與布料機(jī)連接。直管兩端用架體固定牢靠。軟管1個(gè)，其余按常規(guī)配置。

HBT90型地泵為市場(chǎng)上主流的高層混凝土輸送機(jī)械，根據(jù)此設(shè)備性能，最大泵送高度430 m，功率181 kW，完全可滿足此復(fù)建工程結(jié)構(gòu)需求。從經(jīng)濟(jì)角度來看，因有已建成運(yùn)營(yíng)樓層，泵送管道位于電梯井道中，施工作業(yè)空間狹小，檢修及故障消除困難，且水平段泵管彎折摩阻過多，易增加泵送壓力，故為降低泵管堵塞或其他故障發(fā)生的概率，應(yīng)選擇大功率混凝土輸送設(shè)備，泵送揚(yáng)程宜為1.5～2.0倍建筑高度。

4.2 輸送泵管布置

4.2.1 布置原則

輸送管道設(shè)置時(shí)應(yīng)盡量縮短管線長(zhǎng)度，少用彎管和軟管，最大限度地降低泵送管道的摩擦阻力。為最大可能降低輸送管道的總壓力，在管路布置時(shí)應(yīng)盡量減少?gòu)澒?、錐形管的數(shù)量，盡量采用大彎管。管道接頭應(yīng)嚴(yán)密，防止輸送管道壓力泄漏。

4.2.2 水平管道布置

垂直管道長(zhǎng)度隨建筑物高度的增加而增加，被輸送混凝土由于自重而產(chǎn)生回流的趨勢(shì)也隨之越來越明顯。為此，須鋪設(shè)一定長(zhǎng)度的水平管道，以保證有足夠的阻力減弱混凝土的回流。根據(jù)以往類似超高層的施工經(jīng)驗(yàn)，水平管的布置長(zhǎng)度應(yīng)達(dá)到垂直管的1/4長(zhǎng)度，本工程水平管長(zhǎng)度設(shè)置為42 m左右。汽車坡道上的水平管架在混凝土支墩上，并用鋼固定架固定，走道走廊上的水平管架設(shè)在混凝土墩臺(tái)上，并用鋼固定架固定（圖5）。

圖5 走道走廊上的水平管架設(shè)示意

鋼筋混凝土支墩立于汽車坡道上，植筋錨入汽車坡道結(jié)構(gòu)中，現(xiàn)澆并預(yù)留預(yù)制泵管固定架。支墩高度隨坡度變化，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C25，采用6根直徑18 mm三級(jí)螺紋鋼，直徑10 mm一級(jí)圓鋼箍筋，間距200 mm。主筋植入坡道底板（圖6）。

圖6 汽車坡道上的水平管架設(shè)示意

混凝土墩臺(tái)設(shè)置于走道至高位電梯前廳的地面部位，現(xiàn)澆并預(yù)留預(yù)制泵管固定架。墩臺(tái)均勻設(shè)置，不少于4個(gè)，高度500 mm，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C25，采用10根直徑18 mm三級(jí)螺紋鋼，直徑10 mm一級(jí)圓鋼箍筋，間距200 mm。主筋植入首層結(jié)構(gòu)板（圖7）。

4.2.3 垂直管道布置

垂直管道布置在高位電梯井道剪力墻上，并用鋼固定架固定。固定架在泵管接頭位置上下各設(shè)置1個(gè)，即泵管標(biāo)準(zhǔn)段每3 m長(zhǎng)度設(shè)置2個(gè)固定架（圖8）。

垂直管段鋼固定架，1—25層高位電梯井道采用后置埋件錨入的方式（圖9），26層往上采用隨混凝土結(jié)構(gòu)預(yù)埋的方式（圖10）。

圖7 混凝土墩臺(tái)平面示意

圖8 高位電梯井道垂直管布置示意

圖9 1—25層泵管固定架錨固示意

圖10 26層往上泵管固定架錨固示意

4.2.4 檢修平臺(tái)布置

由于偶數(shù)樓層的高位電梯處留有逃生門，故于首層和偶數(shù)樓層的高位電梯井道處搭設(shè)鋼檢修平臺(tái)，并在鋼檢修平臺(tái)上搭設(shè)鋼管腳手架，便于安裝泵管固定架以及檢修時(shí)的攀登作業(yè)。檢修人員從逃生門進(jìn)入高位電梯井道的鋼檢修平臺(tái)，并攀登鋼管腳手架進(jìn)行檢修和維修。鋼檢修平臺(tái)完全錨固在電梯井道結(jié)構(gòu)中。

將工字鋼一端通過后置錨板焊接到剪力墻上，另一端擱置在電梯廳結(jié)構(gòu)板上；再將花紋鋼板鋪于工字鋼梁上，形成鋼檢修平臺(tái)（圖11）。

鋼管腳手架搭設(shè)于鋼檢修平臺(tái)上，由鋼檢修平臺(tái)面搭設(shè)至下一鋼檢修平臺(tái)底。鋼管腳手架立桿立于檢修平臺(tái)工字鋼位置，排距1 175 mm，間距900 mm，步距1 200 mm。

為便于檢修，在汽車坡道上搭設(shè)鋼管腳手架檢修平臺(tái)，方便汽車坡道上水平泵管的檢修和維護(hù)。鋼管縱橫距900 mm，步距1 200 mm；采用方木作為次楞，鋼管作為主楞，厚15 mm膠合板作為面板，外側(cè)搭設(shè)高1 200 mm防護(hù)欄桿（圖12）。

圖11 鋼檢修平臺(tái)示意

圖12 汽車坡道檢修平臺(tái)示意

4.3 堵管、爆管處理措施

在混凝土澆筑過程中，若發(fā)現(xiàn)混凝土沒有正常泵送時(shí)，應(yīng)立即停止工作，從上往下逐層逐段沿泵管進(jìn)行排查，若發(fā)現(xiàn)泵管堵塞、爆管時(shí)，應(yīng)立即組織人力進(jìn)行疏通或更換。當(dāng)發(fā)生堵管時(shí)，先拆除首層電梯井道彎管上的第1節(jié)泵管，使立管中的混凝土因自重排至首層平臺(tái)，排除立管堵塞，再通知混凝土輸送泵重新工作，排除水平管堵塞；發(fā)生爆管時(shí)，應(yīng)先沿泵管排查，找到爆管位置，再將損壞的泵管拆除并更換。

發(fā)生泵管堵塞或者爆管時(shí)，可利用電梯隔層設(shè)置的逃生門進(jìn)入檢修平臺(tái)進(jìn)行排查。排查已建成運(yùn)營(yíng)樓層范圍內(nèi)的泵管時(shí)，應(yīng)按工程前期與已建成運(yùn)營(yíng)管理中心或物業(yè)商定好的應(yīng)急處理機(jī)制，聯(lián)系相關(guān)人員，以最短的時(shí)間排查故障并進(jìn)行處理。因處理泵管而產(chǎn)生的混凝土垃圾，應(yīng)將其先清理至雜物間，再裝入斗經(jīng)消防電梯轉(zhuǎn)運(yùn)下樓。

5 結(jié)語

超高層建筑復(fù)建時(shí)在技術(shù)上有一定的難度，其中，混凝土的運(yùn)輸成為關(guān)鍵性難題?；炷凛斔头绞降倪x擇以及相關(guān)輸送管道的布置形式均與已建成運(yùn)營(yíng)樓層功能和結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，總體上應(yīng)以保護(hù)已建成運(yùn)營(yíng)區(qū)域免受破壞和污染為原則進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。此外，本文所介紹的混凝土輸送方式還可以應(yīng)用于類似高層建筑的加建或者改建施工。