超高層建筑中頂升自密實鋼管混凝土配制與應用

臧金源　劉桂賓　尹國利

(青島青建新型材料集團有限公司，山東青島　266000)

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超高層建筑中頂升自密實鋼管混凝土配制與應用

臧金源劉桂賓尹國利

(青島青建新型材料集團有限公司，山東青島266000)

摘要:結(jié)合青島市國際航運中心項目的施工難點，介紹了頂升自密實鋼管混凝土配合比的設計方法，從泵送設備的選擇、混凝土澆筑、泵管清洗等方面，闡述了混凝土的質(zhì)量控制及現(xiàn)場施工要點，達到了良好的施工效果。

關鍵詞:鋼管混凝土，泵送頂升法，自密實混凝土，配合比

0　引言

隨著建筑理論的深入研究和高性能自密實混凝土施工工藝的不斷發(fā)展，鋼管混凝土在超高層建筑中得到廣泛應用。鋼管混凝土是在鋼管內(nèi)填充混凝土，使鋼管內(nèi)的混凝土處于三向受壓狀態(tài)，提高混凝土的抗壓強度;同時，鋼管內(nèi)部的混凝土又可以有效地防止鋼管發(fā)生局部屈曲，將兩種不同性能的材料組合在一起，充分發(fā)揮了兩者的特點與優(yōu)勢。

目前，鋼管自密實混凝土的施工方法主要有兩種:1)高位拋落免振搗法，鋼管分成多段，將自密實混凝土從頂部澆筑，該施工方法可能導致管內(nèi)混凝土不連續(xù)、整體性差，且施工時間長，施工質(zhì)量無法保證，同時存在較大的施工安全隱患。2)泵送頂升澆筑法，該施工方法是在管柱下部開臨時澆筑孔，利用混凝土輸送泵自下向上澆筑混凝土，該施工方法能較好的避免高拋法的各種弊端，是目前澆筑鋼管混凝土最行之有效的方法。本文所述的鋼管自密實混凝土的施工采用泵送頂升法澆筑。

1　工程背景

青島市國際航運中心項目位于市北區(qū)連云港路66號，建筑面積160 057．13 m2，主樓塔高為254．4 m，主樓為框架—核心筒結(jié)構(gòu)，框架結(jié)構(gòu)由鋼管混凝土柱和鋼梁組成。平面共布置了15根鋼管混凝土柱，鋼管柱最大直徑為1 400 mm，最小直徑為1 000 mm，鋼柱最大壁厚為35 mm。

本工程主樓豎向鋼管柱采用超高層自密實混凝土頂升法施工，自密實混凝土等級為:C60(頂升高度6層～24層)，C50(頂升高度25層～56層)。

2　施工難點

1)鋼管內(nèi)加肋。本工程外框架由鋼結(jié)構(gòu)圓管柱和鋼梁組成，鋼管柱內(nèi)灌注混凝土，為加強鋼管柱的剛度，在鋼管柱內(nèi)設置橫向加勁肋，因此給混凝土施工帶來極大難度。

2)超高層泵送。本工程最大泵送高度為256 m，泵管總長度大于320 m，因為泵送高度大，泵送距離長，因此該工程對泵送設備的可靠性，泵管的直徑、壁厚以及泵管的設置、固定均有較高的要求。

3)15根柱子連續(xù)施工。15根柱子依次澆筑，需要足夠的拆管接管時間，工人操作時間控制在15 min～30 min之間。

綜合考慮，本工程采用泵送頂升法澆筑鋼管混凝土，鋼管混凝土強度等級為C60(頂升高度6層～24層)，C50(頂升高度25層～56層)。要保證鋼管混凝土的順利澆筑和質(zhì)量，關鍵是要保證混凝土的泵送性和自密實性，因此制備出的混凝土需要具有良好的流動性以及流動保持性，同時還需具有較小的黏度和適當?shù)哪Y(jié)時間。在澆筑過程中混凝土要經(jīng)過鋼管中的橫向肋板填充密實，因此混凝土流動性要高。由于樓層高，泵送壓力大，混凝土要有較小的黏度，以降低泵送頂升壓力，且要求混凝土流動性和坍落度的經(jīng)時損失要小。

3　混凝土配合比設計

3．1原材料選擇

1)水泥:選用煙臺三菱水泥有限公司生產(chǎn)的P．O52．5級水泥。水泥組分及性能對混凝土施工性能影響較大，要根據(jù)細度、標準稠度用水量來選取水泥，本文選用三菱P．O52．5水泥，性能指標見表1。

表1　水泥主要性能指標

2)礦物摻合料:選用Ⅰ級粉煤灰，細度為11%，燒失量3．1%，需水量比93%。由于礦粉比表面積大、顆粒形狀不規(guī)則，并且會增加混凝土的黏度，因此本文僅選用粉煤灰作為摻合料制備混凝土。

3)骨料:本工程輸送管內(nèi)徑為125 mm，頂升混凝土的施工工藝，保證混凝土的密實效果，針對目前青島的地材情況，采用5 mm～20 mm連續(xù)級配的玄武巖碎石，針片狀含量1．2%，壓碎值指標4．6%，堆積密度1 510 kg/m3，表觀密度為2 760 kg/m3。砂選用水洗兩邊河砂，細度模數(shù)2．7，含泥量2．3%，堆積密度1 480 kg/m3，表觀密度為2 660 kg/m3。

4)外加劑:選用山東中巖建材科技有限公司專門配置的NZY-TPC聚羧酸系高性能減水劑，固體含量11．5%，pH值6．5，減水率28%，推薦摻量2．5%。確保了混凝土在高流動性狀態(tài)下具有較好的黏聚性。

5)膨脹劑:選用武漢三源特種建材有限責任公司SY-AEA型高效減縮膨脹劑，限制膨脹率水中7 d不小于0．025%。為防止鋼管混凝土在水化過程中的化學收縮和自干燥收縮，在配制混凝土時，采用了一定量的優(yōu)質(zhì)膨脹劑。

3．2混凝土性能要求及配合比設計

為了滿足泵送頂升施工工藝的質(zhì)量，混凝土除了要有較好的自密實性，還要有較低的收縮性能以及較好的流動保持性(3 h無大的坍落度、擴展度損失)，同時具備足夠的混凝土初凝時間(不小于10 h)，以保證混凝土在整個泵送頂升過程中保持良好的流動性。另外，為了滿足15根柱子連續(xù)施工，要求混凝土在泵管中靜置30 min無分層抓底現(xiàn)象，保證和易性良好。

通過大量試驗對比和驗證，最終確定滿足工程需要的自密實混凝土配合比見表2，具體性能見表3。

表2　自密實混凝土配合比　kg/m3

表3　自密實混凝土性能

4　混凝土質(zhì)量控制及現(xiàn)場施工

4．1泵送設備的選擇及管線布置

本工程施工高度為256 m，項目考慮到實際情況，24層(100 m左右)以下頂升施工采用ZLJ5121THB型普通車載泵，24層以上采用三一重工生產(chǎn)的HBT90CH-2128D超高壓混凝土泵。

由于施工工藝的特殊性，對泵管線路設計要求嚴格，經(jīng)過多方考慮確定了本次混凝土澆筑泵管的布置方案，具體管線設計如下:

1)在高層混凝土泵送中要求，水平管與豎直管道長度之比應不小于1/4左右，用來平衡垂直管道混凝土產(chǎn)生的反壓。泵送高度256 m，地面水平管設置長度為65 m，水平管節(jié)點處采取泵管固定措施，見圖1。

圖1　水平管節(jié)點構(gòu)造措施及液壓截止閥示意圖

2)在28層設置轉(zhuǎn)換層，轉(zhuǎn)換層樓面設置30 m的水平管，來平衡垂直管道混凝土產(chǎn)生的反壓。在距離車載泵5處，設置1個液壓截止閥，防止泵管內(nèi)的混凝土回灌入泵車內(nèi)。

3)由于下部泵管內(nèi)壓力較高，所以在30層以下采用了φ125×8高頻淬火鋼管，壁厚為8 mm，彎管采用耐磨鑄鋼，有30°，60°和90°，管道使用平口法蘭螺栓連接，采用O形圈端面密封方式密封。

4．2混凝土的澆筑

1)合理的泵送工藝:混凝土泵送前，先用清水潤濕泵管;接著泵送0．5 m3水泥漿，避免泵管中潤泵砂漿和水直接接觸，防止水沖刷砂漿堵管;接著泵送同混凝土配合比的砂漿用以潤滑泵管，潤泵完成后水和水泥漿統(tǒng)一收集接出，砂漿泵入柱子內(nèi)，每根鋼管柱混凝土連續(xù)澆筑完成(見圖2)。

2)混凝土頂升至柱頂后，輸送泵停止工作，穩(wěn)壓5 min～6 min，若柱頂混凝土面無明顯回落，關閉止回閥，拆除混凝土輸送管，安裝封頭，混凝土輸送泵管移至下一鋼管前就位。單根鋼管混凝土澆筑完后，應及時清理從排氣孔流出的水泥漿污染的鋼結(jié)構(gòu)。

圖2　混凝土輸送圖

4．3混凝土泵管清洗

由于自密實混凝土自身黏度較大，輸送管道的清洗是一個非常重要的環(huán)節(jié)。泵送管道清洗不到位會直接影響下次施工的順利進行。

本工程采用超高壓清洗的方法，混凝土泵送完成后，澆筑2料斗～3料斗同混凝土配合比的砂漿作為過渡層，再用清水進行清洗，砂漿和清水之間加一海綿球進行間隔。這樣清水到達的高度和泵送高度相同，這樣既清洗了泵管又避免了泵管內(nèi)混凝土的浪費。

5　結(jié)語

青島國際航運中心項目成功應用頂升混凝土施工工藝，C60自密實混凝土最大澆筑高度104 m，C50自密實混凝土最大澆筑高度256 m。順利施工的關鍵是混凝土具有較高的流動性、良好的自密實性、較低的黏度和較好的流動性保持性能;同時頂升自密實混凝土施工是一種系統(tǒng)工作，除對混凝土性能嚴格要求外，還要從設備的選用、混凝土泵管布置、施工工藝及泵管清洗等方面綜合考慮，才能保證工程的質(zhì)量。

同時，頂升法施工與傳統(tǒng)的高拋法相比，在施工進度、質(zhì)量和安全等方面給工程帶來了較好的收益和效果，具體如下:

1)頂升法施工降低了接管難度，單次混凝土澆筑時間縮短，減少了人工投入;頂升施工不受節(jié)點施工的制約，同時也不會影響上部鋼結(jié)構(gòu)的安裝和樓層混凝土的施工。鋼管柱混凝土頂升可以在“業(yè)余時間”進行施工，對整體工程而言，大大縮短了施工工期。2)頂升法施工無須搭設專用的澆筑平臺，增加了操作的安全性，降低了大量的安全平臺搭設成本和人工費。3)頂升自密實混凝土施工，更能實現(xiàn)鋼管混凝土的密實性，保證混凝土質(zhì)量。

參考文獻:

［1］余成行．C60泵送頂升自密實鋼管混凝土的配制與施工［J］．混凝土，2010(10):102-106．

［2］蔣正武，潘微旺，李享濤，等．泵送頂升鋼管拱自密實混凝土施工技術(shù)［J］．建筑技術(shù)，2011，42(2):134-137．

［3］王明月，李科研，王晶晶，等．C50頂升自密實鋼管混凝土在高層建筑中的應用［J］．商品混凝土，2014(2):57-69．

［4］牛志平，彭世發(fā)，朱文生，等．超高層鋼管自密實混凝土頂升法施工技術(shù)［J］．建筑技術(shù)，2013，44(1):37-40．

Preparation and application of the lifting-up pumping self-compacting concrete-filled steel tubes in high building

Zang JinyuanLiu GuibinYin Guoli
(Qingdao Qingjian New Materials Co．，Ltd，Qingdao 266000，China)

Abstract:Combining with construction difficulties of international shipping center in Qingdao city，the paper introduces the mixing proportion design methods of the lifting-up pumping self-compacting concrete-filled steel tubular，and describes concrete quality control and in-situ construction points from aspects of pumping facility selection，concrete casting and pumping-pipe cleaning，so as to achieve great construction effect．

Key words:concrete filled steel tubular，lifting-up pumping method，self-compacting concrete，mixing proportion

作者簡介:臧金源(1986-)，男，助理工程師;劉桂賓(1982-)，男，工程師;尹國利(1976-)，男，工程師

收稿日期:2015-10-26

文章編號:1009-6825(2016)01-0128-02

中圖分類號:TU528．59

文獻標識碼:A