超高層建筑混凝土泵送施工關(guān)鍵技術(shù)探討

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0 引言

超高層建筑是指建筑高度超過100m的建筑，近年來，隨著技術(shù)經(jīng)濟的發(fā)展，超高層建筑不斷涌現(xiàn)，作為現(xiàn)代城市地標，正不斷地改變著城市生活和景觀?；炷帘盟褪┕な浅邔咏ㄖ┕ぶ械暮诵沫h(huán)節(jié)，通常也是施工難點。超高層混凝土泵送技術(shù)一般指泵送高度超過200m的現(xiàn)代混凝土泵送技術(shù)，超高層建筑的混凝土往往強度等級高、粘稠度大，泵送阻力大，泵送壓力高，致使泵送施工困難，容易出現(xiàn)堵管、爆管、泵送壓力損失的情況，嚴重影響工程進度[1-4]。因此，做好超高層混凝土泵送施工對超高層建筑乃至建筑技術(shù)的發(fā)展都具有相當重要的意義。超高層混凝土泵送施工是一個系統(tǒng)工程，本文從混凝土原材料選擇、配合比設(shè)計、產(chǎn)品性能、泵管布置、泵送設(shè)備選型及應(yīng)急管理等方面進行闡述分析，為超高層混凝土泵送施工提供參考。

1 混凝土性能

1.1 超高層混凝土目標設(shè)計

超高層泵送混凝土技術(shù)方面主要考慮減少混凝土泵送阻力，降低混凝土工作性能的泵送損失。具體要求為混凝土需具有大流動性、高抗離析性、低粘度、高保坍、低泵損。

1.2 原材料優(yōu)選

根據(jù)混凝土目標設(shè)計優(yōu)選原材料，具體要求為：

1）水泥，采用性能穩(wěn)定、水化熱低、凝結(jié)時間利于施工的42.5R級普通硅酸鹽水泥。

2）礦物摻合料，常用的有粉煤灰、石灰石粉、礦渣粉。粉煤灰，不宜低于Ⅱ級，一方面改善混凝土粘聚性和可泵性，另一方面最大限度地降低水泥用量，減少水化放熱，降低工作性能損失；石灰石粉，篩余細度宜小于15%，利用其微顆粒的填充效應(yīng)，增加混凝土抗離析性能，并減少混凝土壓力泌水；礦渣粉，不宜低于S95級，活性高，減少水泥用量，降低水化熱，同時改善混凝土微觀結(jié)構(gòu)，強化了漿體與集料界面的粘結(jié)力，提高混凝土抗離析性。

3）骨料，為進一步提高混凝土體系的穩(wěn)定性，減小離析，考慮降低大石子粒徑，改善骨料粒型，降低泵送摩擦阻力，粗骨料宜選用5～10mm、10～16mm級配的整形碎石，細骨料宜選用細度模數(shù)為2.5～2.8范圍的中砂。

4）外加劑，外加劑對于超高層泵送混凝土十分關(guān)鍵，建議根據(jù)工程特點調(diào)整專用外加劑，調(diào)整需充分考慮在大流動性及高壓泵送條件下混凝土整體的抗離析性能、高保坍性和低泵損性，嚴格控制混凝土工作性能的經(jīng)時和泵壓損失。

1.3 配合比設(shè)計

配合比設(shè)計圍繞提高混凝土可泵性開展，可泵性指新拌混凝土在泵壓下沿輸送管道流動的難易程度及穩(wěn)定程度的特性，主要表現(xiàn)為流動性和內(nèi)聚性[5]（抗離析性）。具體措施有，采用大摻量礦物摻合料，在保持水膠比不變的基礎(chǔ)上適當提高膠凝材料用量，適當提高砂率，增加水泥砂漿的量，提高混凝土流動性并最大程度減少泵送摩擦阻力；另一方面，采用相對較小粒徑的粗骨料，減少骨料沉降，采用高保坍、高抗離析、低泵損的專用外加劑，提升混凝土的抗離析性能。表1所示為某超高層工程泵送混凝土部分施工配合比。

表1 超高層泵送混凝土施工配合比

1.4 拌合物性能

根據(jù)大量試驗及工程應(yīng)用總結(jié)，筆者認為超高層泵送混凝土的拌合物性能以滿足表2要求為宜。

表2 拌合物性能技術(shù)要求

2 泵送施工

2.1 泵送壓力

混凝土泵送所需壓力主要包括三個部分，①混凝土在管道內(nèi)流動的沿程阻力造成的壓力損失，②混凝土經(jīng)過彎管等的局部壓力損失，③混凝土在高度方向的重力[6]?；炷帘盟妥枇τ嬎慵案黝愝斔凸軗Q算參照JGJ/T 10-2011《混凝土泵送施工技術(shù)規(guī)程》[7]，根據(jù)工程建筑高度和布管條件，計算混凝土泵送施工所需的最大泵送壓力，根據(jù)計算的最大泵送壓力進行泵機和泵管選擇。

2.2 泵管布置與安裝

1）泵管布置原則

（1）最短距離最少彎管原則，泵送管道的配管線路最短，管道中盡量少采用彎管和軟管，應(yīng)避免使用彎度過大的彎頭，管道末端活動軟管彎曲不得超過180°，并不得扭曲。

（2）1/4原則，水平管與豎直管道長度之比不宜小于1/4，宜在1/4-1/3范圍，水平長度有利于減緩垂直高度重力壓力對泵機設(shè)備的影響。當施工現(xiàn)場場地限制，水平管道長度無法滿足時，可以適當增加彎頭數(shù)量，用于抵抗豎向管道內(nèi)由于混凝土自重而對泵機產(chǎn)生的反壓。

（3）基準點原則，泵口不是布管的基準點，基準點是在水平與垂直管道的轉(zhuǎn)點，布管時首先需確定基準點的位置和高度，基準點泵管必須完全剛度固定。

（4）等高原則，水平管道應(yīng)遵循基準點等高原則，即與基準點高度保持在一個水平面，因為水平管靠近泵口，管道內(nèi)壓力最大，否則水平管易發(fā)生振動造成密封圈損壞或者爆管[8]。

（5）先布管后固定原則，為保證同一平面管道處于一個水平面，避免因長度不合適造成接管，影響工期，應(yīng)遵循先布管后固定原則。

（6）用一備一原則，考慮到主體混凝土澆量較大，考慮布置兩套完整管路，即使一套出現(xiàn)堵管時另一套也能繼續(xù)泵送。

2）泵管安裝與固定

超高層泵送管道宜采用高壓泵管，技術(shù)性能如表3所示，每次澆筑前對管壁厚度進行檢查，降低泵送過程中爆管風(fēng)險。豎直管在每層樓板預(yù)留孔處均應(yīng)固定，當垂直管固定在腳手架上時，要對腳手架進行加固。水平管與豎直管相連接的彎管采用水泥墩支撐，用砼管固定裝置固定牢固，當層高超過3m時，要采用U碼專用固定裝置將豎直管固定牢固，如圖1所示。水平管采用水泥墩支撐時，水泥墩的高度應(yīng)盡量與泵機出料口高度一致，混凝土墩間隔4-5m，水泥墩上應(yīng)預(yù)埋用來固定水平管的固定螺栓，如圖2a。泵機出口10m處設(shè)置截止閥，如圖2b，截止閥配合專用配電箱使用，由泵機操作工負責控制。

表3 高壓泵管技術(shù)性能

圖1 豎直管U碼固定

圖2 泵管安裝及固定示意

2.3 泵送設(shè)備選型

泵機的出口壓力和整機功率是選擇超高層混凝土泵送設(shè)備的關(guān)鍵指標，出口壓力決定泵送高度，整機功率是泵送方量的保證。為保證泵送的穩(wěn)定性、高效性，通常會預(yù)留一定的泵送壓力余量，根據(jù)實際經(jīng)驗，泵機的最大出口壓力應(yīng)比理論計算高20～30%，多出的壓力儲備用以應(yīng)付泵送過程的壓力損失及混凝土拌合物性能變化引起的異?，F(xiàn)象，避免堵管。根據(jù)工程經(jīng)驗，澆筑200～300m的超高層混凝土，一般選擇出口壓力26～28MPa的高壓泵，如三一HBT90CH-2128D高壓泵、中聯(lián)HBT110.26.390RS高壓泵，澆筑300～380m的超高層混凝土，宜選擇出口壓力35MPa及以上的高壓泵，如三一HBT90CH-2135DA高壓泵。

2.4 泵送作業(yè)

在泵送混凝土前先泵送一定量清水，使料斗、閥箱、泵管充分濕潤，然后采用砂漿潤滑管道，砂漿用量取決于輸送管的長度，一般按80m管道配合1m3砂漿使用，管道彎頭多時，應(yīng)適當增加砂漿用量。砂漿潤滑后，料斗內(nèi)的砂漿未泵送完，就應(yīng)送入混凝土，以防空氣進入閥箱。如混凝土供應(yīng)不上，應(yīng)在混凝土到場后再行泵送砂漿。開始泵送混凝土?xí)r，應(yīng)在確定作業(yè)面泵管已泵出混凝土?xí)r方可停止泵送，否則停泵易造成堵管。泵機料斗上應(yīng)裝有濾網(wǎng)，防止大粒徑石塊進入泵機。泵送混凝土?xí)r，混凝土應(yīng)充滿料斗，料斗內(nèi)混凝土面最低不得低于料斗攪拌軸。如混凝土供應(yīng)不上，泵送需要停歇時，每隔10min-15min反泵一次，反復(fù)推動泵管內(nèi)混凝土，以免混凝土下沉堵塞管道。

2.5 洗泵方法

超高層混凝土泵送施工中，洗泵工藝十分重要，尤其是水平管道容易沉砂，直接影響下一次泵送施工效果，宜使用海綿球進行泵管清洗，如圖3。洗泵分水洗和氣洗，氣洗是指利用空壓機的高壓氣體推動海綿球?qū)⒐艿纼?nèi)的混凝土從高處往下推送，水洗是利用泵機推動水和海綿球?qū)崿F(xiàn)管道的清洗。通常泵機在水洗時應(yīng)打開錐管將其清洗干凈，然后把用水浸過的扎成圓柱形的海綿球先后放進已清洗干凈的錐管中，再接回錐管和管路，關(guān)閉卸斗門，向料斗注滿水，然后泵送水直到清洗球從輸送管的末端冒出為止，所有清洗球均為一次性使用。

圖3 泵管清洗海綿球

3 應(yīng)急管理

3.1 供應(yīng)不及時、不連續(xù)

由于各種原因造成混凝土斷供，并在2小時內(nèi)無法繼續(xù)供應(yīng)的情況，應(yīng)及時發(fā)砂漿、水對泵管進行清洗，待后續(xù)恢復(fù)正常后再重新開盤。

3.2 原材料質(zhì)量異常

當有新材料入場或原材料質(zhì)量出現(xiàn)較大變化，并有可能對混凝土質(zhì)量產(chǎn)生較大影響，應(yīng)立即組織試配，合理調(diào)整配合比，經(jīng)檢測達到設(shè)計要求后方可生產(chǎn)。

3.3 運輸

站內(nèi)管理人員利用GPS監(jiān)控系統(tǒng)和手機APP信息化系統(tǒng)，密切監(jiān)控車輛動態(tài)和泵送驗證情況，若發(fā)現(xiàn)車輛有斷檔趨勢，及時調(diào)整車輛或運輸路線，防止現(xiàn)場供應(yīng)中斷。若混凝土運輸車在途中發(fā)生故障或因運力不足無法保證砼連續(xù)供應(yīng)，應(yīng)先暫停其他工程混凝土供應(yīng)，優(yōu)先保證超高層工程的混凝土供應(yīng)。

3.4 管道堵塞

對超高層建筑，建議管道采用用一備一原則，當發(fā)生管道堵塞時，一方面組織現(xiàn)場勞務(wù)人員盡快查找堵管位置，及時疏通管道；另一方面，對堵管泵機積壓的罐車調(diào)到相鄰泵機泵送，防止等待時間過長導(dǎo)致坍落度損失過大，影響工作性能。

4 結(jié)語

超高層建筑的混凝土泵送施工是一個系統(tǒng)工程，應(yīng)根據(jù)工程實際情況制定具體的技術(shù)方案，本文結(jié)合所供應(yīng)的幾個超高層混凝土泵送案例，從混凝土原材料選擇、配合比設(shè)計、泵送施工等關(guān)鍵環(huán)節(jié)進行了分析總結(jié)，取得了良好的生產(chǎn)供應(yīng)效果，為超高層混凝土泵送施工提供參考。