超高层建筑混凝土泵送施工技术研究

超高层建筑混凝土泵送施工技术研究

袁爱华

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摘要：在高层及超高层建筑施工中，由于混凝土强度等级及泵送高度较高，混凝土泵送时容易产生堵管、爆管等问题。针对此，以武汉精武路项目T5塔楼为例，探讨了超高混凝土泵送施工技术，包括关键技术和注意事项。通过合理选择输送泵及泵管位置、设置洗泵管道及三级沉淀池、调整间隔时间和人工、优化原材料选择和混凝土配合比等措施，有效实现了超高混凝土的泵送，保证了混凝土浇筑质量和施工进度。

关键词：超高层建筑；混凝土泵；送堵管

引言

随着经济的快速发展,高层以及超高层建筑如雨后春笋般拔地而起。目前大多数超高层建筑主要以核心筒+钢框架为主。在超高层建筑施工中,混凝土的泵送极为重要,也是极具难度的工作。一方面随着泵送高度的增加,泵送的压力也不断增大;另一方面混凝土采用高强混凝土,粘度大,容易造成堵管问题。本文以武汉精武路超高层T5塔楼为例,针对实际施工中存在的超高混凝土泵送问题,提出具体的解决措施,保证混凝土的浇筑质量。

1 工程概况

1.1 项目概况

武汉精武路项目位于武汉市江汉区核心地段,总建筑面积为41×104m2,地上建筑面积34×104m2,地下建筑面积7×104m2。其中T5塔楼建筑面积15.4×104m2,高328.35 m,共64层,结构形式为钢框架+核心筒结构。核心筒主要以钢板剪力墙+型钢柱+型钢梁为主,外框主要以钢管混凝土柱+钢梁+伸臂桁架+楼承板为主。

1.2 核心筒及外框结构混凝土概况

本工程T5塔楼核心筒及外框混凝土涉及多种强度等级,从C35～C70不等。

2 施工重难点

2.1 楼层增高导致泵车压力不足

本工程T5塔楼高328.35 m,随着泵送高度的增加,混凝土泵送的形式也在改变,由天泵改为地泵。泵车的泵送压力也在不断增高,如何选用合适的泵送压力是混凝土顺利泵送的主要条件之一。

2.2 混凝土洗泵管水及砂浆处理难度大

混凝土每次泵送前后,需要提前采用打水+砂浆的形式对泵管进行洗管和润管。随着楼层高度的增加,洗泵管用水量及砂浆量也随之增加。这些水和砂浆如何处理排放是混凝土泵送过程中需要解决的主要问题之一。

2.3 钢管混凝土柱浇筑时停顿间隔长,易造成堵管

本工程外框位置有18根钢管混凝土柱,钢管柱浇筑落后于外框楼承板施工。钢管柱需要一根接一根进行浇筑,中间涉及拆泵管,重新装弯管等操作,耗时15～20 min,这将导致泵车中混凝土等待时间过长,产生分层现象,且楼层内竖向泵管易形成混凝土挂壁,使得混凝土再次泵送时会出现堵管现象。如何避免堵管是混凝土泵送过程中主要的问题之一。

2.4 混凝土强度及泵送高度高,对配合比要求高

本工程塔楼混凝土最大强度等级为C70,最高需要泵送至328.35 m,水泥用量多,混凝土粘度大,且核心筒结构内存在劲性柱、钢板墙,节点位置钢筋直径大、密集,混凝土浇筑困难。对混凝土配合比、塌落度、扩展度要求严格,需严格控制水泥、砂、石子、水、添加剂等原材料的比例。

3 关键施工技术

3.1 合理选择输送泵及泵管布置

3.1.1 输送泵选择

选择高强混凝土输送泵时,泵送出口的压力是决定混凝土泵送高度的重要因素。T5塔楼最高为328.35 m,按340 m高度计算所需压力。根据JGJ/T 10—2011《混凝土泵送施工技术规程》,混凝土泵送所需压力P包含三部分:混凝土在管道内流动的沿程阻力造成的压力损失P1、混凝土经过弯管的局部压力损失P2以及混凝土在垂直高度方向因重力产生的压力P3。

3.1.1. 1 水平管压力损失

水平管压力损失计算见式(1)。

式中:

l为管道总长度,垂直高度按340 m,取水平管道70 m,布料机长度及水平管80 m,总长按490 m计算;

d为混凝土输送管内直径,125 mm;

k1为粘着系数,取k1=300-S,S为塌落度,本工程S取220 mm,则k1=80 Pa;

k2为速度系数,取k2=400-S,则k2=180 Pa;

为混凝土泵分配阀切换时间与活塞推压混凝时间之比,其值约0.3;

V2为混凝土在管道内的流速,当排量达50 m3/h时,流速约1 m/s;

α2为径向压力与轴向压力之比,其值约0.95。

计算得:理论计算P1=4.67 MPa

3.1.1.2弯管压力损失

含地面水平弯管及布料机弯管共9个90°弯管,每套管道设置1个截止阀,每个90°弯管压力损失0.1 MPa。截止阀压力损失0.05 MPa,分配阀压力损失0.2 MPa,则弯管压力损失为:

3.1.1.3竖管中混凝土自重压力损失

竖管中混凝土自重压力损失计算见式(2)。

式中:ρ为混凝土密度,取2500 kg/m3;g为重力加速度,取9.8 m/s2;H为泵送高度,按340 m计算。

因此,P=P1+P2+P3=4.67+1.15+8.33=14.15 MPa。

根据上述计算可知,将C70混凝土输送到高340 m的最大出口压力值为14.15 MPa。61层以上混凝土强度等级为C50,因此混凝土最后泵送出口压力要小于上述计算值。结合现场施工需求,选用出口压力最小为26.5 MPa,最大为47.6 MPa的输送泵,符合泵送需求。

3.1.2 泵管布置

结合现场场地规划,为减少弯管使用量,最大限度降低泵送阻力,在塔楼设置两套泵管[3]。100 m以下采用法兰泵管,壁厚9 mm;100 m以上采用普通管,壁厚6 mm。1号输送泵位于塔楼西南位置,呈“L”型布置,水平长度为69.8 m;2号输送泵位于塔楼东南位置,呈“U”型布置,水平长度为67.8m,均满足水平管道长度为垂直泵送高度的1/4～1/5要求。

水平泵管下设混凝土墩,从泵送口至垂直管道位置,混凝土墩需形成坡度,并在墩中预埋槽钢,采用紧固件与槽钢连接,保证泵管泵送时的稳定性。竖向泵管在大堂夹层采用废旧的施工电梯标准节作为泵管固定装置,避免泵管在11 m高度范围内无固定措施。其余楼层采用“U”型管卡与钢板焊接固定。

3.1.3 布料机选择

根据楼层特点,T5塔楼混凝土浇筑选用在核心筒内设置2台液压布料机,型号为HG28A-3R,布料机半径为28 m,可满足塔楼水平及竖向结构混凝土浇筑施工。

该液压布料机布置在核心筒楼板上,需在楼板每次浇筑时留置“凸”形洞口。液压布料机独立高度较高,其C型框按照上、中、下三层布置,需穿过3层楼板。

由于核心筒楼板无法承受布料机运行时荷载,需要在每个预留洞口两侧各设置一根转换钢梁,转换钢梁采用HK250×250×12×12,每根转换钢梁长度为4 m,C型框正对工字钢腹板部分采用加劲板焊接,加劲板厚10 mm,间距150 mm。C型框与钢梁采用M30螺栓连接,螺栓孔应避开加劲板位置。通过转换钢梁将布料机荷载传递给楼板主梁。通过计算,为了满足布料机爬升需要,承受布料机荷载的主梁需要增大配筋进行加固。

首次安装C型框需要在主梁对应转换钢梁的位置植入M20 mm膨胀螺栓来固定转换钢梁,先将中层的内框架固定好,在放入布料机立柱调整垂直后将上、下两层的钢框架固定。根据膨胀螺栓位置,在后续楼层施工过程中,提前在该位置预埋ϕ20 mm“U”形螺栓固定转换钢梁。

3.2 设置洗泵管道及三级沉淀池

混凝土泵送前后,对泵管进行润管及洗管作为施工中的一环,有其特殊的重要性。为使润管砂浆及洗管用水不在楼层内停留。在塔楼核心筒内部设置竖向ϕ300 mm的钢管作为泵送前后清洗通道。除此之外,在35层洗泵管道位置设置3级沉淀池,沉淀池水通过PVC管接入下层洗泵管道内排入地下室,砂浆采用人工定期清理。一方面保证输送泵管内部干净,另一方面保证沉淀池中水位不溢出。

3.3 调整间隔时间及人工

针对外框钢管柱混凝土施工中存在的拆管时间长、竖向泵管中混凝土挂壁、罐车中混凝土容易离析的问题,首先更换熟练技术工人,提高拆管速度,缩短混凝土等待时间。其次在拆管期间间隔5 min打一次泵,保证罐车内混凝土不离析。

结束语

超高混凝土泵送会出现较多问题,为保证混凝土浇筑质量,降低超高混凝土泵送难度,需对超高混凝土泵送从前期原材料到后期养护整个施工过程进行综合梳理。在保证符合设计的前提下,规范执行泵送任务,确保达到预期效果。

参考文献

[1] 袁科军.超高层混凝土泵送施工技术[J].城市建筑空间，2022,29(S1):289-290.

[2] 中华人民共和国住房和城乡建设部.混凝土泵送施工技术规程：JGJ/T 10—2011[S].北京：中国建筑工业出版社，2011.