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        超高層建筑多筒結(jié)構(gòu)混凝土泵送施工技術(shù)

        2014-09-20 07:59:22
        建筑施工 2014年10期
        關(guān)鍵詞:泵管高壓泵泵送

        中建八局第三建設(shè)有限公司上海公司 上海 200135

        1 工程概況

        1.1 建筑概況

        背景工程位于上海市浦東新區(qū)陸家嘴環(huán)路,銀城中路以西花園石橋路以南的位置,毗鄰金茂大廈和上海環(huán)球金融中心,地處陸家嘴金融貿(mào)易區(qū)的核心地段,與新建的上海中心隔街相望。項(xiàng)目總建筑面積約113 382 m2,其中地上建筑面積為87 407 m2,地下建筑面積為25 975 m2;建筑總高度為200 m,地上31 層,地下4 層。建成后為一棟5A級寫字樓,地下2~4層為停車庫,地下1層為商業(yè)區(qū)。

        1.2 結(jié)構(gòu)概況

        本工程結(jié)構(gòu)形式為型鋼混凝土框架-核心筒結(jié)構(gòu),豎向結(jié)構(gòu)由4 個核心筒和12 根勁性柱組成,水平結(jié)構(gòu)由連接4 個核心筒間的勁性混凝土梁、斜向鋼支撐、鋼梁和壓型鋼板混凝土組合樓板組成。單個核心筒截面尺寸為8.2 m×8.2 m,4個核心筒之間采用4 根900 mm×2 500 mm勁性混凝土梁和鋼結(jié)構(gòu)斜支撐連接,單層混凝土澆筑面積約為3 250 m2。首層及2層高度分別為8.6 m和13.65 m,標(biāo)準(zhǔn)層高為5.2 m和5.5 m。核心筒內(nèi)為混凝土樓板,核心筒以外樓層板采用厚150 mm壓型鋼組合樓板,見圖1。

        塔樓部分梁板混凝土強(qiáng)度等級為C40,柱、剪力墻標(biāo)高-19.70~63.65 m(即1~11層)混凝土強(qiáng)度等級為C60,標(biāo)高63.90~115.05 m(即12~20層)混凝土強(qiáng)度等級為C50,標(biāo)高115.30 m以上(即21~32層)混凝土強(qiáng)度等級為C40。

        2 施工部署[1-4]

        (a)本工程由于建筑高度在200 m左右,混凝土最大澆筑高度為176.45 m,工期緊,場地狹小,施工作業(yè)面積有限。采用高壓泵管一次泵送施工技術(shù),以滿足混凝土澆筑要求。

        圖1 樓層平面布置

        (b)在施工現(xiàn)場南、北場地?cái)M各布置1 臺高壓泵車,且配備1 臺備用高壓泵車,以便發(fā)生故障時及時更換,避免因機(jī)械設(shè)備發(fā)生故障而影響連續(xù)澆筑混凝土。同時,配置4 臺布料機(jī)作為每個核心筒混凝土澆筑的輔助設(shè)備。泵車及泵管的布置情況,見圖2。

        (c)混凝土澆筑總體劃分為核心筒和核心筒外2 部分。根據(jù)施工組織設(shè)計(jì),先施工4 個核心筒豎向結(jié)構(gòu),再施工核心筒內(nèi)水平結(jié)構(gòu)和外框架結(jié)構(gòu),4 個核心筒豎向結(jié)構(gòu)比核心筒外框架施工快4~6 層。因此混凝土施工先行澆筑4 個核心筒及4 根900 mm×2 500 mm勁性梁,再澆筑核心筒內(nèi)水平結(jié)構(gòu)和外框架結(jié)構(gòu)。

        圖2 現(xiàn)場平面及泵管布置

        (d)首層高8.6 m混凝土一次性澆筑;2層高為13.65 m分2 次澆筑,第一次澆筑至16.1 m,第二次澆筑至22.05 m。

        (e)核心筒內(nèi)設(shè)置4 根箱型柱,柱分節(jié)情況如下:首層為一個柱節(jié),2層為一個柱節(jié),3層以上每2 層為一柱節(jié)。因鋼結(jié)構(gòu)較土建施工快2~4 層,故箱型柱內(nèi)腔和箱型柱以外混凝土分開澆筑,首層先澆筑箱型柱內(nèi)部混凝土,箱型鋼柱外側(cè)混凝土與核心筒剪力墻混凝土同時澆筑。2層以上根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況決定箱型柱內(nèi)外混凝土澆筑順序。

        3 泵送施工[5,6]

        3.1 泵管選擇及布置情況

        本工程總體泵送管道布置原則為盡量縮短管線長度,少用彎管和軟管。布置水平管或向下的垂直管時,宜使混凝土澆筑方向與泵送方向相反。布置向上垂直管時宜使混凝土澆筑方向與泵送方向相同。

        由于輸送管徑越小則阻力越大,而管徑越大則抗爆能力越差,因此管徑選擇150 mm。在進(jìn)行高壓泵送時,選用耐超高壓管道系統(tǒng),采用壁厚5 mm以上的耐高壓泵管,保證泵管抗爆能力;配置超高壓密封圈,防止混凝土在高壓輸送時從管夾隙間擠出。

        在泵車出料口處布置長約120 m和90 m的水平管各1 根,根據(jù)混凝土澆筑需要,每個核心筒大概共需90°彎管4 個,45°彎管2 個,隨著施工進(jìn)度沿著4 個核心筒內(nèi)垂直向上布置到澆筑層,總布置高度在200 m左右。同時在每層核心筒樓面處,預(yù)留高30 cm左右泵管接頭,方便在澆筑核心筒外框架結(jié)構(gòu)時,拆除部分垂直管節(jié),接出足夠長水平泵管澆筑核心筒外框架結(jié)構(gòu)混凝土。

        3.2 泵送能力驗(yàn)算

        本工程建筑高度在200 m,由于場地狹小,工期緊,任務(wù)重,故考慮采用一次泵送施工技術(shù)。因此,泵送能力選擇尤為關(guān)鍵?,F(xiàn)擬選擇混凝土泵液壓在24~25 MPa,混凝土出口壓力在16 MPa左右的高壓輸送泵。同時,為保證設(shè)備配制的安全可靠性,防止中途泵送停止,特增加1 臺備用高壓輸送泵。

        根據(jù)泵管的布置情況,現(xiàn)對擬選擇的高壓輸送泵的泵送能力進(jìn)行驗(yàn)算復(fù)核(選擇最長情況進(jìn)行驗(yàn)算):

        (a)配管的水平換算長度為200 m

        (b)Pmax=3 226 000 Pa。

        (c)換算總壓力損失:P=8.9 MPa。

        綜上所述,高壓泵出口泵壓選擇在8.9 MPa以上的高壓泵均可滿足施工需要?;炷帘霉芎捅盟驮O(shè)備均為預(yù)拌混凝土廠家供應(yīng),項(xiàng)目部已經(jīng)跟預(yù)拌混凝土廠家溝通,混凝土泵機(jī)和泵管滿足現(xiàn)場施工要求。

        3.3 混凝土配合比選擇

        配合比的設(shè)計(jì)原則是既滿足強(qiáng)度、耐久性要求,又要具有良好的可泵性,因此須考慮如下幾個方面:

        (a)水泥用量:超高層泵送混凝土的水泥用量必須同時考慮強(qiáng)度與可泵性,水泥用量少強(qiáng)度達(dá)不到要求;過大則混凝土的黏性大、泵送阻力增大,因而則增加泵送難度,且降低吸入效率,可泵性不好。根據(jù)以往工程類似經(jīng)驗(yàn),本工程水泥用量擬選擇為375 kg/m3。

        (b)粗骨料:常規(guī)的泵送作業(yè)要求最大骨料粒徑與管徑之比不大于1∶3;在超高層泵送中因管道內(nèi)壓力大易出現(xiàn)離析,此比例宜小于1∶5,尖銳扁平的石子要少,以免增加水泥用量。本工程粗骨料粒徑范圍為5~25 mm。

        (c)坍落度:普通混凝土的泵送作業(yè)中混凝土的坍落度在160 mm左右,坍落度偏高易離析、偏低則流動性差。高強(qiáng)混凝土及超高層混凝土泵送為減小泵送阻力,坍落度宜控制在160~240 mm,同時為防止混凝土離析可摻入沸石粉以減少泌水。普通混凝土根據(jù)天氣溫度情況,20~30℃坍落度為140~180 mm,30℃以上氣溫坍落度控制在160~240 mm。高強(qiáng)混凝土坍落度為160~240 mm。

        (d)粉煤灰及外加劑:粉煤灰和外加劑復(fù)合使用可顯著減少用水量,改善混凝土拌和物的和易性。但由于外加劑品種較多,對粉煤灰的適應(yīng)性也各不相同,其最佳用量應(yīng)通過試驗(yàn)來確定。

        (e)混凝土連續(xù)供給:針對混凝土性能好、凝結(jié)快的特性,為保證混凝土的均質(zhì)性,攪拌車在向泵機(jī)喂料前反向高速轉(zhuǎn)動20~30 s,泵送過程應(yīng)迅速連續(xù)進(jìn)行并不停地?cái)嚢?,避免因混凝土在泵送過程中滯留過長而造成凝結(jié)堵管現(xiàn)象。

        3.4 泵管固定要求

        混凝土輸送管的固定,不得直接支撐在鋼筋、模板及預(yù)埋件上。水平管宜每隔一定距離用支架、臺墊等固定,以便于排除堵管、裝拆和清洗管道,并起到防止泵管破壞模板和鋼筋。垂直管用預(yù)埋件卡箍固定在核心筒剪力墻或樓板頂留孔處。在核心筒剪力墻上每節(jié)管不得少于1 個固定點(diǎn),在每層樓板預(yù)留孔處均應(yīng)固定。垂直管下端的彎管,不應(yīng)作為上部管道的支撐點(diǎn)。宜設(shè)鋼支撐承受垂直管質(zhì)量。當(dāng)垂直管固定在腳手架時,根據(jù)需要可對腳手架進(jìn)行加固。管道接頭卡箍不得漏漿。

        4 重點(diǎn)部位混凝土澆筑方法

        4.1 首2層剪力墻混凝土澆筑

        4.1.1 澆筑流程

        模板及鋼筋驗(yàn)收→剪力墻模板及鋼筋充分澆水濕潤→澆筑50~80 mm同標(biāo)號砂漿打底→澆筑3.5 m以下剪力墻混凝土→封堵澆筑口→澆筑 3.5 m以上混凝土

        4.1.2 澆筑方法

        首層高為8.6 m,剪力墻厚度為1 350 mm、650 mm,模板一次性支設(shè)到頂,對拉螺桿Φ16 mm,縱橫向間距均為450 mm,模板厚18 mm,次楞采用100 mm×100 mm木方,主楞為48 mm鋼管。因首層高度較大,混凝土從頂部澆筑,落差超過規(guī)范要求。澆筑混凝土?xí)r需增設(shè)竄筒,竄筒長3 m,為Φ120 mm薄壁鋼管。因剪力墻角部約束邊緣角柱鋼筋較密,且設(shè)置有鋼板,鋼板內(nèi)側(cè)竄筒無法插入,在核心筒部角柱部位開設(shè)澆筑孔,澆筑孔高度距地3.5 m,澆筑孔長和高分別為500 mm和300 mm?;炷翝仓翝仓诟叨葧r用模板及時封堵澆筑孔。澆筑孔位置及標(biāo)高,見圖3和圖4。

        圖3 竄筒和澆筑口位置平面示意

        2層高為13.65 m,分2 次施工。因2夾層KL1梁頂標(biāo)高為16.1 m,故第1次施工至16.1 m處,模板支設(shè)高度為7.7 m。第2次施工至22.05 m,模板支設(shè)高度為5.95 m。2層混凝土澆筑時同首層在核心筒剪力墻鋼板外側(cè)設(shè)竄筒,鋼板剪力墻內(nèi)側(cè)無法設(shè)竄筒位置即約束邊緣角部鋼筋較密處開設(shè)澆筑口,澆筑口截面為500 mm×300 mm,澆筑口高度為3 m。

        圖4 角柱部位澆筑口立面示意

        4.2 核心筒間大梁混凝土澆筑方法

        因現(xiàn)場場地限制和施工工藝要求,1#核心筒和3#核心筒作為一個施工段,2#核心筒和4#核心筒作為一個施工段。(1-2)/(B-C)和(3-4)/(B-C)軸線間KL1、L7混凝土一次性澆筑,(2-3)/(A-B)和(2-3)/(C-D)軸線間KL1、L6混凝土在跨中1/3處留設(shè)豎向施工縫,混凝土分2 次澆筑。1#和3#核心筒混凝土澆筑至梁底后,混凝土繼續(xù)向上澆筑,大梁混凝土由梁兩端向跨中緩慢推進(jìn)澆筑。因KL1梁內(nèi)鋼筋較密且設(shè)置有型鋼,混凝土澆筑前用鋼管將梁上部主筋分開,便于混凝土下料和振搗。

        4.3 箱型柱混凝土澆筑方法

        因鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)分節(jié)需要,首層8.6 m為一個柱節(jié),2 層13.65 m為一柱節(jié),標(biāo)準(zhǔn)層11 m為一柱節(jié),混凝土均為一次性澆筑。箱型柱內(nèi)無鋼筋,混凝土離析較小。為保證箱型柱內(nèi)混凝土澆筑密實(shí),在深化設(shè)計(jì)時已經(jīng)考慮將澆筑孔直徑加大至150 mm,并在4 個角部增設(shè)4 個Φ25 mm透氣孔。澆筑箱型柱混凝土?xí)r,在柱頭位置安放定型漏斗,混凝土由漏斗側(cè)壁向下滑落,防止混凝土飛濺造成混凝土離析及周圍鋼筋污染。

        4.4 十字勁性柱混凝土澆筑方法

        塔樓外圍十字勁性柱1~3層分3 次進(jìn)行澆筑,第1次澆筑至為8.4 m,第2次澆筑至16.1 m,第3次與塔樓外圍板混凝土同時澆筑至22.05 m,標(biāo)準(zhǔn)層十字勁性柱混凝土每層澆筑1次,與塔樓外圍結(jié)構(gòu)板同時澆筑。因柱混凝土與梁板混凝土標(biāo)號不同,在柱周圍50 cm處用鋼絲網(wǎng)隔開。1~2 層層高較高,混凝土澆筑時設(shè)混凝土竄筒,竄筒長度為3 m,Φ120 mm。1~2 層局部采用汽車泵進(jìn)行澆筑,汽車泵覆蓋范圍以外采用塔吊配合澆筑。

        5 質(zhì)量保證措施

        (a)混凝土應(yīng)分層均勻振搗密實(shí),至排出氣泡,防止漏振。澆筑中,應(yīng)隨時檢查模板支撐情況,防止漏漿。

        (b)泵送過程中嚴(yán)禁向罐車中的混凝土加水。

        (c)混凝土底板在澆筑過程中,如果因特殊原因形成冷縫時,參照施工縫的要求,接縫采用與混凝土同級配的水泥砂漿進(jìn)行接縫部位的處理。

        (d)澆筑混凝土后,應(yīng)根據(jù)水平控制線用抹子找平、壓實(shí),以提高抗拉強(qiáng)度,減少收縮量。

        (e)混凝土試件的取樣須在澆筑地點(diǎn)隨機(jī)抽取。試件拆模后,及時放入標(biāo)養(yǎng)室養(yǎng)護(hù),同條件養(yǎng)護(hù)混凝土試塊放置在相應(yīng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件附近,并做好相應(yīng)的防護(hù)措施,防止丟失與破壞。

        (f)混凝土到達(dá)現(xiàn)場,普通混凝土根據(jù)天氣溫度情況,20~30 °C坍落度為140~180 mm,30 °C以上氣溫坍落度控制在160~240 mm。高強(qiáng)混凝土坍落度為160~240 mm。試驗(yàn)室當(dāng)班人員按規(guī)定批量進(jìn)行監(jiān)測,如遇到天氣情況變化,則應(yīng)及時調(diào)整砂石含水率等。

        6 結(jié)語

        高層、超高層建筑在結(jié)構(gòu)施工階段需提前部署泵管位置,以避免泵管位置在衛(wèi)生間或與其他專業(yè)沖突。高層、超高層泵管需選擇高壓泵管,壁厚結(jié)合泵送高度、泵送設(shè)備與混凝土廠家協(xié)商確認(rèn),防止施工過程中爆裂。泵管支架需根據(jù)層高,在結(jié)構(gòu)剪力墻鋼筋綁扎階段進(jìn)行預(yù)埋(200 mm×200 mm,厚3 mm,Φ16 mm鋼筋),日后再用距埋件表面200mm長型鋼固定泵管。 高空間布置泵管時,需考慮泵管堵塞拆管檢修操作平臺。

        在高層或超高層建筑施工中,清洗泵管也是難點(diǎn)及重點(diǎn),故建議在輸送泵口設(shè)置截止閥,控制泵管清洗工作,確保下次正常使用。

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