李海東，林進華

（1. 中鐵建設集團有限公司超高層事業(yè)部，河南 周口 466000；2. 中國建筑科學研究院 建筑機械化研究分院，河北 廊坊 065000）

1 工程概況

馬來西亞四季酒店項目位于馬來西亞首都吉隆坡市中心，建筑總高度為342.5m，項目總建筑面積23.7萬m2，其中地下室約2.8萬m2，地上20.3萬m2。塔樓標準層面積為1900m2。

本項目地下4層，地上78層，裙房12層。塔樓為框架剪力墻+預應力樓板結(jié)構(gòu)，B4-L35B墻柱混凝土等級為C80，L36-屋頂墻柱混凝土等級為C60；地下室樓板混凝土為C35，地上樓板混凝土為C40，轉(zhuǎn)換梁混凝土為C60。塔樓地上采用大量的H型鋼-砼組合結(jié)構(gòu)連梁和部分薄壁剪力墻。

2 超高層混凝土泵送特點及難點分析

本工程C80混凝土泵送最大高度約195m，C60、C40泵送最大高度約350m。高強混凝土超高泵送施工難度大。塔樓結(jié)構(gòu)復雜鋼筋間距較密、樓層最高6m，每層梁板墻柱混凝土一次澆筑成型。為保證混凝土結(jié)構(gòu)成型質(zhì)量，要求高強混凝土泵送到高處作業(yè)面應保持較好的工作性能。工程地處市中心，周圍交通擁擠，現(xiàn)場場地狹?。患∑聻闊釒ШＱ髿夂?，全年炎熱多雨、四季溫差很小，日溫差變化較大，平均氣溫在25℃～30℃之間，高溫環(huán)境下高強度混凝土超高層泵送不利影響因素多，施工難度大。

C80和C60混凝土屬于高強混凝土，高強混凝土施工易出現(xiàn)裂縫，入模溫度控制要求嚴格。在高強混凝土制備時，要采取降溫措施，從攪拌、運輸、泵送、攤鋪到振搗澆筑成型都有嚴格的時限控制要求。高強混凝土制備過程中不僅要解決溫度控制的問題，還要克服粘度大、流動性差、擴展度小、工作性差、可泵性能差、泵送阻力大等難題。

3 混凝土的泵送

3.1 混凝土泵的選型及驗算

根據(jù)設計要求，本工程C80、C40混凝土泵送最大高度從-15.50m至195.80m，C60、C40泵送最大高度從195.80m至350.00m，按照最難泵送的C60混凝土、泵送高度350m和泵管總長462m所需的壓力，確定混凝土泵車型號。

3.1.1 泵送壓力理論計算

按照JGJ/T 10-2011《混凝土泵送施工技術(shù)規(guī)程》所述，混凝土泵送壓力P包含3部分：混凝土在泵管內(nèi)流動的沿程阻力造成的壓力損失P1、混凝土經(jīng)過彎管的局部壓力損失P2以及混凝土在垂直高度方向因重力產(chǎn)生的壓力P3。

（1）水平管壓力損失。

式中 Δpl——單位長度的沿程壓力損失；

l—— 泵管總長度，垂直高度H按350m，加上布料機長度、水平泵管長度、彎管折合長度，總長L約按462m計；

k1—— 粘著系數(shù)，取k1=（3.0-0.10S）×102，S為塌落度，本工程S=20cm，則k1=（3.0-0.10S）×102=100Pa；

d——混凝土輸送管直徑為125mm；

k2—— 速度系數(shù)，取k2=（4.0-0.10S）×102，則

k2=（4.0-0.10S）×102=200Pa；

V2—— 混凝土在泵管內(nèi)的流速，當排量達到40m3/h時，流速約0.9m/s；

α2—— 徑向壓力與軸向壓力之比，其值約0.95。

（2）彎管壓力損失。

按照本工程布管方案90°彎管共12個；45°彎管2個，每套泵管設置1個截止閥。每個90°彎管壓力損失0.1MPa；每個45°彎管壓力損失0.05MPa，每個截止閥、錐管壓力損失0.2MPa。

（3）豎管中混凝土自重壓力損失。

P3=ρgH=2400×9.8×350×10-6=8.232MPa。

式中 ρ——混凝土密度，取2500kg/m3；

g——重力加速度9.8m/s2；

H——泵送高度，按350m計算，則

3.1.2 參照已施工程泵送壓力修正

參照上海環(huán)球金融中心C60混凝土泵送壓力實測數(shù)據(jù)，修正本工程單位長度的沿程壓力損失Δpl值。

上海環(huán)球金融中心C60混凝土實際泵送高度為293m，摘取2006年6—7月拖泵現(xiàn)場施工數(shù)據(jù)來推算C60混凝土的沿程壓力損失。拖泵型號為HBT90CH2135D，現(xiàn)場水平布管90m，其中90°彎頭5個，45°彎頭4個，在F35層（152m）和F44層（192m）分別布置了2個90°緩沖彎頭。

（1）2006年6—7月上海環(huán)球金融中心泵送施工數(shù)據(jù)見表1。

表12006 年6-7月上海環(huán)球金融中心泵送施工數(shù)據(jù)

（2）單位長度混凝土泵管沿程壓力損失見表2。

表2 單位長度混凝土泵管沿程壓力損失

從上表可知，C60混凝土在單位長度泵管內(nèi)的壓力損失為：Δpl=0.019MPa/m（取平均值），462m泵管沿程壓力損失（φ125）為

3.1.3 確定最大混凝土泵出口壓力

在一般的泵送施工經(jīng)驗中，混凝土泵的最大出口壓力應比實際所需壓力高30%左右，多出的壓力儲備用來應付混凝土變化引起的異?，F(xiàn)象，避免堵管。而對于本工程這種特高層建筑的混凝土泵送，其意外的因素更多，要求的可靠性更高，應該有足夠的壓力儲備。根據(jù)上面的計算結(jié)果和以往施工經(jīng)驗分析，如果將混凝土泵的最大出口壓力設定為28MPa，將會有33.17%的壓力儲備。正常工作狀況下，泵送時液壓系統(tǒng)工作壓力均不超過25MPa。為確保施工過程的可靠性，整機動力采用雙動力功率合流技術(shù)，平時2套泵組同時工作，當一組出現(xiàn)故障時可切斷該組，另一組仍維持50%的排量繼續(xù)工作，避免施工過程中斷造成損失。結(jié)合工程施工進度情況，決定選用一臺三一生產(chǎn)的雙發(fā)HBT9028CH-5S拖式混凝土泵，其最大額定工作壓力28MPa，主要技術(shù)參數(shù)參見表3。

表3 HBT9028CH-5S超高壓混凝土泵技術(shù)參數(shù)

3.2 混凝土泵管布置

混凝土泵管布置時，應盡量減少彎管和泵管長度，彎管盡量采用大彎管減少泵管的阻力。垂直鋪設時，為降低因混凝土自重產(chǎn)生的回流，在一定連續(xù)布置一段垂直泵管后，設置緩沖管或一段水平泵管，以保證有足夠的阻力減弱混凝土的回流。為降低混凝土的回流影響，在泵的出口端水平管安裝一套液壓截止閥，阻止垂直泵管內(nèi)混凝土回流，便于設備保養(yǎng)、維修與水洗。

本工程根據(jù)施工現(xiàn)場的實際情況，在首層布置HBT9028CH-5S拖式混凝土泵車，泵車出口水平混凝土管設置約36m，在泵的出口端水平混凝土管末端約33m處安裝一套液壓截止閥，設2個90°大彎管；第一段垂直混凝土泵管從首層沿外框架角柱至7層樓面，相對首層標高29m，在7層樓面布設39m水平混凝土泵管至塔樓2#消防樓梯間，設3個90°大彎管和2個45°彎管；第二段垂直混凝土管到從7層至40層，相對首層標高170m，設2個90°大彎管和7m長水平混凝土管，形成一個緩沖彎；然在相對首層標高260m處再設一個同樣的緩沖彎，然后垂直混凝土泵管逐步到達350m高度，在混凝土作業(yè)面有一臺21m長布料機（布料機有3個90°大彎管），用于作業(yè)面上的混凝土水平運輸布料。

3.2.1 泵機位置與首層地面泵管布置原則

泵機擺放位置要利于攪拌車進退，減少換車時間，提高效率；利于搭建隔音降噪棚，配置排風系統(tǒng)，同時可防雨水進入料斗；推薦泵機擺放能夠保證2臺攪拌車同時進行澆筑；如若有備用泵管，須預先鋪設好并可以快速連接到主管路中，以備應急；為了平衡垂直泵管混凝土產(chǎn)生的反壓，地面水平泵管鋪設長度約為建筑主體高度的1/5左右；在泵的出口端水平管和水平管末端各安裝一套液壓截止閥，阻止垂直泵管內(nèi)混凝土回流，便于設備保養(yǎng)、維修與水洗；輸送管布置要求沿地面和墻面鋪設，并全程做可靠固定；每套輸送管在垂直泵管部分設置緩沖彎。在2個緩沖彎中間不設水平管。

3.2.2 豎向緩沖管設置

當混凝土泵送高度過大時，豎向泵管內(nèi)的混凝土會對首層水平轉(zhuǎn)豎向彎管造成很大沖擊荷載，且會給混凝土泵較大的反壓力，影響設備使用壽命，因此需設置緩沖彎，具體布置見圖1。

3.2.3 水平泵管布置

水平泵管鋪設長度約為塔樓高度的1/5左右，若現(xiàn)場因素所限，可增加若干90°彎管來拆算水平長度，每個90°彎管可折算成6m的直管。彎管個數(shù)不宜過多，控制在3～5個之間。

3.3 泵管安裝與固定

混凝土輸送期間，泵管瞬間能產(chǎn)生35t左右的縱向沖擊力，合理布置加固泵管才能有效地減少因泵管抖動導致泵送系統(tǒng)壓力損失，提高泵送效率。混凝土輸送管的固定對超高層泵送的效果及安全起重要的作用，水平和垂直輸送管布置均要求沿地面和墻面鋪設，并全程做可靠的固定。

圖1 緩沖彎布置圖

3.3.1 泵管預埋件

在輸送管線對應的地面和墻面上采用預埋的方式將約300mm×300mm、厚度不低于16mm的高強鋼板（插焊4根直徑20以上鉚筋，長約300mm）植于地面和墻面，鋪設泵管時將輸送管固定裝置配焊到預埋鋼板上來固定輸送管。對于已施工完成位置需安裝砼管固定裝置的地方，可用化學螺栓或植筋方式將鋼板固定到墻面上。

3.3.2 水平輸送管的安裝與固定

（1）每根標準3m輸送管、90°彎管在距連接處0.5m處用2個輸送管固定裝置牢固固定（在水泥墩中或地面預埋高強度鋼板，輸送管固定裝置焊接于鋼板上），防止泵管因震動而松脫。其他較短的輸送管采用一個輸送管固定裝置牢固固定。在混凝土墩對應位置預留鋼筋，或后期植筋，防止混凝土墩滑移。圖2是不同型號混凝土墩的預留鋼筋方式。

整條泵管鋪設之前，需先確定泵管的起始點。泵管的起點位置是水平轉(zhuǎn)垂直部分的彎管，整條泵管鋪設前先對該條彎管進行定位并固定，然后才以該彎管為基準，分別沿水平方向鋪設水平泵管，沿垂直方向向上鋪設垂直泵管。

圖2 混凝土墩預留鋼筋

在超高層泵送施工時，水平泵管的固定采用先連接，后固定的方式。首先將水平泵管和泵機按照預先設計的圖紙鋪設，然后把泵管支撐固定到泵管上，最后再用混凝土墩對泵管支撐固定。對水平泵管固定時，首先需測量整條泵管的起始點，并對起始點進行固定，然后順起始點泵管鋪設水平泵管并沿途固定。待澆筑混凝土凝固后，拆除混凝土墩模具，水平管鋪設與固定完成。

3.3.3 垂直泵管的安裝與固定

輸送管沿墻面爬升，在墻壁對應位置處預埋高強度鋼板，砼管固定裝置焊接在鋼板上。每根3m管、90°彎管用2個混凝土管固定裝置牢固固定，如圖3所示。

3.3.4 液壓截止閥的安裝

每條泵管安裝2套液壓截止閥，在泵的出口端水平管和水平管末端各安裝一套液壓截止閥，阻止垂直泵管內(nèi)混凝土回流，便于設備保養(yǎng)、維修與水洗。

3.4 混凝土泵管清理

為減少砼初始泵送時的內(nèi)壁摩擦阻力，順利泵送的目的，在每次泵送結(jié)束后應及時清理混凝土泵管?；炷帘霉芮逑捶椒ㄖ饕ㄋ畨悍ㄇ逑春蜌鈮悍ㄇ逑?種。

混凝土泵管水壓法洗原理：混凝土泵送完畢后，泵送1.5m3的砂漿，清洗料斗并停機、蓄能器卸壓、關閉截止閥，然后在輸送缸內(nèi)塞入3個清洗球（由1個水泥袋捆扎而成），然后用水管對泵機料斗進行加水泵水，泵管全部洗通后，關閉水平管截止閥，后將S管停中間位置，然后打開截止閥，靠水自身自重流自料斗內(nèi)并最終回沉淀池。由于采用清洗球隔斷，泵管中殘余砂石較少，一般一次可完成清洗。水壓法清理混凝土泵管，用水量大、清理出的部分混凝土被污染，不環(huán)保。

圖3 豎直泵管固定CAD圖

混凝土管氣洗法原理：泵管的氣洗是將泵送泵管內(nèi)混凝土從上往下清洗，從布料機臂架末端充高壓氣體，先利用約0.8MPa的氣壓推動海綿球，4個φ175海綿球用于隔斷壓縮空氣與混凝土，通過壓縮空氣推動海綿球，直到海綿球?qū)⒈霉軆?nèi)混凝土全部推出至攪拌車內(nèi)，清洗完成后再進行第二輪清洗。第二輪清洗僅塞入2個橡膠清洗球即可。經(jīng)過2輪氣體清洗基本可以清理泵管內(nèi)的混凝土。氣壓法清理混凝土泵管，不用水、清理出的混凝土可以繼續(xù)使用，綠色環(huán)保。

因本工程地處鬧市區(qū)場地狹小、給水和排水困難，樓層較高，優(yōu)先采用氣壓清理混凝土泵管。

4 質(zhì)量保證措施

混凝土輸送期間，高壓混凝土輸送泵管內(nèi)部瞬間要承受28MPa的沖擊壓力，抵抗瞬間產(chǎn)生的35t左右的輸送管縱向沖擊力，更重要的還要滿足高壓混凝土在泵管內(nèi)移動時的摩擦作用；這些工作環(huán)境要求高壓混凝土輸送泵管必須要有很高的強度、剛度、耐磨性、韌性和接口的密封性。

4.1 高壓混凝土輸送泵管的質(zhì)量

目前高壓混凝土輸送泵管多采用9mm厚經(jīng)過淬火工藝制成的直徑125mm的45Mn 2合金鋼耐高壓耐磨混凝土輸送泵管，壽命比普通Q345鋼管提高3～5倍，保障了泵管的抗爆能力和耐磨損壽命。泵管壽命≥50000m3，高壓泵管當壁厚小于4mm時，應更換新泵管。在高壓泵送施工中，高壓泵管內(nèi)壓力最大達到28MPa，縱向?qū)a(chǎn)生35t的拉力，常規(guī)的連接與密封方式已不能滿足要求。如果泵管密封不好，就會發(fā)生漏漿，嚴重時導致堵管。因此高壓泵管連接采用公母扣固定結(jié)構(gòu)形式，O型密封圈密封，錐面定心，確保連接密封可靠，防止泵送時漏漿。

125A泵管最小壁厚與爆破壓力的計算：

泵送設備型號：HBT9028CH-5S超高壓混凝土泵。

（1）條件說明。

輸送管規(guī)格：壁厚9mm，內(nèi)徑按D=125mm計算；輸送管材料：單層耐磨合金復合鋼管（GB/T 8163-1999）；δb≥885MPa，整體淬火，硬度約HRC45～HRC50；混凝土泵最大出口壓力為Pmax=28MPa。

（2）輸送管最小壁厚。

（3）輸送管壁厚t的確定。

為了保證泵管的高可靠性，增長耐磨時間，減少更換拆裝，保證工程進度，輸送管厚度的安全系數(shù)k=2.0，則輸送管的壁厚t=k×t0=4mm。

選用壁厚為9mm的鋼管，安全系數(shù)4.5。

（4）驗算輸送管爆破壓力。

為防止泵管磨損變薄引起爆管，應定期用超聲測量儀監(jiān)測泵管的壁厚，特別測量泵出口端的水平管及彎管、以及水平轉(zhuǎn)垂直的彎管，以防爆管。

4.2 超高層混凝土輸送泵管的防回流的技術(shù)措施

超高層在使用泵送混凝土工藝施工過程中，泵管中存有大量混凝土，在混凝土澆筑完成后、泵送時出現(xiàn)意外故障（泵車故障或泵管爆管）時或臨時搶修時，會浪費大量的混凝土，同時超高層垂直泵管中混凝土在自重下會出現(xiàn)回流，對泵車造成很大的壓力，給泵車帶來一定損害和維修的安全隱患。為避免泵管中混凝土的回流，在地泵出口水平段的泵管處安裝液壓截止閥，能夠阻止泵管內(nèi)的混凝土回流。在超高層混凝土輸送時，在泵車出口處水平輸送段必須設置液壓截止閥。液壓截止閥的安裝位置應選在盡量靠近泵車出料口的水平段內(nèi)，并留有一定的空間，方便液壓截止閥的安裝更換和維保等操作，且不影響混凝土罐車卸料。

5 其它措施

5.1 混凝土余料回收利用技術(shù)

在超高層混凝土泵送施工時，隨著樓層的增高，每次澆筑完輸送泵管內(nèi)滯留的混凝土越來越多，按照125mm的管徑計算每100m泵管內(nèi)有1.23m3混凝土。為節(jié)省材料，減少污染，降低能耗，實現(xiàn)綠色施工，每次樓層混凝土澆筑完在泵車出口接通余料回收裝置，將泵管內(nèi)的混凝土余料集中收集利用、變廢為寶。本項目中利用泵送混凝土余料回收技術(shù)累計節(jié)約近1600m3混凝土，直接經(jīng)濟效益約62萬元。

本項目地下4層12個施工區(qū)；裙房12自然層7個施工區(qū)；塔樓78自然層5個施工區(qū)。按照每層每個施工區(qū)澆筑2次，每次澆筑混凝土泵車料斗余料約1.5m3，項目建筑高度342m，按照平均混凝土澆筑高度150m折算，本項目在泵送混凝土余料回收累計計算如下：

每次節(jié)約混凝土量

5.2 泵管清洗水循環(huán)利用技術(shù)

超高層混凝土泵送施工中，混凝土泵送前要用水濕潤泵管、料斗。在混凝土澆筑施工完成后，一般通過混凝土泵車泵水對料斗和泵管進行沖洗，把水打到泵管的出料口清洗泵管內(nèi)壁。用水沖洗泵管短時間內(nèi)需要大量的水，一般的施工現(xiàn)場的臨水管網(wǎng)很難滿足要求，采用攪拌站罐車送水供應的方法不僅用水成本高、水資源浪費大，而且罐車倒水量與泵車的輸送量不易掌控，很容易出現(xiàn)泵車料斗的水忽高忽低。若采用循環(huán)水，在沖洗混凝土輸送泵泵管時，由設置在低處泵車附近的循環(huán)水池給混凝土輸送泵供水，經(jīng)過輸送泵工作，將水和泵管中殘留混凝土混合物泵入設在樓層混凝土作業(yè)面布料機，然后混合物通過布料機把泵管中殘留混凝土混合物輸送到高處的廢料池，把水和混合物輸送到預先設置的回收水水管中，排至沉淀分離池，經(jīng)過沉淀后水流入循環(huán)水池供循環(huán)使用。

超高層混凝土泵泵管清洗水循環(huán)利用技術(shù)的應用，不僅能大大降低用水成本、減少勞動力成本、節(jié)約水資源、降低能耗，而且有效避免廢棄混凝土污染環(huán)境、實現(xiàn)綠色施工。

5.3 施工噪音控制技術(shù)

超高層建筑一般地處大城市的核心繁華地段、周邊居民密集，施工工期緊張，再加上混凝土澆注特殊工藝要求必須連續(xù)進行施工，這樣混凝土泵送施工一般在晚上較多。因混凝土泵車正常工作時噪音超過100dB，夜間施工對周邊環(huán)境造成很大的噪音污染、引起周邊居民的不滿，常常因混凝土夜間泵送施工造成擾民和民擾時間發(fā)生，影響工程正常施工。

為解決這一噪音污染問題，采取給泵車裝上拼裝式泵車隔聲罩，隔音罩采用100mm巖棉等輕質(zhì)隔音材料填充、兩側(cè)包裹壓型鐵皮制成、其單塊重量不超過150kg方面在施工現(xiàn)場拼裝拆卸。經(jīng)過噪聲測試儀現(xiàn)場測試對比，裝上拼裝式泵車隔聲罩泵車工作時的噪音由113.9dB降低到70.8dB，有效降低噪音43.1dB，解決了夜間混凝土泵車施工時的噪音擾民問題、降低對周邊環(huán)境的噪聲污染。

6 結(jié)束語

通過理論研究計算分析和現(xiàn)場實踐驗證，確保了馬來西亞四季酒店建筑總高度342.5m的超高層項目施工順利實施，同時在超高層泵送施工過程總結(jié)積累了超高層混凝土泵送設備、輸送泵管的驗算選型技術(shù)，輸送泵管布管加固及清洗施技術(shù)和超高層泵送綠色施工等施工技術(shù)經(jīng)驗；解決了超高層泵送施工設備科學合理選型及其應用、綠色施工等技術(shù)難題。本工程超高混凝土泵送施工設備選型依據(jù)、驗算方法、綠色施工等技術(shù)受到當?shù)卣婉R來西亞當?shù)卣托袠I(yè)協(xié)會的高度贊賞，取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益，也為同類超高層工程施工提供了很好的成功案例。

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