周吉林，貝寶榮

（1、珠海十字門(mén)中央商務(wù)區(qū)建設(shè)控股有限公司 珠海519030；2、上海寶冶集團(tuán)有限公司 上海201900）

1 工程概況

珠海十字門(mén)中央商務(wù)區(qū)會(huì)展商務(wù)組團(tuán)珠海中心大廈工程建筑高度328.8 m，總建筑面積約15萬(wàn)m2（其中地上約13萬(wàn)m2，地下約2萬(wàn)m2），地下2層，地上65層。結(jié)構(gòu)為框架核心筒結(jié)構(gòu)，核心筒-11.5 m～203.75 m的混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C60、203.75 m以上為C50，水平樓板混凝強(qiáng)度等級(jí)為C30?；炷磷畲蟊盟透叨?27.2 m。

超高泵送設(shè)備選型包括泵機(jī)、管道及布料機(jī)選型。泵送設(shè)備的選型應(yīng)考慮泵送高度及方量、混凝土配比等因素。泵機(jī)的選擇應(yīng)考慮泵送高度、混凝土強(qiáng)度及單位時(shí)間泵送方量的影響；混凝土管道的選擇應(yīng)考慮泵送方量及泵送壓力的影響；布料機(jī)的選擇應(yīng)考慮安裝條件、布料范圍及布料盲區(qū)的影響。

2 泵機(jī)數(shù)量確定

混凝土泵及管道的配備數(shù)量可按式⑴計(jì)算：

式中：N1為混凝土泵及管道數(shù)量，按計(jì)算結(jié)果取整，小數(shù)點(diǎn)后部分進(jìn)位；Q為混凝土單次最大澆筑體積量（m3），暫取750 m3；Q1為每臺(tái)混凝土泵的實(shí)際平均輸出量每小時(shí)泵送量（m3/h）；T0為混凝土泵計(jì)劃施工作業(yè)的工作時(shí)間（h），暫取14。其中：Q1=ηα1Qmax；η為作業(yè)效率，根據(jù)混凝土攪拌輸送車(chē)向混凝土泵供料的間斷時(shí)間、拆裝混凝土輸送管和布料停歇等情況，可取0.5～0.7；α1為配管條件系數(shù)，可取0.8～0.9；Qmax為每臺(tái)混凝土泵理想狀態(tài)下連續(xù)工作輸送方量（m3/h），可取50；代入上述數(shù)值計(jì)算得，N1=1.91，取N1=2。

故本項(xiàng)目施工的單次最大混凝土澆筑需2臺(tái)泵機(jī)同時(shí)作業(yè)才能滿(mǎn)足完成泵送施工要求。

3 泵送壓力確定

高層泵送時(shí)，泵出口壓力不僅要克服管道對(duì)混凝土產(chǎn)生摩擦阻力，還要克服由于混凝土自重產(chǎn)生的阻力，且隨著泵送高度的增加，混凝土泵出口壓力要求越高。高層泵送混凝土往往多為粘度較高的高強(qiáng)混凝土，其特點(diǎn)為坍落度偏大，但泵送所需壓力較大，采用《混凝土泵送技術(shù)規(guī)程：JGJ/T 10-2011》中推薦的公式難以真實(shí)反映其泵送所需壓力。因此，通過(guò)理論計(jì)算及工程類(lèi)比計(jì)算綜合分析泵送所需出口壓力。

混凝土在管道內(nèi)流動(dòng)的沿程摩擦所產(chǎn)生的阻力造成的壓力損失P1、混凝土經(jīng)過(guò)彎管的產(chǎn)生的局部壓力損失P2以及混凝土在垂直高度方向因重力產(chǎn)生的壓力在高度方向上產(chǎn)生的重力勢(shì)能壓力P3三部分組成了混凝土泵送所需壓力P。

3.1 壓力損失P1計(jì)算公式：

式中：△pl為每米壓力損失；l為泵送管道的總長(zhǎng)度（垂直高度方向的長(zhǎng)度按混凝土結(jié)構(gòu)的最高泵送高度327.2 m計(jì)算，取水平管道70 m，布料機(jī)及平臺(tái)接管50 m，總長(zhǎng)按450 m計(jì)算）；kl為粘著系數(shù)，取kl=（3.0-0.10S）102Pa；S為坍落度，本工程S=200mm，則kl=100Pa；d為混凝土輸送管直徑為125 mm；k2為速度系數(shù)，取k2=（3.0-0.10S）102Pa，則k2=200 Pa；t2/t1為混凝土泵分配閥切換時(shí)間與活塞推壓混凝土的時(shí)間之比值，根據(jù)計(jì)算取0.3；V2為混凝土在管道內(nèi)的流動(dòng)速度流速，當(dāng)流動(dòng)量為40 m3/h時(shí)，速度約0.63 m/s；α2為壓力在徑向與軸向的比值，其值約0.95。

將上述參數(shù)代入式⑵中計(jì)算得：P1=4.5 MPa。

3.2 彎管的壓力損失P2：

每套管道設(shè)置1個(gè)截止閥和1個(gè)分配閥，截止閥壓力損失0.05 MPa，分配閥壓力損失0.2 MPa。每套管道約20個(gè)90°彎管（含地面水平彎管、豎管S彎管及布料機(jī)彎管），約20個(gè)；每套管道設(shè)置1個(gè)截止閥。每個(gè)90°彎管壓力損失等效10 m水平管道，即1個(gè)90°彎管壓力損失0.1 MPa；每個(gè)截止閥壓力損失0.05 MPa；分配閥壓力損失0.2 MPa。計(jì)算得到P2=20×0.1+1×0.2+1×0.05=2.25 MPa。

3.3 豎管中混凝土自重壓力損失計(jì)算公式：

式中：ρ為混凝土密度，取2 500 kg/m3；g為重力加速度，取9.8m/S2；H為泵送高度，按330 m計(jì)算。

計(jì)算得到P3=2 500×9.8×330×10-7＝8.25 MPa。

泵送混凝土高度330 m時(shí)理論計(jì)算所需要的壓力為：P=P1+P2+P3=4.5+2.25+8.25=15 MPa。

對(duì)普通混凝土的泵送壓力損失的測(cè)算，可按《混凝土泵送施工技術(shù)規(guī)程》推薦的計(jì)算方法。但《混凝土泵送施工技術(shù)規(guī)程》不太適用于在高強(qiáng)混凝土上，主要因?yàn)槭荂50及以上的混凝土強(qiáng)度等級(jí)越高，其拌合物的粘性就越大，泵送過(guò)程中的壓力損失也就越大。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)積累的高性能、超高混凝土施工數(shù)據(jù)，如表1所示。

從混凝土分布情況來(lái)看，本項(xiàng)目泵送難點(diǎn)在高強(qiáng)混凝土C50泵送至327.2 m；由表1可知，泵送C50高強(qiáng)混凝土在水平管道中壓力損失為0.020 MPa/m，在垂直管道中壓力損失為0.0405 MPa/m。

取水平管道長(zhǎng)度為70 m（地面管道）+50 m（樓面或平臺(tái)管道）；垂直管道327.2 m，計(jì)算得：

C60混凝土泵送至327.2 m高泵送壓力損失：

式中：3 MPa為截止閥、錐管及彎管壓力損失估算值。

上述計(jì)算基于泵送方量為25～35 m3/h工況下所需出口壓力數(shù)據(jù)。

超高混凝土泵送設(shè)備的選擇應(yīng)留有一定的泵送壓力富余量，一般取20%。因此本項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的泵送壓力選取應(yīng)不小于1.2×18.65=22.38 MPa。故采用HBT110.26.390RS拖泵，出口壓力最大為26 MPa，泵送能力滿(mǎn)足施工需要。

表1 不同等級(jí)混凝土壓力損失測(cè)算平均值Tab.1 Mean Value of Concrete Pressure Loss of Different Grades

4 管道選型

根據(jù)計(jì)算壓力數(shù)值和工程實(shí)際的情況，進(jìn)行選擇。

混凝土輸送管道通徑選用125規(guī)格；整條管道壁厚采用等壽命設(shè)計(jì)，水平管道采用壁厚10 mm的高強(qiáng)耐磨輸送管，垂直管道采用7 mm壁厚的高強(qiáng)耐磨輸送管；平面澆注和布料機(jī)采用125B耐磨混凝土輸送管，使用壽命約2萬(wàn)m3（見(jiàn)表2）；配合爬模工藝，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)多種管道長(zhǎng)度組合，組合長(zhǎng)度滿(mǎn)足樓層高度和爬模步距的變化；樓面澆注時(shí)，在相應(yīng)樓層拆開(kāi)垂直管道，采用彎管、過(guò)渡管連接到125管直接澆筑樓板；在制作耐磨合金鋼復(fù)合材料的制作過(guò)程中，將其內(nèi)表面高頻淬火，從而達(dá)到高強(qiáng)度及高硬度的目的。

表2 不同規(guī)格管道使用壽命Tab.2 Pipe Life of Different Specifications

5 垂直管道布置

5.1 垂直管道在35層設(shè)置S彎頭，避開(kāi)新增墻體，同時(shí)可減緩混凝土自重對(duì)管道、泵機(jī)的沖擊；

5.2 本方案中垂直管道規(guī)格依據(jù)樓層高度模數(shù)確定，垂直管道規(guī)格也可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工需求而變動(dòng)。

6 布料機(jī)布置

核心筒最高點(diǎn)327.2 m的混凝土澆筑仍需必須依靠泵送。因爬模架頂部平臺(tái)的面積有限較小，且為了滿(mǎn)足進(jìn)度要求，在混凝土澆筑的過(guò)程中，上一層結(jié)構(gòu)所需的鋼筋將陸續(xù)吊上平臺(tái)，此時(shí)接管過(guò)長(zhǎng)將會(huì)造成諸多不便。經(jīng)綜合考慮，在爬模架頂安裝布置兩臺(tái)隨爬模架一起頂升的混凝土布料機(jī)，爬模頂升時(shí)布料機(jī)一同爬升，從而避免了布料機(jī)上下調(diào)運(yùn)耗費(fèi)時(shí)間的問(wèn)題。

⑴由上述泵機(jī)數(shù)量計(jì)算，塔樓核心筒澆筑應(yīng)配置布料機(jī)2臺(tái)，1臺(tái)為HGC29D-3R液壓頂升布料機(jī)，1臺(tái)為12 m人工手動(dòng)式布料機(jī)。⑵鋪設(shè)兩條超高壓耐磨管道，水平段60 m、垂直段320 m。

7 混凝土質(zhì)量控制

若要混凝土具有良好的可泵送性，且配合比設(shè)計(jì)既滿(mǎn)足強(qiáng)度、耐久度要求，又經(jīng)濟(jì)合理，應(yīng)綜合考慮如下因素：

7.1 水泥

宜采用選用硅酸鹽或普通硅酸鹽水泥，不宜采用選用早強(qiáng)型水泥。本項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)選用42.5#普通硅酸鹽水泥，適用于超高泵送混凝土。水泥用量須同時(shí)考慮可泵送性及混凝土的強(qiáng)度，用量大則混凝土粘性大，將會(huì)增大泵送阻力并增加泵送難度，如果用量少則強(qiáng)度達(dá)不到要求。

7.2 粗骨料

在混凝土的泵送過(guò)程中，石子粒徑越大，就越容易堵管，常規(guī)的泵送工作也要求粗骨料的最大粒徑與管徑之比不大于1∶3。在超高層混凝土泵送時(shí)，因泵送管道里壓力很大，容易出現(xiàn)離析，故粗骨料的最大粒徑與管徑之比宜小于1∶5，且其中尖銳和扁平石子應(yīng)盡量少。本項(xiàng)目配制高強(qiáng)高性能混凝土的粗骨料選用反擊破碎石字，采用5～25 mm碎石和5～10 mm瓜米石兩級(jí)粗骨料配合成5～20 mm連續(xù)級(jí)配骨料，兩種骨料的搭配比例為3∶7。

7.3 粉煤灰和外加劑

外加劑和粉煤灰復(fù)合使用可明顯減少拌和用水量，從而改善混凝土拌合物的和易性，由于外加劑品種較多，對(duì)粉煤灰的適應(yīng)性也各不相同，其最佳用量應(yīng)從水化熱、活性、減水的效果、顆粒組成以及泵送性能等多方面加以平衡選擇。

為適應(yīng)不同高度的泵送要求，相同混凝土強(qiáng)度等級(jí)隨著泵送高度的變化，水泥用量逐漸增大，粗骨料使用量逐漸減少。而200 m以上泵送，為減少泵送阻力，混凝土坍落度顯著提高（見(jiàn)表3）。

表3 本項(xiàng)目混凝土配合比Tab.3 Concrete Mix Ratio of the Project

8 混凝土泵送及管路清洗

8.1 混凝土超高泵送施工工藝流程

現(xiàn)場(chǎng)布置混凝土泵機(jī)→配備混凝土輸送直管和彎管→固定輸送管→混凝土配合比設(shè)計(jì)→混凝土攪拌、運(yùn)輸→潤(rùn)管檢查→檢查罐車(chē)→卸料→測(cè)擴(kuò)展度→泵送。

超高層泵送管路清洗方式：混凝土澆筑完成后，將海綿球塞入頂層的管頭內(nèi)，再打開(kāi)首層的截水閥，則管路中混凝土因自重力的作用而下降，在下降的時(shí)候造成真空將海綿球吸入從而清洗管壁。但回泵的混凝土因不能重復(fù)利用而浪費(fèi)，為了充分利用泵管中的混凝土，減少混凝土用量，減少混凝土澆筑過(guò)程中對(duì)環(huán)境的污染影響，可采用水洗泵送施工技術(shù)。固定泵將最后部分混凝土泵送至管內(nèi)后，在固定泵料斗內(nèi)加入一定數(shù)量的純水泥漿，固定泵將純水泥漿泵送入管后，在料斗內(nèi)加入清水利用清水將混凝土頂推泵送至需要的高度，結(jié)束混凝土泵送。

8.2 控制混凝土管道內(nèi)余料

在混凝土即將完成澆筑時(shí)，估計(jì)管道內(nèi)剩余混凝土能滿(mǎn)足至結(jié)構(gòu)澆筑結(jié)束時(shí)即關(guān)上截止閥；（長(zhǎng)度350 m管道容積約6.75 m3，430 m時(shí)容積約7.75 m3）再加砂漿（水、水泥、砂）1.5 m3入料斗，泵送砂漿1 m3。

8.3 加入足夠的紙質(zhì)水泥袋和海綿球

放掉地泵料斗內(nèi)剩余砂漿→拆開(kāi)出口處三通管的蓋板→泵機(jī)反泵清除錐管、S管、混凝土缸內(nèi)的砂漿→在三通管處加入足夠紙質(zhì)水泥袋和海綿球。

8.4 泵送水

往料斗內(nèi)注水進(jìn)行泵送→泵送壓力達(dá)到4～6 MPa時(shí)打開(kāi)截止閥→持續(xù)開(kāi)泵直至布料機(jī)出口冒出水后停止泵送（應(yīng)水源充足，確保泵送連續(xù)性）→關(guān)上截止閥。

8.5 泵送水放水

立起布料機(jī)臂架→拆開(kāi)泵機(jī)出口處三通管的蓋板（或拆除泵機(jī)與截止閥之間的彎管）→打開(kāi)截止閥，管道內(nèi)的水受重力作用呈噴射狀沖出（三通管出水口附近不能有人）。

8.6 清洗管道及后續(xù)操作

水流完后，關(guān)上截止閥并清洗混凝土缸，恢復(fù)三通管的蓋板（或彎管）安裝復(fù)位，清理泵機(jī)。

8.7 堵管操作

一旦發(fā)生堵管，應(yīng)采取措施將泵管內(nèi)的混凝土清除干凈，可重復(fù)使用泵管。本項(xiàng)目制作了專(zhuān)門(mén)的管道清除裝置，并采用沖擊鉆將泵管中的混凝土擊穿、破碎，完成管道的清理。

9 結(jié)語(yǔ)

在珠海中心大廈項(xiàng)目施工過(guò)程中，通過(guò)對(duì)泵送設(shè)備的選擇、混凝土配合比的確定等關(guān)鍵步驟進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算分析，并結(jié)合經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，解決了混凝土超高泵送的技術(shù)難點(diǎn)，保證了施工質(zhì)量及工期要求，相關(guān)經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)可供后續(xù)同類(lèi)項(xiàng)目借鑒參考。