邱盛，盧佳林，于志強(qiáng)，梁濤，吳家有

（1. 廣西屹桂混凝土有限公司，廣西 南寧 530221；2. 中建商品混凝土廣西有限公司，廣西 南寧 530221）

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)進(jìn)入新常態(tài)，人口向中心城市都市圈集聚，城市用地進(jìn)一步緊張。為了在有限的土地上最大限度地提供使用面積，建筑結(jié)構(gòu)向高層、超高層的發(fā)展成為必然[1]。超高層混凝土泵送技術(shù)作為一種快速簡便、經(jīng)濟(jì)適用的施工方式順應(yīng)時代得到迅速的發(fā)展和突破[2]。1997 年，金茂大廈混凝土工程施工一次性將C40 混凝土泵送到 382.5m 的實體高度[3]。但是由于地域性、氣候、原材料、工程結(jié)構(gòu)、混凝土性能指標(biāo)等差異，各工程超高層混凝土泵送關(guān)鍵性技術(shù)各有不同，且國內(nèi)大多超高層建筑高度集中 400～500m[4]。本文結(jié)合南寧第一高樓華潤中心東寫字樓超高層混凝土澆筑，從混凝土原材料、關(guān)鍵性能指標(biāo)、泵送設(shè)備選型及管道布置、泵送保障措施等方面詳細(xì)闡述超高 400m 級混凝土施工關(guān)鍵技術(shù)，為業(yè)內(nèi)同行提供參考借鑒。

1 工程概況及技術(shù)要求

南寧華潤中心東寫字樓項目位于南寧市鳳嶺片區(qū)東盟商務(wù)區(qū)核心區(qū)繁華地段內(nèi)，用地面積為 5830.54m2，總建筑面積約為 289846.78m2，地下 3 層，地上 86 層和2 層設(shè)備層及停機(jī)坪，混凝土工程總方量約 10 萬方，一泵到頂最大高度 403m。超高層混凝土主要包括塔樓核心筒、核心筒梁板、外框架組合樓板、外框柱巨型鋼柱等。混凝土強(qiáng)度等級為 C30～C60，主要為 C30 和C60 混凝土。華潤東寫字樓項目核心筒分為 9 個宮格，其中 7、8、9 號筒 58 層封頂，4 號、5 號和 6 號筒 74層核心筒封頂，1 號、2 號和 3 號筒 88 層封頂。

2 原材料及配合比

根據(jù) JGJ 55—2011《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》、JGJ/T 283—2012《自密實混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》，結(jié)合試配和實際泵送，對于超過 200m 泵送混凝土，設(shè)計 C60 和 C30 配合比，如表 1 所示。

水泥采用海螺 P·O42.5 普通硅酸鹽水泥；粉煤灰采用 F 類 Ⅱ 級灰，細(xì)度為 23%，需水比 97%；礦粉為S95 礦粉，比表面積 435m2/kg，28 天活性 99%；減水劑使用中建聚羧酸減水劑，減水率為 25%；細(xì)骨料，天然河砂，細(xì)度模數(shù)為 2.5～2.8 之間，含泥量 2.0%，石粉砂，細(xì)度模數(shù) 2.8，MB 值 0.6，石粉含量 3.2%；粗骨料使用 5～20mm 連續(xù)級配碎石，壓碎值 8%，針片狀 3%。

設(shè)計 C30 和 C60 配合比滿足施工要求，工程設(shè)計及實驗室實際檢測混凝土坍落度、擴(kuò)展度、經(jīng)時損失、含氣量、倒置坍落度筒排空時間、壓力泌水率比如表 2所示。

表 1 C60 和 C30 混凝土配合比 kg/m3

表 2 混凝土實測工作性能及指標(biāo)要求

3 泵送設(shè)備選型及管道布置

3.1 泵送壓力測算

南寧華潤中心東寫字樓項目，豎管長度 403m，在豎向管道內(nèi)混凝土的自重作用下，水平管道反向壓力過大，極易造成泵管堵塞。為避免該現(xiàn)象發(fā)生，平管長度按照豎管長度不低于 1/4 布置，長度約 150m，施工面管道最大長度約 100m，管道總計長度約 653m，共布置 15 個彎管、1 個錐管、2 個截止閥?；炷撩芏劝?2500kg/m3計算，管內(nèi)流速約為 0.8m/s，根據(jù) JGJ/T 10—2011《混凝土泵送施工技術(shù)規(guī)程》進(jìn)行泵送壓力計算。

式中：

P1——混凝土自重引起的壓力損失，MPa；

P2——混凝土沿程壓力損失，MPa；

P3——混凝土其他壓力損失，一般為混凝土泵送部件的壓力損失，MPa。

式中：

ρ——混凝土的密度，取 2500kg/m3；

g——重力比例系數(shù)，取 9.8N/kg；

h——水平高度，取為 403m。

代入數(shù)值，則：

式中：

ΔPH——混凝土在水平輸送管內(nèi)流動每米產(chǎn)生的壓力損失，MPa；

S1——混凝土坍落度，根據(jù)實際檢測值取為250mm，其余參數(shù)按 JGJ/T 10—2011《混凝土泵送施工技術(shù)規(guī)程》附錄 B 計算，則 ΔPH=0.059MPa；

Lmax——混凝土泵的最大水平輸送距離，向上垂直管按照 JGJ/T 10—2011《混凝土泵送施工技術(shù)規(guī)程》中表 (5.1.2) 換算為水平長度，則

代入數(shù)值，則：

彎管、椎管的壓力損失取 0.1MPa/只，截止閥的壓力損失取 0.8MPa/個，軟管的壓力損失為 0.2MPa/根，代入數(shù)值，則：

根據(jù)式 (1)，則泵送混凝土預(yù)估壓力損失：

根據(jù)計算混凝土泵送壓力約為 24.3MPa，以此作為泵送設(shè)備選型的依據(jù)。

3.2 泵機(jī)選型

根據(jù)施工經(jīng)驗，超高層泵機(jī)的最大輸出壓力應(yīng)不低于估算壓力值的 20%，為應(yīng)對高溫天氣、施工緩慢等對混凝土工作性變化造成的影響，此處取 25%，則泵機(jī)壓力最大輸出不低于 30.4MPa。本工程選用泵送設(shè)備為三一重工生產(chǎn)的 HBT9050CH-5M 型拖泵，最大輸出壓力為 50MPa，可充分的保障泵送要求。

3.3 泵管選型

豎管和正負(fù)零平管輸送管采用定制的超高壓耐磨抗爆輸送管，雙層復(fù)合，內(nèi)層耐磨、外層抗爆，外徑為145mm，內(nèi)徑為 125mm，管道厚度 10mm，根據(jù) GB/T 8163—2018《輸送流體用無縫鋼管》壓力公式計算鋼管的理論最小值：

計算的泵機(jī)正常泵送時泵管厚度 S1不應(yīng)小于3.7mm，泵機(jī)滿負(fù)荷狀態(tài)泵要求泵管的壁厚 S2不應(yīng)低于 7.6mm，而工程選用的鋼管壁厚 10mm，即使在泵機(jī)滿負(fù)荷的工作狀態(tài)鋼管任然保持有 31% 的安全富余，完全滿足施工要求。此外，施工樓面橫向結(jié)構(gòu)和外框柱采用 2 套 100m，內(nèi)徑 125mm 普通高壓管，一套作為備用，管厚 6mm，重量和成本小于超高壓管，便于運輸和拆卸。

管道連接分為法蘭盤連接和管卡連接。法蘭盤連接穩(wěn)固性優(yōu)于管卡連接，豎管全部使用法蘭盤連接；為了便于在異常情況快速拆接平管，平管全部使用特制管卡連接。

3.4 布料機(jī)選型

南寧華潤中心東寫字樓由核心筒內(nèi)的主立管連接固定于頂模平臺的 2 臺 HGY28 型布料機(jī)進(jìn)行澆筑，該布料機(jī)固定于頂模平臺上并隨頂模系統(tǒng)上升。核心筒外框鋼管混凝土澆筑另采用 2 臺 HGY-28 型布料機(jī)進(jìn)行澆筑，布料機(jī)固定于鋼梁之上，并隨著鋼管混凝土澆筑往上提升。布料機(jī)性能如表 3 所示。

3.5 管道布置

管路布置應(yīng)滿足施工要求，遵循距離最短、彎頭最少和平管等高的原則，為了降低垂直管道內(nèi)混凝土重力產(chǎn)生的泵送阻力，地面水平管的總長度不應(yīng)小于垂直布管高度的 1/4，理想狀態(tài)是水平管的混凝土摩擦阻力與垂直管道混凝土的重力和摩擦阻力達(dá)到相互平衡的狀態(tài)，防止垂直管道混凝土回流及便于泵送。

本工程垂直管道最高 403m，水平管道布置 150m長，泵機(jī)出口處，變徑管接 2 節(jié)標(biāo)準(zhǔn) 3m 管，接一節(jié)非標(biāo)短管，便于拆卸，接回收料管道；因場地原因，泵機(jī)場地與主樓正負(fù)零跨度大，如以常見的 90°彎頭接管混凝土自重會在彎頭處形成較大的摩擦阻力，容易產(chǎn)生爆管的現(xiàn)象，因此定制兩根 120°彎管，和兩個 15°彎管連接成“倒弓字型”管線解決跨度大的難題，如圖 1所示。此種接管不僅可以減少直角彎頭，而且可以起到緩沖的作用，更加利于混凝土泵送。

表 3 布料機(jī)性能參數(shù)

圖 1 “倒弓字型”管線

圖 2 53 層緩沖管

圖 3 混凝土管線及布料機(jī)布置圖

本工程共選用 3 套混凝土泵送管線（分別 a、b、c 表示），a 號、b 號混凝土輸送泵管沿 3 號核心筒架設(shè)，其中 b 號泵送管線為備用管線，c 號管線架設(shè)在 4號筒內(nèi)側(cè)，管線布置如圖 3 所示。工程設(shè)計為“宮格”結(jié)構(gòu)，1 層至 58 層為“九宮格”結(jié)構(gòu)，58 層至 74 層為“六宮格”結(jié)構(gòu)，1 層至 74 層混凝土施工由 a、b 號管線同時進(jìn)行混凝土泵送，74 層核心筒澆筑完后拆除c 號管線，74 層至頂層為“三宮格”結(jié)構(gòu)，由 a 號管線進(jìn)行混凝土泵送，b 號管線作為備用管線，以應(yīng)對突發(fā)狀況，保證施工速度及工程質(zhì)量。本工程通過在 53層設(shè)置 2 個 R150cm 90°彎頭連接作為緩沖層過渡層（如圖 2 所示），減小由混凝土自重產(chǎn)生的泵送阻力，實現(xiàn)了一泵到頂。水平泵送管道設(shè)置 2 道截止閥，第 1道截止閥布置在泵機(jī)出口第 2 節(jié)非標(biāo)管和型“倒弓字型”管間，主要用于混凝土泵送結(jié)束后管道清洗；第 2道截止閥布置在“倒弓字型”管與豎向管道連接處的90°彎頭前，主要用于堵泵時，關(guān)閉本道截止閥，拆卸泵管，使豎向泵管內(nèi)混凝土排出。

3.6 管道固定

超高層混凝土輸送時，水平管線沿地面鋪設(shè)，預(yù)先澆筑混凝土墩預(yù)埋件，通過抱箍或者 U 形卡與預(yù)埋件連接將管道固定在混凝土墩上，如圖 4 所示。垂直管線鋪設(shè)在核心筒內(nèi)側(cè)或者外側(cè)，在固定位置預(yù)埋高強(qiáng)度鋼板，如圖 5 所示，通過抱箍或者 U 形卡將泵管固定鋼板上。

圖 4 水平管道固定

圖 5 垂直預(yù)埋高強(qiáng)度鋼板

3.7 管道綠色清洗技術(shù)

混凝土施工結(jié)束后，超高層建筑采用一般的水洗方式難以將整條管線全部清洗干凈。本工程采用氣—水聯(lián)洗技術(shù)，在混凝土澆筑完成后，關(guān)閉 1 號截止閥，管道接入余料回收架；施工面管道塞入直徑 128mm 特制海綿球，連接空壓機(jī)，然后打開 1 號截止閥，開啟空壓機(jī)，管道內(nèi)余料將通過余料回收架，全部進(jìn)入攪拌車。再次關(guān)閉 1 號截止閥，從施工面管道灌入清水，直至豎管裝滿清水，塞入直徑 125mm 特制海綿球，連接空壓機(jī)，打開 1 號截止閥，開啟空壓機(jī)，進(jìn)行水洗，直至余料回收架管道內(nèi)清水流出，可進(jìn)行多次水洗，確保管道清理干凈，管道清洗用水可以通過二次沉淀，再次利用，清洗工藝流程如圖 6 所示。氣—水聯(lián)洗技術(shù)的應(yīng)用不僅節(jié)約工程上千方混凝土，同時明顯減少環(huán)境污染。

圖 6 南寧華潤中心東寫字樓收盤氣洗流程圖

3.8 實際泵送參數(shù)

根據(jù)實際泵送情況及經(jīng)驗，本項目泵送參數(shù)見表4。

表 4 混凝土實測工作性能及指標(biāo)要求

4 超高層泵送保障措施

4.1 原材料保障

本工程混凝土生產(chǎn)所用的原材料均采取專倉儲存、專項目使用的措施，根據(jù)混凝土澆筑計劃至少提前 10天儲備好河砂，確保河砂在生產(chǎn)使用時含水率穩(wěn)定在5% 以下，并遵循先進(jìn)廠先使用的原則。原材料儲備量必須不低于計劃澆筑生產(chǎn)所需量的 1.5 倍。

4.2 混凝土質(zhì)量保障

混凝土開盤時首先攪拌站提前一天從料倉取樣進(jìn)行配合比工作性驗證，檢測混凝土指標(biāo)滿足表 2 要求，施工前按照配合比進(jìn)行上機(jī)中試，取樣對比與實驗室試配的差異。澆筑現(xiàn)場在入泵及出泵口監(jiān)控混凝土關(guān)鍵指標(biāo)。

4.3 混凝土物流供應(yīng)保障

攪拌站與項目距離約 20km，攪拌車正常行駛時能在 40min 內(nèi)運輸至現(xiàn)場，高峰期時則行駛備用路線，在60min 內(nèi)運輸至現(xiàn)場。攪拌站與現(xiàn)場建立通暢有效的信息傳遞機(jī)制，控制好發(fā)車頻次與澆筑速度相匹配，確?，F(xiàn)場施工時每臺泵做到“壓一打一”的效果。

4.4 超高層泵送設(shè)備系統(tǒng)保障

本工程超高層混凝土施工設(shè)備的易損設(shè)備均配備備用部件，并且按維保制度嚴(yán)格進(jìn)行日常維護(hù)開盤前，先泵機(jī)打水，測試超高壓泵機(jī)是否工作工作正常，管道是否漏水?；炷帘盟瓦^程中，現(xiàn)場人員每 1 小時巡查一次管道。

5 結(jié)語

南寧華潤中心東寫字樓是廣西第一座突破 400m 級超高層建筑，在精細(xì)的施工組織下成功的將 C30、C60混凝土一次泵送到 403m 的高度，克服項目周期長等問題，高效地完成了泵送，形成了典型的具有區(qū)域特色的400m 級超高層混凝土泵送技術(shù)。

（1）優(yōu)選原材料，優(yōu)化設(shè)計超高層泵送混凝土配合比，在嚴(yán)格執(zhí)行原材料專材專倉專用的措施下保證了混凝土生產(chǎn)供應(yīng)的長期穩(wěn)定。

（2）通過對工程最長管線的泵送壓力計算，選擇最大輸出壓力三一 50MPa 的 HBT9050CH-5M 型超高壓泵，通過定制超高壓耐磨抗爆輸送管并合理的布置及加固，在泵機(jī)場地與主樓正負(fù)零跨度大的情況設(shè)置“倒弓形”緩沖過渡管，并在 53 層用 2 個 R150cm 90°彎頭連接作為緩沖層過渡，減小了混凝土自重產(chǎn)生的泵送壓力，成功實現(xiàn)一泵到頂。

（3）采用氣洗和水洗水結(jié)合的管道清洗技術(shù)不僅節(jié)約工程上千方混凝土，同時明顯減少環(huán)境污染。