楊毅++曾昭華

【摘要】對(duì)于超高層建筑，一般使用高強(qiáng)高性能混凝土，其粘度大，泵送性差。這種高強(qiáng)混凝土需超高壓泵輸送，由于混凝土泵送壓力過(guò)高，易發(fā)生泄漏，會(huì)導(dǎo)致許多混凝土問(wèn)題，如離析、堵管等，因此超高層混凝土泵送一直是施工的一大難題；要解決此難題，選擇合適的混凝土泵送設(shè)備顯得尤為重要。本文針對(duì)長(zhǎng)沙希爾頓酒店工程建設(shè)，以C60高強(qiáng)混凝土為泵送對(duì)象，在分析C60高強(qiáng)混凝土泵送特性的基礎(chǔ)上，詳細(xì)闡述了超高層建筑用混凝土輸送泵、混凝土輸送管的選擇方法。

【關(guān)鍵詞】超高層建筑；高強(qiáng)混凝土；砼泵送

The Application of Super High-rise Concrete Pumping Technique in Changsha Hilton Hotel Project

Yang Yi，Zeng Zhao-hua

（The Third Construction CO.，LTD of China Construction Third Engineering BureauWuhanHubei430074）

【Abstract】High-rise buildings commonly use high-strength concrete， which has large viscosity and poor pumpablity.The high concrete pumping pressure may cause concrete segregation and pipe blockage，etc，which has always been a problem of concrete construction. So it is of considerable importance to select appropriate concrete pumping equipment.Aiming at C60 high-strength concrete pumping in the construction of Changsha Hilton Hotel， the article analysizes C60 high-strength concrete pumping characteristics， and elaborates selection of concrete pump， concrete pipe method in high-rise building projects.

【Key words】Super high-rise buildings；High-strength concrete；Concrete pumping

1. 項(xiàng)目概況與特點(diǎn)

1.1工況要求。

（1）對(duì)于超高層建筑，一般使用高強(qiáng)高性能混凝土，高強(qiáng)混凝土與普通混凝土相比，水灰比低，粘性特別大，只有當(dāng)作用外力超過(guò)屈服值時(shí)才產(chǎn)生流動(dòng)，超高層建筑混凝土施工需超高壓泵輸送，但泵送壓力過(guò)高，混凝土易發(fā)生泄漏，還會(huì)導(dǎo)致許多混凝土問(wèn)題，如離析、堵管等，因此超高層混凝土泵送一直是施工的一大難題；要解決此難題，選擇合適的混凝土泵送設(shè)備顯得尤為重要。

（2）長(zhǎng)沙希爾頓酒店工程位于長(zhǎng)沙市銀盆嶺大橋西，為長(zhǎng)沙市河西第一高樓。該工程建筑高度約241m，為超高層建筑。本工程塔樓主體結(jié)構(gòu)形式為核心筒-鋼框架結(jié)構(gòu)體系，為保證塔身具有足夠的耐久性，塔樓核心筒所用混凝土為C50～C60高強(qiáng)混凝土。為保證施工質(zhì)量，在超高層混凝土泵送過(guò)程中務(wù)必保證砼泵送的順利施工。在長(zhǎng)沙地區(qū)，C40混凝土已得到廣泛的應(yīng)用，各商品混凝土攪拌站都能提供，但 C60混凝土的配制要求相對(duì)較高，為同時(shí)滿(mǎn)足強(qiáng)度和施工性能要求，主要應(yīng)滿(mǎn)足超高層混凝土的泵送要求。

1.2高強(qiáng)混凝土泵送特性。

高強(qiáng)混凝土的坍落度對(duì)泵送阻力有巨大影響，直接影響著泵送壓力的大小，圖1是根據(jù)長(zhǎng)沙希爾頓酒店工程現(xiàn)場(chǎng)泵送試驗(yàn)記錄繪制的關(guān)于混凝土坍落度、泵送距離、泵送壓力的關(guān)系示意圖。從圖中可知：相同方量的混凝土，當(dāng)輸送高度一定時(shí)，泵送壓力隨著混凝土坍落度的增大而減小，尤其是坍落度小于200mm或是泵送高度超過(guò)150m時(shí)，這種變化趨勢(shì)越明顯。但是，混凝土坍落度也不應(yīng)過(guò)大，因?yàn)樘涠忍笠环矫嬗绊懕盟驮O(shè)備的吸收性能，同時(shí)，泵車(chē)出口截止閥密封不嚴(yán)處容易漏漿，影響混凝土的施工質(zhì)量；另一方面，在高壓泵送作用下，混凝土易發(fā)生離析現(xiàn)象，造成堵管，影響混凝土正常泵送作業(yè)。因此在超高層混凝土泵送中為減小泵送阻力，并保障施工的質(zhì)量。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果，C60高性能混凝土泵送時(shí)，坍落度最好控制在220mm～240mm之間?？紤]各種因素，本工程C60高強(qiáng)混凝土的配合比見(jiàn)表1（混凝土坍落度、泵送距離和泵送壓力關(guān)系示意圖見(jiàn)圖1）。

2. 地泵型號(hào)選擇

混凝土泵送設(shè)備的選型應(yīng)以可靠、經(jīng)濟(jì)為首要原則。首先根據(jù)工況要求，估算管道的阻力，根據(jù)所計(jì)算壓力值初步篩選混凝土泵型號(hào)，然后根據(jù)廠家提供的混凝土澆筑方量需求，確認(rèn)泵送壓力（決定混凝土泵送高度）、理論方量（決定作業(yè)時(shí)間）是否滿(mǎn)足施工需求。如果滿(mǎn)足需求，型號(hào)確定，如果不滿(mǎn)足需求則重新選型號(hào)，直至選出滿(mǎn)足要求的泵機(jī)型號(hào)為止。

2.1泵送壓力估算。

（1）泵機(jī)的主要性能指標(biāo)是泵出口壓力和輸送方量，其中泵出口壓力表示該泵機(jī)能夠達(dá)到的最大的泵送高度，而泵機(jī)輸送方量象征泵機(jī)在某個(gè)泵送壓力下的工作效率。因此，泵機(jī)選型主要考慮工程施工高度、泵送工藝、輸送管道布置以及混凝土澆筑方量。

（2）由于C60高強(qiáng)混凝土單方量用水量很低，長(zhǎng)沙希爾頓酒店工程C60高強(qiáng)混凝土單方量含水僅為110Kg左右，其流動(dòng)性的產(chǎn)生主要依靠高效減水劑的強(qiáng)吸附分散作用，使得混凝土拌合物的粘性極大，混凝土泵送的施工阻力大，對(duì)泵送壓力要求高，要求混凝土泵送設(shè)備的出口壓力大。

（3）長(zhǎng)沙希爾頓酒店工程泵送混凝土最高強(qiáng)度為C60，為高強(qiáng)混凝土。目前尚無(wú)針對(duì)高強(qiáng)度混凝土泵送壓力的計(jì)算方法。長(zhǎng)沙希爾頓酒店工程根據(jù)JGJ/T10-95《混凝土泵送施工技術(shù)規(guī)程》推薦的計(jì)算方法，選擇較高壓力損失計(jì)算的S.Morinaga公式：

ΔPH= 2r[K1+K2（1+t2/t1）V]α

K1=（3.00-0.1S）·102

K2=（4.00-0.1S）·102

式中：ΔPH——單位長(zhǎng)度的沿程壓力損失；r——輸送管半徑，r=0.0625m；K1=粘著系數(shù)（Pa） ；K2=速度系數(shù)（Pa/m/s）；S-砼坍落度，取220mm；t2/t1——分配閥切換時(shí)間與活塞推壓混凝土?xí)r間之比，取0.8；V-混凝土在輸送管內(nèi)平均流速（m/s），取1.13 m/s；α-混凝土徑向壓力與軸向壓力之比，取0.9。

（4）估算得，混凝土在水平輸送管內(nèi)流動(dòng)每米產(chǎn)生的壓力損失ΔPH=0.01MPa/m。

混凝土輸送管的水平長(zhǎng)度換算：本工程采用直徑為125mm的輸送管，按垂直輸送高度241m、水平輸送長(zhǎng)度70m計(jì)算，根據(jù)混凝土輸送管水平換算得水平總長(zhǎng)度為241m×4+70m=1034m，則：

混凝土在水平輸送管內(nèi)流動(dòng)產(chǎn)生的壓力損失：1034m×0.01MPa/m=10.34MPa

混凝土在垂直方向因自重產(chǎn)生的壓力：ρgH=2400×9.8×241=5.67

空氣壓力：1MPa

因此，初步計(jì)算得混凝土泵的出口壓力P>10.34+1+5.67=17.01MPa

2.2地泵設(shè)備型號(hào)初選。

根據(jù)上述計(jì)算，考慮到垂直運(yùn)輸過(guò)程中混凝土坍落度損失、混凝土波動(dòng)等因素，出口壓力至少還需要額外預(yù)留5%的系數(shù)。泵出口壓力至少為18MPa；即要選擇18MPa以上的混凝土泵。經(jīng)眾多工程實(shí)踐驗(yàn)證，理論計(jì)算結(jié)果要大于工程實(shí)測(cè)。對(duì)于出口壓力超過(guò)18MPa，查閱國(guó)內(nèi)外混凝土泵型譜可知，中聯(lián)HBT90.21.220S型車(chē)載式混凝土泵，理論輸送壓力（低壓/高壓-MPa）為11/21，能夠滿(mǎn)足要求，同時(shí)還有3MPa壓力的富余。

圖2HBT90.21.220S超高壓泵泵送性能曲線(xiàn)

2.3地泵設(shè)備型號(hào)確定。

對(duì)于大多數(shù)工程來(lái)講，都有工期進(jìn)度的要求，因此在選擇泵送設(shè)備時(shí)，要根據(jù)實(shí)際情況，具體考慮混凝土泵送設(shè)備的輸出方量能力。按長(zhǎng)沙希爾頓酒店項(xiàng)目要求，核心筒混凝土結(jié)構(gòu)每層方量的最低要求為320方，必須15小時(shí)內(nèi)澆注完畢，有效輸送時(shí)間為8小時(shí)?？紤]到施工現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備維護(hù)、混凝土不完全連續(xù)運(yùn)輸、意外斷電等因素，所選擇的泵送設(shè)備須每小時(shí)輸送方量至少要保證50方/小時(shí)左右。HBT90.21.220S最大理論混凝土輸送量（低壓/高壓-m3/h）為94/52。查看中聯(lián)HBT90.21.220S超高壓泵泵送性能曲線(xiàn)（理論混凝土輸送量與理論輸送壓力的關(guān)系）可知，在出口壓力18MPa，理論輸送方量為55方/小時(shí)左右，大于50方/小時(shí)，滿(mǎn)足要求（HBT90.21.220S超高壓泵泵送性能曲線(xiàn)見(jiàn)圖2）。

3. 混凝土輸送管的選擇

由于高強(qiáng)高性能混凝土組成成分多、粘性極大，較普通混凝土更易磨損輸送管道。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，高強(qiáng)混凝土輸送管的使用壽命只有普通混凝土輸送管的1/3～1/5。因此，混凝土輸送管作為混凝土泵輔助件，其質(zhì)量?jī)?yōu)劣對(duì)混凝土泵送工作也起決定性作用，影響混凝土施工質(zhì)量。輸送管的規(guī)格、連接形式、壽命、可靠性等等都影響著輸送設(shè)備的使用效果，所以混凝土輸送管的選擇是超高層混凝土泵送設(shè)備選型里又一重要方面。

3.1混凝土輸送管選型。

超高層建筑高強(qiáng)度混凝土在泵送過(guò)程中，混凝土在管道縱向?qū)a(chǎn)生極大的沖擊力，常規(guī)的連接與密封方式已不能滿(mǎn)足要求。如果管道密封不好，泵送過(guò)程中會(huì)發(fā)生漏漿，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)鹿?，?dǎo)致整個(gè)輸送系統(tǒng)報(bào)廢；高壓下運(yùn)動(dòng)的高強(qiáng)度混凝土?xí)?duì)加劇輸送管的磨損，大大降低混凝土輸送管的使用壽命，增加輸送管爆管幾率。普通混凝土輸送管不能滿(mǎn)足要求，需耐高壓、耐磨損的輸送管才能滿(mǎn)足施工要求。輸送管直徑越小，輸送阻力越大，但輸送管直徑過(guò)大也不好，其抗暴性能低，而且混凝土在管道內(nèi)停留的時(shí)間長(zhǎng)會(huì)影響混凝土的和易性。綜合考慮以上這些因素，本工程選用直徑為125mm的輸送管。

3.2混凝土輸送管布置。

（1）管道的布置既要考慮混凝土施工的便利，又要盡量減少對(duì)其他施工造成的不利影響。在總平面布置中，本工程將混凝土輸送泵布置在核心筒西側(cè)，泵車(chē)與鋼構(gòu)件貨車(chē)進(jìn)入場(chǎng)地后即分流，避免了澆筑混凝土期間泵車(chē)與鋼構(gòu)件運(yùn)輸貨車(chē)進(jìn)出現(xiàn)場(chǎng)相互影響，保障了場(chǎng)地內(nèi)各項(xiàng)作業(yè)的通暢。

（2）在布置泵管時(shí)，應(yīng)盡量少用彎管和軟管，彎管應(yīng)使用最大彎管，以最大限度地降低泵送管道阻力。為了抵消垂直管道內(nèi)混凝土自重產(chǎn)生的反壓，應(yīng)在泵出口位置布置一定長(zhǎng)度的水平管，且地面水平管長(zhǎng)度不宜小于垂直管長(zhǎng)度的四分之一。長(zhǎng)沙希爾頓酒店工程工程混凝土的最大泵送高度為241米，即按泵管垂直管長(zhǎng)度241米計(jì)算，地面水平輸送管長(zhǎng)度不應(yīng)小于241m÷4=60.25m，本工程地面水平輸送管70m，大于垂直管長(zhǎng)度的1/4，滿(mǎn)足布管要求。輸送管地面水平布置如圖3。

（3）垂直管的布置既要泵送高度超過(guò)200m時(shí)，被輸送的混凝土產(chǎn)生的回流趨勢(shì)會(huì)越來(lái)越大，應(yīng)考慮在高空布置一定長(zhǎng)度的水平管，以保證有足夠的阻力減小這種混凝土回流趨勢(shì)，減弱首層垂直泵管底部彎管的壓力，本工程在高200m的48～49層設(shè)置30m水平管緩沖段，然后一直往上到屋面，取得了較好的混凝土輸送效果，垂直管的布置如圖4所示。

4. 總結(jié)

（1）合理的混凝土配合比和坍落度對(duì)超高層建筑施工混凝土泵送起著至關(guān)重要的作用；

（2）在砼泵送設(shè)備選型時(shí)，需要綜合考慮管道架設(shè)、泵送施工、混凝土的配置等，成套解決這一系列問(wèn)題，才能找出最佳選擇。

參考文獻(xiàn)

[1] JGJ/T10-95混凝土泵送施工技術(shù)規(guī)程 [S]. 中國(guó)建筑科學(xué)研究院.

[2]趙志縉， 趙帆. 混凝土泵送施工技術(shù) [M]. 北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版 ， 2000.

[作者簡(jiǎn)介] 楊毅（1989.8-），男，籍貫：湖北武漢，工作單位：中建三局第三建設(shè)工程有限責(zé)任公司，職稱(chēng)：工程師，學(xué)歷：碩士研究生，研究方向：施工技術(shù)。

曾昭華（1983.5-），男，籍貫：湖南長(zhǎng)沙，工作單位：中建三局第三建設(shè)工程有限責(zé)任公司，職稱(chēng)：工程師，學(xué)歷：本科，研究方向：施工技術(shù)。