超高层高强混凝土泵送的综合施工技术

段鹏举

西安市建总工程集团有限公司 陕西 西安 710065

近年来，国内超高层建筑日渐增多，超高泵送作为一项专业课题一次次被搬上建筑行业舞台。对于超高层高强度、大黏度的混凝土，因其与泵管的摩擦力大，大大增大了混凝土泵输送的压力。为减少混凝土与泵管的阻力，需从混凝土配合比的坍落度、水灰比、扩展度及扩展时间、早期混凝土强度等方面进行研究优化及应用[1-5]。

1 工程概况

南充绿地中心超高层2#楼项目位于南充市北部新城活力区，紧邻高铁站，为南充的地标性建筑，集甲级办公、星级酒店、高级公寓等业态为一体。工程采用核心筒＋外框柱结构体系，建筑总高度为238 m。塔楼核心筒及外围钢骨柱混凝土强度等级包括C30、C50、C55等，梁板混凝土强度等级均为C30。

超高层高强度混凝土泵送综合应用技术主要为：超高层混凝土输送泵与布料机选择技术；超高层混凝土输送管选择技术；超高层混凝土配合比选择及可泵性确定技术；超高层混凝土水洗施工技术。通过此综合应用技术可使施工进度加快，劳动强度减轻，提高工效和质量，节约工期，具有很好的推广和应用价值。

2 主要施工技术

2.1 超高层混凝土输送泵选择

要保证超高层高强混凝土顺利泵送，必须使输送泵达到相应泵送压力。通过理论计算与实际数据2个方面对出口压力与功率进行分析与计算，对结果进行分析后确定使用相应的输送泵型号。

本工程结构施工期间布置川建C7050塔吊1台，工程采用“不等高同步流水施工”，布置1台塔吊基本能满足现场施工要求。混凝土布料机采用2台18 m手动式布料机，由南向北依次浇筑墙、柱、梁板。

2.1.1 混凝土泵送理论压力的计算

混凝土泵送时的压力P主要为三部分。第一部分P1是混凝土在泵管内流动时受到的沿程压力损失，包括混凝土黏性产生的阻力和混凝土流动于泵管中所产生的摩擦阻力。第二部分P2是超高泵送时泵管中设置弯管、软管等所产生的阻力损失。第三部分P3是混凝土垂直泵送时因重力所产生的压力。

本工程泵送最高高度222.9 m，水平管长40 m。混凝土强度为C30—C55，混凝土泵管选用150 mm直径，壁厚为9 mm。高压输送混凝土量理论为68 m³，即最高流速为1.37 m/s。根据现场情况布置8个90°弯管，1个软管。按照公式及各项参数，求得最终混凝土泵送时的压力P为15.676 MPa。

2.1.2 混凝土泵最大出口压力的确定

理论计算时以普通混凝土作为计算依据，而在超高层项目中，普遍使用强度在C30及以上的高强高性能混凝土，其泵送阻力远大于普通混凝土。同时，超高层混凝土泵送压力往往需要30%的储备。考虑高强混凝土黏结性较强导致的摩擦力较大等原因，实际确定时较理论值增加30%的泵送压力，最后采用SY5161THB C-8车载输送泵，最大出口压力为28 MPa。

2.2 超高层混凝土输送管选择

在超高层混凝土泵送过程中，普通的混凝土泵管无法承受相应的压力，且摩擦力的增加容易导致泵管强度削弱，进而导致堵管、爆管等现象，给混凝土施工带来了巨大的安全及质量隐患。

2.2.1 输送管选择方案的确定

在单位时间内混凝土输送量相同的情况下，改变输送管道的直径对混凝土的流速、压力、管道磨损以及混凝土在管道内停留的时间等有直接影响。

根据本工程混凝土泵送的高度及压力要求，输送泵管需采用高压泵管。为减少水平管及垂直管沿程压力的损失，增加混凝土的流速，采用大直径高压输送泵管，其不仅使混凝土沿程压力损失减少，且能增加使用寿命。

2.2.2 输送管选择方案的实施

与直径125 mm的输送管道相比，直径150 mm管道的流道截面积增大25%以上，单位长度沿程压力损失减小20%以上，管道磨损速度也相应下降。但随着混凝土流速的降低，混凝土在管道内的输送时间会增加。当泵送高度为400 m时，混凝土在直径150 mm输送管内的输送时间约12.4 min，比在直径125 mm输送管内的时间增加约4 min。

本工程需泵送的混凝土总量约30 000 m³，考虑管道成本与寿命，推荐外径150 mm、壁厚9 mm的超高压输送管。

在超高泵送的泵管布置中，应尽可能减少弯管以及软管的使用。弯管需采用90°大弯，可最大限度降低泵管内部混凝土的摩擦阻力。随着结构高度增加，每次浇筑泵管高度都将增高，泵管内的混凝土在重力作用下回流越发明显，故进行超高泵送时需按规范要求铺设一段水平管，可削弱混凝土回流产生的压力。参照类似的超高泵送经验，水平泵管的长度须达到垂直泵管高度的1/5～1/4，泵出口管路采用近似L形连接方式，并设置混凝土墩固定（图2）。

2.3 超高层混凝土配合比选择

2.3.1 泵送混凝土配合比确定

图1 泵管固定方式

超高泵送为建筑施工的一项综合性技术，国内外对此项工作均十分重视。对高强度的混凝土进行超高泵送研究，可提高超高泵送的施工质量以及工作效率。泵送高度大于200 m时的泵送压力较大，且泵送的混凝土黏度大、强度高，稍有不慎就容易堵管，给混凝土浇筑带来一系列的技术难题。

本工程通过坍落度试验法（扩展度试验）和压力泌水率对可泵性进行评价，确定最佳混凝土配合比，并选择最佳的泵送原材料。

2.3.2 泵送混凝土配合比方案的实施

1）坍落度试验法。本工程通过多次泵送混凝土试验，根据泵送所需压力以及混凝土泵送时间，确定最优坍落度。在南充绿地中心超高层2#楼工程超高泵送时，C60混凝土在45层泵送时的坍落度为240 mm，扩展度为700 mm，倒坍落度筒的流下时间为13 s。

2）压力泌水试验法。压力泌水试验法可以测定拌和料的保水性，反映阻止拌和水在压力下渗透流动的内阻力。本工程最终确定超高泵送混凝土的泌水量V140值为40～110 mL。

2.4 超高泵送的水洗施工技术

传统水洗方式为：混凝土浇筑完成后打开截止阀，将海棉球塞入管口，在此过程中，泵管中的混凝土由于自重原因流下，混凝土沿泵管下流时海绵球下方出现真空，海绵球在压力下向下运动从而清洗管道；待海绵球运动到7楼左右时，管道内混凝土因阻力与自重平衡不再下落，此时必须外接一套管道，用水泵将高压水沿管道引至7楼，从7楼处将超高压泵管内混凝土向下压，流至水平管道后进行回收使用，此时也完成了整个混凝土泵管清洗的过程。传统混凝土水洗方式浪费大量的混凝土，且在多个要素影响下，降低了超高层混凝土泵送效率。

2.4.1 水洗施工方案确定

传统水洗方法需要另接一套管道，且回收的混凝土因不能重复利用而浪费，成本高、操作复杂。而本次采用的水洗方式为直接用高压泵进行水洗，做到泵送与水洗为同一高度，减少混凝土浪费及环境污染。

2.4.2 水洗施工方案的实施

本工程利用混凝土活塞、自动补偿间隙的眼镜板与切割环，以及管路的良好密封性，直接用混凝土泵进行水洗，做到泵送多高，水洗就有多高。此技术可以最大限度利用管道中的混凝土，减少浪费和环境污染。

1）核心筒。利用输送泵采用正洗方式，直接从出料口打入料斗内，考虑泵的出口压力以及混凝土的情况，最后确定可直接采用打水方式进行水洗。

2）塔楼外框。外框采用新增一套管配合外框混凝土泵管进行水洗，即在出料口边新增一套洗泵用竖向直径180 mm的钢管，新增洗泵管位于楼板混凝土浇筑的起点与终点位置，楼板混凝土浇筑前及浇筑完毕后，采用一根软管将出料口与洗泵管连接，将水、砂浆打到另一套管内后直接排入积水池内，然后人工清理运走（图3）。

图2 水洗前准备的水箱

3 结语

1）通过高强混凝土输送泵的合理选择，减少了后期混凝土泵送因压力不足而产生堵管等现象，减少施工过程中的损失，确保了施工质量。

2）通过配合比优化，确定最佳混凝土配合比，保证了超高层高强混凝土的正常输送，减少堵管现象，确保了施工安全。

3）采用泵车直接水洗方式，通过回抽泵管内水及残余混凝土，最大限度收集利用管道中的混凝土，减少浪费和污染。