南宁华润中心东写字楼（403m）混凝土超高层泵送关键技术研究

邱盛，卢佳林，于志强，梁涛，吴家有

（1. 广西屹桂混凝土有限公司，广西 南宁 530221；2. 中建商品混凝土广西有限公司，广西 南宁 530221）

0 引言

随着我国经济进入新常态，人口向中心城市都市圈集聚，城市用地进一步紧张。为了在有限的土地上最大限度地提供使用面积，建筑结构向高层、超高层的发展成为必然[1]。超高层混凝土泵送技术作为一种快速简便、经济适用的施工方式顺应时代得到迅速的发展和突破[2]。1997 年，金茂大厦混凝土工程施工一次性将C40 混凝土泵送到 382.5m 的实体高度[3]。但是由于地域性、气候、原材料、工程结构、混凝土性能指标等差异，各工程超高层混凝土泵送关键性技术各有不同，且国内大多超高层建筑高度集中 400～500m[4]。本文结合南宁第一高楼华润中心东写字楼超高层混凝土浇筑，从混凝土原材料、关键性能指标、泵送设备选型及管道布置、泵送保障措施等方面详细阐述超高 400m 级混凝土施工关键技术，为业内同行提供参考借鉴。

1 工程概况及技术要求

南宁华润中心东写字楼项目位于南宁市凤岭片区东盟商务区核心区繁华地段内，用地面积为 5830.54m2，总建筑面积约为 289846.78m2，地下 3 层，地上 86 层和2 层设备层及停机坪，混凝土工程总方量约 10 万方，一泵到顶最大高度 403m。超高层混凝土主要包括塔楼核心筒、核心筒梁板、外框架组合楼板、外框柱巨型钢柱等。混凝土强度等级为 C30～C60，主要为 C30 和C60 混凝土。华润东写字楼项目核心筒分为 9 个宫格，其中 7、8、9 号筒 58 层封顶，4 号、5 号和 6 号筒 74层核心筒封顶，1 号、2 号和 3 号筒 88 层封顶。

2 原材料及配合比

根据 JGJ 55—2011《普通混凝土配合比设计规程》、JGJ/T 283—2012《自密实混凝土应用技术规程》，结合试配和实际泵送，对于超过 200m 泵送混凝土，设计 C60 和 C30 配合比，如表 1 所示。

水泥采用海螺 P·O42.5 普通硅酸盐水泥；粉煤灰采用 F 类 Ⅱ 级灰，细度为 23%，需水比 97%；矿粉为S95 矿粉，比表面积 435m2/kg，28 天活性 99%；减水剂使用中建聚羧酸减水剂，减水率为 25%；细骨料，天然河砂，细度模数为 2.5～2.8 之间，含泥量 2.0%，石粉砂，细度模数 2.8，MB 值 0.6，石粉含量 3.2%；粗骨料使用 5～20mm 连续级配碎石，压碎值 8%，针片状 3%。

设计 C30 和 C60 配合比满足施工要求，工程设计及实验室实际检测混凝土坍落度、扩展度、经时损失、含气量、倒置坍落度筒排空时间、压力泌水率比如表 2所示。

表 1 C60 和 C30 混凝土配合比 kg/m3

表 2 混凝土实测工作性能及指标要求

3 泵送设备选型及管道布置

3.1 泵送压力测算

南宁华润中心东写字楼项目，竖管长度 403m，在竖向管道内混凝土的自重作用下，水平管道反向压力过大，极易造成泵管堵塞。为避免该现象发生，平管长度按照竖管长度不低于 1/4 布置，长度约 150m，施工面管道最大长度约 100m，管道总计长度约 653m，共布置 15 个弯管、1 个锥管、2 个截止阀。混凝土密度按 2500kg/m3计算，管内流速约为 0.8m/s，根据 JGJ/T 10—2011《混凝土泵送施工技术规程》进行泵送压力计算。

式中：

P1——混凝土自重引起的压力损失，MPa；

P2——混凝土沿程压力损失，MPa；

P3——混凝土其他压力损失，一般为混凝土泵送部件的压力损失，MPa。

式中：

ρ——混凝土的密度，取 2500kg/m3；

g——重力比例系数，取 9.8N/kg；

h——水平高度，取为 403m。

代入数值，则：

式中：

ΔPH——混凝土在水平输送管内流动每米产生的压力损失，MPa；

S1——混凝土坍落度，根据实际检测值取为250mm，其余参数按 JGJ/T 10—2011《混凝土泵送施工技术规程》附录 B 计算，则 ΔPH=0.059MPa；

Lmax——混凝土泵的最大水平输送距离，向上垂直管按照 JGJ/T 10—2011《混凝土泵送施工技术规程》中表 (5.1.2) 换算为水平长度，则

代入数值，则：

弯管、椎管的压力损失取 0.1MPa/只，截止阀的压力损失取 0.8MPa/个，软管的压力损失为 0.2MPa/根，代入数值，则：

根据式 (1)，则泵送混凝土预估压力损失：

根据计算混凝土泵送压力约为 24.3MPa，以此作为泵送设备选型的依据。

3.2 泵机选型

根据施工经验，超高层泵机的最大输出压力应不低于估算压力值的 20%，为应对高温天气、施工缓慢等对混凝土工作性变化造成的影响，此处取 25%，则泵机压力最大输出不低于 30.4MPa。本工程选用泵送设备为三一重工生产的 HBT9050CH-5M 型拖泵，最大输出压力为 50MPa，可充分的保障泵送要求。

3.3 泵管选型

竖管和正负零平管输送管采用定制的超高压耐磨抗爆输送管，双层复合，内层耐磨、外层抗爆，外径为145mm，内径为 125mm，管道厚度 10mm，根据 GB/T 8163—2018《输送流体用无缝钢管》压力公式计算钢管的理论最小值：

计算的泵机正常泵送时泵管厚度 S1不应小于3.7mm，泵机满负荷状态泵要求泵管的壁厚 S2不应低于 7.6mm，而工程选用的钢管壁厚 10mm，即使在泵机满负荷的工作状态钢管任然保持有 31% 的安全富余，完全满足施工要求。此外，施工楼面横向结构和外框柱采用 2 套 100m，内径 125mm 普通高压管，一套作为备用，管厚 6mm，重量和成本小于超高压管，便于运输和拆卸。

管道连接分为法兰盘连接和管卡连接。法兰盘连接稳固性优于管卡连接，竖管全部使用法兰盘连接；为了便于在异常情况快速拆接平管，平管全部使用特制管卡连接。

3.4 布料机选型

南宁华润中心东写字楼由核心筒内的主立管连接固定于顶模平台的 2 台 HGY28 型布料机进行浇筑，该布料机固定于顶模平台上并随顶模系统上升。核心筒外框钢管混凝土浇筑另采用 2 台 HGY-28 型布料机进行浇筑，布料机固定于钢梁之上，并随着钢管混凝土浇筑往上提升。布料机性能如表 3 所示。

3.5 管道布置

管路布置应满足施工要求，遵循距离最短、弯头最少和平管等高的原则，为了降低垂直管道内混凝土重力产生的泵送阻力，地面水平管的总长度不应小于垂直布管高度的 1/4，理想状态是水平管的混凝土摩擦阻力与垂直管道混凝土的重力和摩擦阻力达到相互平衡的状态，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长，泵机出口处，变径管接 2 节标准 3m 管，接一节非标短管，便于拆卸，接回收料管道；因场地原因，泵机场地与主楼正负零跨度大，如以常见的 90°弯头接管混凝土自重会在弯头处形成较大的摩擦阻力，容易产生爆管的现象，因此定制两根 120°弯管，和两个 15°弯管连接成“倒弓字型”管线解决跨度大的难题，如图 1所示。此种接管不仅可以减少直角弯头，而且可以起到缓冲的作用，更加利于混凝土泵送。

表 3 布料机性能参数

图 1 “倒弓字型”管线

图 2 53 层缓冲管

图 3 混凝土管线及布料机布置图

本工程共选用 3 套混凝土泵送管线（分别 a、b、c 表示），a 号、b 号混凝土输送泵管沿 3 号核心筒架设，其中 b 号泵送管线为备用管线，c 号管线架设在 4号筒内侧，管线布置如图 3 所示。工程设计为“宫格”结构，1 层至 58 层为“九宫格”结构，58 层至 74 层为“六宫格”结构，1 层至 74 层混凝土施工由 a、b 号管线同时进行混凝土泵送，74 层核心筒浇筑完后拆除c 号管线，74 层至顶层为“三宫格”结构，由 a 号管线进行混凝土泵送，b 号管线作为备用管线，以应对突发状况，保证施工速度及工程质量。本工程通过在 53层设置 2 个 R150cm 90°弯头连接作为缓冲层过渡层（如图 2 所示），减小由混凝土自重产生的泵送阻力，实现了一泵到顶。水平泵送管道设置 2 道截止阀，第 1道截止阀布置在泵机出口第 2 节非标管和型“倒弓字型”管间，主要用于混凝土泵送结束后管道清洗；第 2道截止阀布置在“倒弓字型”管与竖向管道连接处的90°弯头前，主要用于堵泵时，关闭本道截止阀，拆卸泵管，使竖向泵管内混凝土排出。

3.6 管道固定

超高层混凝土输送时，水平管线沿地面铺设，预先浇筑混凝土墩预埋件，通过抱箍或者 U 形卡与预埋件连接将管道固定在混凝土墩上，如图 4 所示。垂直管线铺设在核心筒内侧或者外侧，在固定位置预埋高强度钢板，如图 5 所示，通过抱箍或者 U 形卡将泵管固定钢板上。

图 4 水平管道固定

图 5 垂直预埋高强度钢板

3.7 管道绿色清洗技术

混凝土施工结束后，超高层建筑采用一般的水洗方式难以将整条管线全部清洗干净。本工程采用气—水联洗技术，在混凝土浇筑完成后，关闭 1 号截止阀，管道接入余料回收架；施工面管道塞入直径 128mm 特制海绵球，连接空压机，然后打开 1 号截止阀，开启空压机，管道内余料将通过余料回收架，全部进入搅拌车。再次关闭 1 号截止阀，从施工面管道灌入清水，直至竖管装满清水，塞入直径 125mm 特制海绵球，连接空压机，打开 1 号截止阀，开启空压机，进行水洗，直至余料回收架管道内清水流出，可进行多次水洗，确保管道清理干净，管道清洗用水可以通过二次沉淀，再次利用，清洗工艺流程如图 6 所示。气—水联洗技术的应用不仅节约工程上千方混凝土，同时明显减少环境污染。

图 6 南宁华润中心东写字楼收盘气洗流程图

3.8 实际泵送参数

根据实际泵送情况及经验，本项目泵送参数见表4。

表 4 混凝土实测工作性能及指标要求

4 超高层泵送保障措施

4.1 原材料保障

本工程混凝土生产所用的原材料均采取专仓储存、专项目使用的措施，根据混凝土浇筑计划至少提前 10天储备好河砂，确保河砂在生产使用时含水率稳定在5% 以下，并遵循先进厂先使用的原则。原材料储备量必须不低于计划浇筑生产所需量的 1.5 倍。

4.2 混凝土质量保障

混凝土开盘时首先搅拌站提前一天从料仓取样进行配合比工作性验证，检测混凝土指标满足表 2 要求，施工前按照配合比进行上机中试，取样对比与实验室试配的差异。浇筑现场在入泵及出泵口监控混凝土关键指标。

4.3 混凝土物流供应保障

搅拌站与项目距离约 20km，搅拌车正常行驶时能在 40min 内运输至现场，高峰期时则行驶备用路线，在60min 内运输至现场。搅拌站与现场建立通畅有效的信息传递机制，控制好发车频次与浇筑速度相匹配，确保现场施工时每台泵做到“压一打一”的效果。

4.4 超高层泵送设备系统保障

本工程超高层混凝土施工设备的易损设备均配备备用部件，并且按维保制度严格进行日常维护开盘前，先泵机打水，测试超高压泵机是否工作工作正常，管道是否漏水。混凝土泵送过程中，现场人员每 1 小时巡查一次管道。

5 结语

南宁华润中心东写字楼是广西第一座突破 400m 级超高层建筑，在精细的施工组织下成功的将 C30、C60混凝土一次泵送到 403m 的高度，克服项目周期长等问题，高效地完成了泵送，形成了典型的具有区域特色的400m 级超高层混凝土泵送技术。

（1）优选原材料，优化设计超高层泵送混凝土配合比，在严格执行原材料专材专仓专用的措施下保证了混凝土生产供应的长期稳定。

（2）通过对工程最长管线的泵送压力计算，选择最大输出压力三一 50MPa 的 HBT9050CH-5M 型超高压泵，通过定制超高压耐磨抗爆输送管并合理的布置及加固，在泵机场地与主楼正负零跨度大的情况设置“倒弓形”缓冲过渡管，并在 53 层用 2 个 R150cm 90°弯头连接作为缓冲层过渡，减小了混凝土自重产生的泵送压力，成功实现一泵到顶。

（3）采用气洗和水洗水结合的管道清洗技术不仅节约工程上千方混凝土，同时明显减少环境污染。