超高层建筑混凝土泵送施工关键技术探讨

（重庆建工建材物流有限公司，重庆 401122）

0 引言

超高层建筑是指建筑高度超过100m的建筑，近年来，随着技术经济的发展，超高层建筑不断涌现，作为现代城市地标，正不断地改变着城市生活和景观。混凝土泵送施工是超高层建筑施工中的核心环节，通常也是施工难点。超高层混凝土泵送技术一般指泵送高度超过200m的现代混凝土泵送技术，超高层建筑的混凝土往往强度等级高、粘稠度大，泵送阻力大，泵送压力高，致使泵送施工困难，容易出现堵管、爆管、泵送压力损失的情况，严重影响工程进度[1-4]。因此，做好超高层混凝土泵送施工对超高层建筑乃至建筑技术的发展都具有相当重要的意义。超高层混凝土泵送施工是一个系统工程，本文从混凝土原材料选择、配合比设计、产品性能、泵管布置、泵送设备选型及应急管理等方面进行阐述分析，为超高层混凝土泵送施工提供参考。

1 混凝土性能

1.1 超高层混凝土目标设计

超高层泵送混凝土技术方面主要考虑减少混凝土泵送阻力，降低混凝土工作性能的泵送损失。具体要求为混凝土需具有大流动性、高抗离析性、低粘度、高保坍、低泵损。

1.2 原材料优选

根据混凝土目标设计优选原材料，具体要求为：

1）水泥，采用性能稳定、水化热低、凝结时间利于施工的42.5R级普通硅酸盐水泥。

2）矿物掺合料，常用的有粉煤灰、石灰石粉、矿渣粉。粉煤灰，不宜低于Ⅱ级，一方面改善混凝土粘聚性和可泵性，另一方面最大限度地降低水泥用量，减少水化放热，降低工作性能损失；石灰石粉，筛余细度宜小于15%，利用其微颗粒的填充效应，增加混凝土抗离析性能，并减少混凝土压力泌水；矿渣粉，不宜低于S95级，活性高，减少水泥用量，降低水化热，同时改善混凝土微观结构，强化了浆体与集料界面的粘结力，提高混凝土抗离析性。

3）骨料，为进一步提高混凝土体系的稳定性，减小离析，考虑降低大石子粒径，改善骨料粒型，降低泵送摩擦阻力，粗骨料宜选用5～10mm、10～16mm级配的整形碎石，细骨料宜选用细度模数为2.5～2.8范围的中砂。

4）外加剂，外加剂对于超高层泵送混凝土十分关键，建议根据工程特点调整专用外加剂，调整需充分考虑在大流动性及高压泵送条件下混凝土整体的抗离析性能、高保坍性和低泵损性，严格控制混凝土工作性能的经时和泵压损失。

1.3 配合比设计

配合比设计围绕提高混凝土可泵性开展，可泵性指新拌混凝土在泵压下沿输送管道流动的难易程度及稳定程度的特性，主要表现为流动性和内聚性[5]（抗离析性）。具体措施有，采用大掺量矿物掺合料，在保持水胶比不变的基础上适当提高胶凝材料用量，适当提高砂率，增加水泥砂浆的量，提高混凝土流动性并最大程度减少泵送摩擦阻力；另一方面，采用相对较小粒径的粗骨料，减少骨料沉降，采用高保坍、高抗离析、低泵损的专用外加剂，提升混凝土的抗离析性能。表1所示为某超高层工程泵送混凝土部分施工配合比。

表1 超高层泵送混凝土施工配合比

1.4 拌合物性能

根据大量试验及工程应用总结，笔者认为超高层泵送混凝土的拌合物性能以满足表2要求为宜。

表2 拌合物性能技术要求

2 泵送施工

2.1 泵送压力

混凝土泵送所需压力主要包括三个部分，①混凝土在管道内流动的沿程阻力造成的压力损失，②混凝土经过弯管等的局部压力损失，③混凝土在高度方向的重力[6]。混凝土泵送阻力计算及各类输送管换算参照JGJ/T 10-2011《混凝土泵送施工技术规程》[7]，根据工程建筑高度和布管条件，计算混凝土泵送施工所需的最大泵送压力，根据计算的最大泵送压力进行泵机和泵管选择。

2.2 泵管布置与安装

1）泵管布置原则

（1）最短距离最少弯管原则，泵送管道的配管线路最短，管道中尽量少采用弯管和软管，应避免使用弯度过大的弯头，管道末端活动软管弯曲不得超过180°，并不得扭曲。

（2）1/4原则，水平管与竖直管道长度之比不宜小于1/4，宜在1/4-1/3范围，水平长度有利于减缓垂直高度重力压力对泵机设备的影响。当施工现场场地限制，水平管道长度无法满足时，可以适当增加弯头数量，用于抵抗竖向管道内由于混凝土自重而对泵机产生的反压。

（3）基准点原则，泵口不是布管的基准点，基准点是在水平与垂直管道的转点，布管时首先需确定基准点的位置和高度，基准点泵管必须完全刚度固定。

（4）等高原则，水平管道应遵循基准点等高原则，即与基准点高度保持在一个水平面，因为水平管靠近泵口，管道内压力最大，否则水平管易发生振动造成密封圈损坏或者爆管[8]。

（5）先布管后固定原则，为保证同一平面管道处于一个水平面，避免因长度不合适造成接管，影响工期，应遵循先布管后固定原则。

（6）用一备一原则，考虑到主体混凝土浇量较大，考虑布置两套完整管路，即使一套出现堵管时另一套也能继续泵送。

2）泵管安装与固定

超高层泵送管道宜采用高压泵管，技术性能如表3所示，每次浇筑前对管壁厚度进行检查，降低泵送过程中爆管风险。竖直管在每层楼板预留孔处均应固定，当垂直管固定在脚手架上时，要对脚手架进行加固。水平管与竖直管相连接的弯管采用水泥墩支撑，用砼管固定装置固定牢固，当层高超过3m时，要采用U码专用固定装置将竖直管固定牢固，如图1所示。水平管采用水泥墩支撑时，水泥墩的高度应尽量与泵机出料口高度一致，混凝土墩间隔4-5m，水泥墩上应预埋用来固定水平管的固定螺栓，如图2a。泵机出口10m处设置截止阀，如图2b，截止阀配合专用配电箱使用，由泵机操作工负责控制。

表3 高压泵管技术性能

图1 竖直管U码固定

图2 泵管安装及固定示意

2.3 泵送设备选型

泵机的出口压力和整机功率是选择超高层混凝土泵送设备的关键指标，出口压力决定泵送高度，整机功率是泵送方量的保证。为保证泵送的稳定性、高效性，通常会预留一定的泵送压力余量，根据实际经验，泵机的最大出口压力应比理论计算高20～30%，多出的压力储备用以应付泵送过程的压力损失及混凝土拌合物性能变化引起的异常现象，避免堵管。根据工程经验，浇筑200～300m的超高层混凝土，一般选择出口压力26～28MPa的高压泵，如三一HBT90CH-2128D高压泵、中联HBT110.26.390RS高压泵，浇筑300～380m的超高层混凝土，宜选择出口压力35MPa及以上的高压泵，如三一HBT90CH-2135DA高压泵。

2.4 泵送作业

在泵送混凝土前先泵送一定量清水，使料斗、阀箱、泵管充分湿润，然后采用砂浆润滑管道，砂浆用量取决于输送管的长度，一般按80m管道配合1m³砂浆使用，管道弯头多时，应适当增加砂浆用量。砂浆润滑后，料斗内的砂浆未泵送完，就应送入混凝土，以防空气进入阀箱。如混凝土供应不上，应在混凝土到场后再行泵送砂浆。开始泵送混凝土时，应在确定作业面泵管已泵出混凝土时方可停止泵送，否则停泵易造成堵管。泵机料斗上应装有滤网，防止大粒径石块进入泵机。泵送混凝土时，混凝土应充满料斗，料斗内混凝土面最低不得低于料斗搅拌轴。如混凝土供应不上，泵送需要停歇时，每隔10min-15min反泵一次，反复推动泵管内混凝土，以免混凝土下沉堵塞管道。

2.5 洗泵方法

超高层混凝土泵送施工中，洗泵工艺十分重要，尤其是水平管道容易沉砂，直接影响下一次泵送施工效果，宜使用海绵球进行泵管清洗，如图3。洗泵分水洗和气洗，气洗是指利用空压机的高压气体推动海绵球将管道内的混凝土从高处往下推送，水洗是利用泵机推动水和海绵球实现管道的清洗。通常泵机在水洗时应打开锥管将其清洗干净，然后把用水浸过的扎成圆柱形的海绵球先后放进已清洗干净的锥管中，再接回锥管和管路，关闭卸斗门，向料斗注满水，然后泵送水直到清洗球从输送管的末端冒出为止，所有清洗球均为一次性使用。

图3 泵管清洗海绵球

3 应急管理

3.1 供应不及时、不连续

由于各种原因造成混凝土断供，并在2小时内无法继续供应的情况，应及时发砂浆、水对泵管进行清洗，待后续恢复正常后再重新开盘。

3.2 原材料质量异常

当有新材料入场或原材料质量出现较大变化，并有可能对混凝土质量产生较大影响，应立即组织试配，合理调整配合比，经检测达到设计要求后方可生产。

3.3 运输

站内管理人员利用GPS监控系统和手机APP信息化系统，密切监控车辆动态和泵送验证情况，若发现车辆有断档趋势，及时调整车辆或运输路线，防止现场供应中断。若混凝土运输车在途中发生故障或因运力不足无法保证砼连续供应，应先暂停其他工程混凝土供应，优先保证超高层工程的混凝土供应。

3.4 管道堵塞

对超高层建筑，建议管道采用用一备一原则，当发生管道堵塞时，一方面组织现场劳务人员尽快查找堵管位置，及时疏通管道；另一方面，对堵管泵机积压的罐车调到相邻泵机泵送，防止等待时间过长导致坍落度损失过大，影响工作性能。

4 结语

超高层建筑的混凝土泵送施工是一个系统工程，应根据工程实际情况制定具体的技术方案，本文结合所供应的几个超高层混凝土泵送案例，从混凝土原材料选择、配合比设计、泵送施工等关键环节进行了分析总结，取得了良好的生产供应效果，为超高层混凝土泵送施工提供参考。