高性能混凝土泵送技术在超高层建筑中的应用

王经宇

（山西三建集团有限公司，山西 太原 030000）

0 引言

近些年泵送混凝土施工技术在建筑工程建设项目中应用广泛，但因超高层建筑所用混凝土用量大，而建筑高度较高，为此必须通过泵送确保混凝土供应及时。高性能泵送混凝土具有输送能力强、输送效率高等特征，成为混凝土作业的首选。但为保证混凝土施工质量，必须精确计算确定合理的技术参数，编制专项施工方案，避免混凝土离席等问题。

1 高性能混凝土泵送技术概述

高性能混凝土泵送技术原理为在管道内添加适量的水，借助纯水泥浆隔离水与砂浆，分多次将拌合物输送至管道中，在水的作用下，拌合物移动时湿润管道内壁，形成一层水泥浆膜，使其符合泵送作业要求[1]。与普通混凝土相较，高性能混凝土具有水胶比小（一般为0.2）、粘性强、稠度大、流动性差等特征。

2 高性能混凝土泵送施工步骤

2.1 准备工作

泵送前对泵机等设备进行检查，若设备老旧或磨损严重则必须更换。此外，必须在浇筑面周边设置备用水源，用于管道清洗。

2.2 管道润滑

①泵水时为保证管道中的混凝土运输安全与质量，需封闭管道，对管道的密闭性进行检测，清除管内的杂物，水也可湿润管道，需保证水打通，可在拖泵料斗口位置安装钢筋滤网（0.5mm 细度），筛出水中砂石；泵送水9 个行程后停止泵机运行，开启料斗的卸料门，将S 管置于中心位置，排水，后关闭卸料门；②泵送水3 个行程水泥净浆后停止泵机运行；③泵送5m3砂浆，泵管内剩余砂浆量为0.9～1m3且料斗中剩余砂浆未半斗时停止泵机运行；④添加混凝土；⑤超高层泵送混凝土中，洗泵对于泵送效果也有重要影响。常用洗泵方式分为水洗和气洗，前者又称为正洗，后者又称为反洗，无论采用何种洗泵工艺均需在泵口加设液压截止阀。

2.3 泵送中注意事项

泵送前对混凝土质量进行检测，各指标达标方可使用；料斗内的混凝土高度应高于搅拌轴；根据混凝土压力情况调整泵送速度；严格控制混凝土量，根据泵管长度进行计算，参照标准如表1所示[2]。

表1 泵管长度与混凝土量关系

2.4 管道清洗

因超高层混凝土泵送管道较长，因此管道中会残留大量的混凝土，必须对管道进行清洗，清洗次数不得少于2 次，方可保证管道内清洗干净。清洗管道产生的废水不得直接排放，否则会造成环境污染，需将其收集起来进行二次利用。

3 实例探析高性能混凝土泵送技术在超高层建筑中的应用

某超高层综合体，总建筑面积为21 万m2，建筑高度为328.0m，地下2 层，地上72 层，结构采用劲性钢筋混凝土框架—筒体结构。该工程地上有4 个独立塔楼，其中1、2、3 号塔楼为核心筒与筒外楼板，0 号无筒外楼板。筒体和劲性钢筋混凝土均采用C40～C60 混凝土，筒外楼板采用C30 混凝土。该工程泵送施工方案如下：

3.1 材料配置

3.1.1 原材料选择

该工程水泥选用P·II 52.5 级硅酸盐水泥（筒体）和P.O 42.5级普通硅酸盐水泥；选用I 级优质粉煤灰；砂石选用江沙，细度模数小于2.8 且粒径为5～25mm 的连续粒级颗粒级配碎石；选用PCA 聚羧酸高性能减水剂，减水率高达26%。

3.1.2 配合比设计

随混凝土强度等级变化对配合比进行调整，水泥用量控制范围为440～300kg/m3。

3.2 技术参数计算与确定

3.2.1 水平管压力损失

计算公式见式（1）：

式中：ΔP1-单位长度的沿程压力损失；l-管道长度，该工程取值508m；k1-粘着系数，该工程取值k1=（7.50-0.10s）×102（Pa）；S-坍落度，该工程坍落度要求为22～24cm，不利状态下取值S=25cm，经计算k1=（7.50-0.10s）×102=500（Pa）；d-混凝土输送管直径，取值为125mm；k2-速度系数，k2=(5.50-0.10s)×102[Pa/(m·s)]，这里k2=(5.50-0.10s)×102=300[Pa/(m·s)]；-混凝土泵分配阀切换时间与活塞推压混凝土时间之比，取值为0.2～0.3；V2-混凝土在管道内流速，排量大于28m3/h 时流速为0.635m/s；α2-径向压力与轴向压力之比，该工程取值为0.95。

由此，P1=11.566MPa。

3.2.2 弯道压力损失

计算见式（2）：

3.2.3 竖管中混凝土自重压力损失

计算见式（3）：

式中：ρ-混凝土密度，取值2500kg/m3；g-重力加速度，取值为10m/s2；H-泵送高度，取值为330m。

由此，P=P1+P2+P3=11.566+0.85+8.25=20.666（MPa）。

3.3 设备选型

根据工期计划，该工程选用两台三一重工拖泵同时施工。

3.4 管道布设

3.4.1 管道布置

该工程选用大弯管，并加设了水平管道，长度为竖直管的1/4～1/3。1 号塔楼安装混凝土输送泵，出口管路采用L 形连接方式，借助混凝土墩进行加固。后接入2 路4 支高压输送泵管，长度最大为90m。

3.4.2 管道固定

在混凝土输送过程中，水平管瞬间纵向压力达27～30t，需固定泵管，以降低因管路抖动产生的压力损失。在距离3m 的直管两端500mm 位置使用U 形卡进行固定。

3.5 泵送施工

该工程使用的超高压输送泵管为45Mn2 淬火管，厚度为9mm，采用公母扣锥面定心形式对管道进行连接处理，密封圈为O 形。普通高压泵管卡扣为特制的超高压管夹，材料为厚度70mm 的45 号钢板，承压高于40MPa。

每个管道均配置有2 台液压截止阀，分别布置于地泵出口8m 位置与垂直管路下部。泵送时一次混凝土浇筑每100m 泵管内残留的混凝土量为1.23m3，使用1.5～2m3砂浆完成泵管内的混凝土顶面浇筑作业，并使用三一重工地泵进行泵管清洗[3]。

3.6 混凝土浇筑

浇筑前对模板进行清理，涂刷机油，检查钢筋、保护层位置与厚度，提前安装垫块。浇筑过程中，自由倾落高度控制在1.5m 以下，串筒与下料溜槽间隔距离不得大于2m，混凝土分层浇筑厚度需小于20cm[4]。浇筑后使用插入式振捣器反复振捣，遵循“快插慢抽”原则，避免碰触模板、钢筋与其他预埋件。振捣点按照梅花形进行布设，先四边后中间。为保证施工质量，施工单位增加了四周的摊铺高度，将气泡集中于中央[5]。混凝土浇筑连续进行，初凝时需先在表层均匀洒水，使混凝土表面湿润，拆模后覆盖两层塑料薄膜进行养护[6]。

4 结语

综上所述，高性能混凝土泵送技术应用于超高层建筑项目时，因泵送混凝土量较大，泵送高度较高。为保证混凝土施工质量，必须根据施工需求选择适宜的器械，满足泵送高度要求。同时，需对各项压力值进行计算，并对泵送施工、洗管、混凝土施工、养护等工序进行严格监督。需注意的是，泵送中需注意压力等数值变化，及时调整泵送速度，观察泵管状态，避免堵管。本文所述工程施工效果良好，具有参考价值。