超高层砼施工工法

超高泵送混凝土施工工法

——完成单位：中国建筑第二工程局有限公司东北分公司

完成人： 高立为 田卫国

1. 前言

当今许多高层建筑、大体积混凝土工程、地下工程等混凝土施工都广泛采用泵送。为了解决高强混凝土在超高层超低温环境下的施工，采用特殊的技术施工已成为一种发展趋势，随着混凝土向着高强、高性能化方向的发展，推广和应用超高泵送混凝土施工技术有利于国内混凝土施工技术水平的提高。中国建筑第二工程局有限公司在超高泵送混凝土施工方面不断总结经验，推陈出新，通过在大连中心·裕景ST2工程项目上的成功应用总结出了一套关于超高泵送混凝土施工的思路和方法，形成本工法。

2. 工法特点

2.1 超高泵送混凝土施工快捷、操作简便，浇筑成型质量好。 2.2 机械化程度高、节省劳动力、减轻劳动强度，缩短工期。

2.3 混凝土输送与浇筑连续同步进行，并可一泵到位，不仅缓解了垂直运输的压力，且减少混凝土输送环节，简化了施工。

2.4 超高泵送混凝土施工过程易于控制，能够有效提高混凝土施工过程中的质量控制水平，能够加快混凝土施工速度、提高效率、节约资源和劳动力。

3. 适用范围

3.1 本工法适用于高度200m以上的现浇钢筋混凝土结构工程。 3.2 宜用于日最低气温-150C以内的泵送混凝土施工。

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4. 工艺原理

超高泵送混凝土在泵压力的推动下输送要满足两个条件。即：混凝土在压力作用下，混凝土中的一部分水与水泥浆混合物在管内壁移动，形成润滑层，混凝土在运动中的剪切应力大于润滑层的剪切应力才能运动，但又必须小于混凝土芯柱的剪切应力。这样，混凝土拌合物方可形成在同一断面各质点等速的“柱塞”流。这就要求配制的混凝土要有一定的压力泌水形成润滑层和有一定的内聚性，以“握裹”粗细骨料建立等速的“柱塞”流。为此要求有合适的骨料级配、水泥用量及适宜的外加剂、外掺料来改善混凝土的保水性、泌水性、稳定性和粘聚性，以达到泵送混凝土的工作性能要求。

5. 施工工艺流程及操作要点

5.1 超高泵送混凝土工艺流程见下图：

砼输送泵机的选择与布置 砼输送泵管的选择与布置 布料机的选择与布置

砼输送泵机、泵管的 超低温砼浇筑及养护 砼浇筑过程现场坍落 度检测 定期检测与更换 图5-1 工艺流程图

5. 按280m高度时所需要的压力计算。 混凝土泵送所需要的压力P包含三部分：混凝土在管道内流动的沿程阻力所造成的压力损失P1，混凝土经过弯管的局部压力损失P2以及混凝土在垂直高度方向因重力产生的压力损失P3。

1、水平管压力损失：

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P1??p1?L???4?t2?=11.41（MPa） ??K?K1??V?12??2???2?Ld?t1???L=490m(管道总长度)；K1=500Pa（粘着系数）；K2=300Pa（速度系数）

t2t1混凝土泵分配阀切换时间与活塞推压混凝土时间之比，取0.2~0.3

3V2——混凝土在管道内的平均流速（m/s），当排量达到28m/h时，

V2=

V?0.125??????2?=0.634m/s；

2?2——径向压力与轴向压力之比，对普通混凝土取0.90；

2、弯管压力损失：

P2?5?0.1（弯管）+2?0.2（截止阀）=0.9（MPa）错误！未指定书签。

每个管设置两个截止阀，其中一个设置在泵管出口约8m处。另外一个布置在竖管最下面。

3、竖管中混凝土自重压力损失：

P3??gH因此

=2.5?10?280=7.0MPa

11.41+0.9+7.0=19.31（MPa）

P?P1?P2?P3?以上计算值为正常情况下将混凝土输送到280m高度的最大出口压力值，混凝土输送过程中实际压力比计算值大，所以混凝土输送泵出口压力要大于以上计算值，故取值不小于19.31MPa，根据计算结果，结合工期需要，主要采用HBT110-26-3901RS型号输送泵输送，理论输送压力为26MPa，3901RS型拖泵理论垂直输送距离为580m完全满足施工要求。 5.2.2 超高泵送混凝土输送泵管的选择与布置

（1）超高泵送中，管内最大压力可达到26Mpa，纵向将产生33t拉力，超高泵送混凝土输送泵管采用内径125mm，6.5mm厚45Mn2淬火管。采用特质高压管夹，管道连接采用公母扣锥面定心连接形式，卡口为三一重工特别设计制造的超高压管夹，材料为70mm厚的45号调制钢板（并非铸造），断面O型圈密封，承压40MPa以上，易拆卸。

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（2）混凝土输送管在布置的时候尽量减少弯管和软管，弯管尽量用大弯管，最大限度的降低泵送管道阻力。垂直管路随着高度的增加输送混凝土产生回流的趋势越来越明显，为此需要铺设一定长度的水平管以保证有足够的阻力减弱混凝土的回流，根据计算和以前的施工经验，水平管的布置长度应达到竖直管的1/3~1/4。竖管布设在楼梯间内，用带孔槽钢焊接钢梁上使之加固牢靠，高达280m，底层水平管围绕核心筒由西向东，计算长度达70m左右，每隔3米设置2000×300×300mm的混凝土墩并预埋U型管卡使之固定，每隔3米设置减震器两个。

5.2.3布料机的选择及浇筑过程中坍落度检测

本工程采用1台HGY-16型液压布料机，覆盖半径16m，最大仰 角78°，用于混凝土浇筑时的布料。这种布料机三节臂可以自由伸缩，全周回转，能在很小的空间内活动，并且可以向上和向下布料。浇筑过程中泵送混凝土的坍落度检测也应该按照国家现行标准《混凝土结构工程及验收范围》的规定选用。

不同泵送高度入泵时混凝土坍落度选用值 表5-2-3

泵送高度（m） 30以下 30~60 60~100 100以上 坍落度（mm） 100~160 160~180 180~200 200~220 5.2.4 超低温环境下混凝土浇筑及养护

（1）进入超低温环境下混凝土施工前，对混凝土外加剂的选择和配比做好准备。平均气温到5℃以下时混凝土需掺加防冻剂，混凝土拌和时间比常温季节适当延长50%，加热拌和热水方法，确保混凝土到施工现场出罐温度≥10℃，入模温度≥5℃。拌和用水加热超过60℃时，改变加料顺序，将骨料与水先拌和，再加入水泥，以免假凝。

（2）混凝土测温：室外日平均温度连续5天稳定低于5℃即应开始测温，包括大气、原材及混凝土入模和养护温度，测温孔按照要求进行布设，掺防冻剂的混凝土在浇筑后达到临界强度之前每2h测温一次，临界强度之后每6h测温一次。测温同时检查混凝土表面情况，并检查混凝土表面是否缺水（混凝土表面发白），塑料布及保温材料是否覆盖到位。测温同时形成文字型记录并存档。

.（3）混凝土浇筑后应在裸露混凝土表面采用塑料薄膜、草帘、保温被等材

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料覆盖保温，对边角、棱角部位的保温厚度应增大到面部的2-3倍，并压紧填实，周圈封好，保温层要干燥，混凝土养护期间要防风防失水。

（4）顶板混凝土浇筑前须将本层顶板以下部位进行封闭、围挡。具体做法

可用防火草帘悬挂，在顶板下用煤炉进行加温，为防止混凝土养护失水，煤炉上设铁锅煮水加温，以缩短混凝土的初、终凝时间。 5.2.5 混凝土输送泵机、泵管的定期检测与更换

每周派专人对混凝土泵机的工作性能定期检测、对泵管管线的固定定期检查，并及时更换已磨损的高压管(一般输送2.0万m3混凝土的管应更换新管，弯头部位安全使用寿命约为5000m3)，每浇筑10层混凝土，应将管道彻底检查一遍。检查震动导致管卡以及管路支撑的螺栓是否拧紧。水平管在5000m3左右进行（沿轴线）旋转1800一次。10000m3左右旋转900，15000m3左右旋转1800，以保证泵管内壁均匀磨损当壁厚≤3.5mm时也应该更换新管。

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6.1 混凝土原材料

(1) 粗骨料应根据泵送高度、泵管直径、选用不同的粒径级配，本工程采用5~25mm青碎石。

(2) 细骨料采用中砂，细度模数为2.5~3.2，且有良好的颗粒级配。 (3) 水泥品种应根据结构设计强度、浇筑块体尺寸的需要采用相应的水泥品种，本工程选用42.5R级硅酸盐水泥。

(4) 外掺料的品质及掺量可根据不同水泥品种、对混凝土水化热的控制要求及泵送高度经试验后选用。为了改善混凝土的泵送性能及降低水泥的水化热，本工程掺用微珠含量较高的一级粉煤灰。

（5）外加剂种类和掺量可根据不同水泥品种、外掺料、工艺要求经试验后选用，本工程选用性能较稳定的萘系减水剂。

(6) 水：本工程采用井水。

6.2 混凝土配比

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材料设备

（1） 超高泵送混凝土的配比，除了必须满足混凝土设计强度和耐久性的要求外，尚应使混凝土满足可泵性。下表为现场温度-150C ~50C时超高泵送混凝土的配合比。

超高泵送混凝土配合比 表6-2-1

砂率 （﹪） 39 水灰比 水泥 0.34 480 682 1019 153 砂子 石子 水 粉煤灰 70 -- -- DK-20T 27.50 掺和料 外加剂 配合比（1立方砼材料用量） (2) 超高泵送混凝土水灰比: 水灰比的选择与强度、外加剂、外掺料有密切关系。试验表明水灰比一般宜0.3~0.45，对强度及保水性均较好。

(3) 砂率及胶结料含量:它是能“握裹”粗、细骨料，提高保水性、改善粘聚性，达到混凝土在压力作用下管内产生等速“柱塞”流的必要条件。其含量与强度等级、水泥标号、泵送高度有关，一般每m3混凝土控制在450~700kg。

(4) 含气量及压力泌水 一般含气量控制在3.0%以下，一般在10秒钟前的泌水量小，相对泌水量S140-10(%)值就大，混凝土的保水性就好。一般S140-10(%)控制在80%左右，S10(%)在20%左右。

6.3 机具设备

超高泵送混凝土施工过程中使用的主要机具设备见表6-3

表6-3

序号 1 2 3 4 5 6 7 设备名称 混凝土输送泵 布料机 混凝土输送泵管 动臂式塔吊 振捣棒 空压机 坍落度桶 规格型号 HGY16 M440D ZN50 V-0.14/7~10 配置数量 使用时间 2 1 10 1 4 设备来源 HBT110-26-3901RS 2 Φ125 壁厚6.5 mm 150 结构施工完成 公司租赁 结构施工完成 公司采购 结构施工完成 公司采购 结构施工完成 公司租赁 结构施工完成 公司采购 结构施工完成 公司采购 结构施工完成 公司采购

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7. 质量控制

7.1 超高泵送混凝土的原材料的材质，配合比设计，及强度检测应符合国家现行标准《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55-95）、《混凝土结构工程施工及验收规范》（GB50204-92）、《混凝土强度检测评定标准》（GBJ107-87）的有关规定。项目部建立良性的质量管理机制，各项技术工作提前开展，样板先行，过程检查控制，发现错误及时更改，确保正确后，大面积展开，形成PDCA质检控制良性循环。

7.2混凝土设计及施泵中必须对其拌合物的压力泌水、含气量、凝结时间、坍落度、早期推定强度预测等进行检测养护。

7.3 混凝土强度试件及构件(部位)同条件试件的预留。 7.4上述检测资料汇总作为改进配合比设计的主要依据。

7.5 建立混凝土早期推定及28天强度管理图及早对强度增减提供改进配合比信息，降低强度均方差。

8. 安全措施

8.1根据泵送工艺的特点施工现场安全设施及施工人员的安全技术培训，应遵照国家颁发的《建筑安装工程安全技术规程》的规定。确保安全第一、预防为主，营造安全、健康、文明、洁净的人文环境，持续提高施工管理水平。 8.2当采用垂直管自流排空清管方案时应在垂直管与水平管交接处增设液压截止阀。为防止泵送的突然中断而产生的混凝土反向冲击，宜在水平管线近泵机位置增设液压截止阀。

8.3当采用布料杆布料时，布料杆移位吊装应特别注意吊具的平衡，布料机四个方向用钢丝绳固定在可靠的拉节点，以防平衡臂笼中压重块坠落伤人。

9. 环保措施

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9.1 混凝土浇筑前后洗泵管排出的污水禁止流入作业面及已施工楼层内，必须排在专门的料斗中，避免污染已施工完的成品，待污水排放完后将料斗吊至现场指定的排污池内，统一清理。

9.2 地泵下设置排污槽，将污水排至污水池内，统一清理。

9.3浇筑过程中禁止将混凝土洒出作业面之外，避免污染已施工完的成品及外防护架。

9.4 应尽量避开夜间施工，防止噪音污染影响周围居民休息。 9.5混凝土浇筑过程中应采用低噪声环保型振捣器，以降低噪声污染。

10.效益分析

超高泵送混凝土由于要满足高压下管道输送的特殊工艺要求，故单方水泥用量要高出普通混凝土10kg/m3左右，机械设备费用要高出普通混凝土15~20元/m3。但施工速度可比塔吊快2~3倍，单方用工可节约5~10倍。同时由于可泵性的要求，混凝土质量控制严格，质量稳定、强度保证率高。因此，在高层建筑及大体积混凝土工程中具有良好的综合效益。

11. 应用实例

大连中心·裕景（公建）ST2项目位于大连市中山区大公街23号，总建筑面积11万m2，其中，地下室4层，地上62层，建筑基地面积4734 m2。塔楼为混凝土核心筒-钢结构框架组合结构，建筑总高度为279.66米属超高层建筑。该建筑外部为玻璃幕墙封闭，建筑造型新颖，内部为高档次精装修公寓，建成后将成为大连市商业区的中心点及高水准的地标性建筑。本工程采用一台大功率的中联HBT110-26-390RS地泵泵送混凝土和一台先进的HGY-16型液压布料机布料，提高了混凝土的泵送和布料速度。在200m以上的混凝土泵送过程中仅需一台地泵就能达到40 m3/h的浇筑速度，是普通地泵的两倍，大大缩短了施工工期。合理的泵送路线布置、频繁的管路检查、并配备一定数量的高压泵管，有效地减少了堵管、爆管等突发情况的出现，应用此工法在该工程200多次混凝土浇筑过程

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中出现类似（堵管、爆管）情况屈指可数，截止结构封顶一共泵送了6万多方混凝土，其中泵送高度在200m以上的浇筑次数达42次（约1.5万方），极大地避免了材料、人工浪费，节约了项目成本。

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