混凝土超高泵送实施方案

第十八章超高泵送实施方案18.1超高泵送简介本工程H地块T3塔楼建筑总高度约为240m，T4塔楼建筑总高度约为151.15m，主要混凝土泵送部位如下:T3塔楼：（1）核心筒总高度为239.75m，混凝土强度等级为C60、C50,其中C60混凝土最大高度为102m；（2）外框型钢混凝土柱高度为239.75m，混凝土强度等级为C60、C40，其中C60混凝土最大高度为239.75m；（3）地上筒内外梁、楼板、楼梯混凝土强度等级为C35，楼板设计最高标高239.75m,。T4塔楼：（1）核心筒总高度为149.9m，混凝土强度等级为C50、C40；（2）外框型钢混凝土柱高度为149.9m，混凝土强度等级为C60、C40；（3）地上筒内外梁、楼板、楼梯混凝土强度等级为C35，筒内楼板设计最高标高149.90m.本工程混凝土泵送的重点和难点为：T3塔楼：将C60混凝土泵送至239.75m（屋面上层结构）。T4塔楼：将C60混凝土泵送至149.9m（屋面上层结构）。18.2超高泵送混凝土制备本工程C60、C50混凝土最大泵送高度为239.75m,对于混凝土的工作性能提出了更高的要求：（1）较好的和易性和流动性；（2）较长的初凝时间；（3）较小的粘稠度；（4）较小的压力泌水率。我单位将通过优化混凝土配合比来提高混凝土的工作性能，在投标期间我单位技术中心王铁梦混凝土研究室与上海当地混凝土搅拌站，一起对本工程超高泵送混凝土进行了配合比设计和试验，初步确定了不同性能、不同泵送高度的混凝土配合比，并专门编制了《C60高强混凝土实施方案》详见第十五章。18.3泵送设备选择18.3.1混凝土输送泵选择泵送出口压力是决定混凝土泵送高度的重要指标，根据《混凝土泵送施工技术规程》，对泵送所需压力计算，并根据我单位技术中心对国内外超高层建造过程中积累的经验数据的研究结果，进行修正计算，确定输送泵的型号；再根据拟定布置方式，计算配置泵管总长度等技术指标，验算所选泵型的科学、合理性。（1）根据《混凝土泵送施工技术规程》JGJ/T10-2011，通过以下两个方面计算所需的出口压力：泵送混凝土高度按260m计算所需要的压力(塔楼最高泵送高度为240m，另加布料机20m)。1）混凝土泵的额定工作压力（Pe）应大于混凝土最大泵送阻力（Pmax）计算。根据公式：△PH-混凝土在水平输送管内流动每米产生的压力损失（Pa/m）；r-混凝土输送管半径（m）取r=0.0625m；K1-粘着系数（Pa）K1=300-S1=80；K2-速度系数（Pa·s/m）K2=400-S1=180；S1–混凝土坍落度（mm）取S1=220mm。t2/t1-混凝土泵分配阀切换时间与活塞推压混凝土时间之比，可取0.3；V2–混凝土拌合物在输送管内的平均流速（m/s）；以混凝土泵送输出量40m3/h计，相当于V2=0.9m/s。а2–径向压力与轴向压力之比，对普通混凝土取0.9。将上述取值代入公式计算，求得：=8369.3Pa/m根据公式：Pmax-混凝土最大泵送阻力（MPa）；L-各类布置状态下混凝土输送管路系统的累计水平换算距离（m）；按下表得L=1261m，详见表18.3.1-1。表18.3.1-1泵管管路水平换算距离配管类型数量换算成水平管长度竖管240m998m水平管120m120m水平转换管12m12m90º弯管R=1m10只90m45º弯管R=1m2只9m软管3.5m1根20m锥形管175→150mm1根4m锥形管150→125mm1根8m合计1261m△PH-混凝土在水平输送管内流动每米产生的压力损失（Pa/m）；按上述计算△PH=8369.3Pa/mPf-混凝土泵送系统附件及泵体内部压力损失（MPa）；按下表得Pf=1.6MPa，详见表18.3.1-2。表18.3.1-2混凝土泵送系统附件及泵体内部压力损失统计表混凝泵附件名称数量估算压力值（MPa）管路截止阀2个0.2混凝土泵分配阀2个0.4混凝土泵启动内耗单泵1合计1.6将上述取值代入公式，求得：Pmax=12.15MPa。（2）另外，我单位技术中心结合国内外多个超高层建造过程中积累的数据，研究总结出了泵管内压力沿程损失，见表18.3.1-3，计算混凝土在泵管中的沿程总压力损失见表18.3.1-4：表18.3.1-3我单位研究的沿程压力损失管径管道结构单位长度压力损失（Pa/m）粘度1.4粘度3125mm竖向管3.344E44.42E4水平管9.47E31.735E4水平弯管6.0E49.518E4竖向弯管1.07E51.348E5表18.3.1-4修正后的沿程压力损失配管类型数量粘度1.4沿程压力损失（MPa）粘度3沿程压力损失（MPa）竖管按240m计8.6911.49水平管按120m计1.142.08水平转换管按12m计0.110.2190º弯管（水平）R=1m按4个计0.380.6090º弯管（垂直）R=1m按6个计11.2745º弯管R=1m(水平)按2个计0.080.15软管3.5m按1根0.110.21锥形管175→150mm按1个计0.090.14锥形管150→125mm按1个计0.090.14合计11.6916.29可见根据我单位对超高层混凝土泵送研究和经验，随着混凝土粘度的增大，混凝土在泵管里的沿程损失有所增大，在混凝土粘度为3时，混凝土最大泵送阻力为：Pmax=PH+Pf=17.89Mpa三一重工生产的HBT90CH2135D拖泵可提供的最大出口压力为35MPa，尚有50%的压力储备，完全满足本工程超高泵送混凝土的需要。经过详细计算与周密论证，我们最终选定三一重工生产的HBT90CH-2135D和SY5125THB-12020C-6GD(车载泵)分别作为本工程超高泵送的高、低区混凝土输送泵，其理论最大出口压力分别达到35MPa和20MPa。其中HBT90CH-2135D的最大理论泵送排量为100m3/小时，柴油机功率为546KW，理论最大水平泵送距离为3991米,垂直泵送高度为835m。HBT90CH-2135D、SY5121-THB90的技术参数和实际应用情况见表18.3.1-5。表18.3.1-5输送泵技术参数及实际应用输送泵型号技术参数HBT90CH-2135DSY5125THB-12020C-6GD混凝土理论输送压力(MPa)低压\高压19\3510\20混凝土理论输送量(m3/h)低压\高压100\78120\78动力及泵送系统(油泵排量ml/r、容积L、功率KW)主油泵排量260×2油箱容积700柴油机额定功率273×2发动机额定功率186+132砼坍落度(mm)100～230100～230输送缸直径×最大行程(mm)Φ180×2100Φ230×1600料斗容积×上料高度(m3/mm)0.7×14200.6×1500外形尺寸长×宽×高(mm)7450×2490×29509185×2470×3040总质量（kg）1300012495HBT90CH-2135DSY5125THB-12020C-6GD已应用厦门世贸双子塔(该泵实现泵送高度达375m)大连中心裕景一期(该泵实现泵送高度近150m)拟应用高区：26层以上低区：26层以下（3）混凝土泵的最大水平输送距离复核。根据公式：Lmax–混凝土泵最大水平输送距离（m）；Pe–混凝土泵额定工作压力（Mpa）；根据上述内容得知，Pe=35MpaPf–混凝土泵送系统附件及泵体内部压力损失（Mpa）；根据上述内容得知，Pf=1.5MPa△PH-混凝土在水平输送管内流动每米产生的压力损失（Pa/m）；根据上述内容得知，=8369.3Pa/m将上述取值代入公式，求得：Lmax=3991m。据此分析，拟选用三一重工生产的型号为90-CH2135D拖泵，其理论最大水平输送距离Lmax=3991m大于现场实际布管管路换算水平长度L=1261m，满足泵送要求。18.3.2泵管选择（1）采用内径125mm、壁厚9mm的输送管道(壁厚较普通高压管加厚4mm)，钢材45Mn2，高频淬火处理，保障管道的抗爆能力，寿命比普通泵管提高2～3倍。泵管连接处采用Ｏ形密封圈密封，以保证高压水洗的密封性,泵管联接结构见图18.3-1。图18.3.2-1泵管连接示意图（2）泵管选型验证1）输送管规格：φ146×9，内径d=125mm，外径D=146mm。2）输送管材料：45Mn2，δb=885MPa；3）混凝土泵最大出口压力为Pmax=35MPa。4）泵送高度：H=260m（泵送至240米时混凝土出口压力约17.89MPa）（3）输送管最小壁厚输送管壁厚t的确定：为了保证管道的高可靠性，增长耐磨时间，减少拆装，保证工程进度，厚度的安全系数取：k=2.0则输送管的壁厚：t=k×t0=5.3mm选用壁厚为9mm的钢管，安全系数高达3.5。输送管爆破压力验算：通过以上验算，选择管径125mm壁厚9mm的超高压混凝土输送泵管，满足本工程混凝土超高泵送要求。18.3.3布料机选择塔楼核心筒混凝土施工，采用由三一重工生产的HGY21液压混凝土布料机，可遥控操作，自由俯仰，最大布料半径达21m。HGY21混凝土布料机性能参数见表18.3.3-1。表18.3.3-1HGY21型液压布料机性能型号布料半径21m回转角度360°整机重量7600Kg底脚面积2.5×2.5m臂架形式四层卷折全液压安装方式锚栓压点第一节臂长6.5m第一节臂转角92°第二节臂长4.65m第二节臂转角180°第三节臂长4.65m第三节臂转角240°第四节臂长5.09m第四节臂转角180°18.4泵送系统规划及布置18.4.1输送泵的定位及水平泵管固定（1）现场布置3台混凝土输送泵，核心筒26层(T3、T4塔楼泵送高度115.35mm)以下施工采用三一重工SY5121-THB90混凝土输送泵，核心筒26层以上施工时开始采用三一重工HBT90CH-2135D。采用一泵到顶的泵送方式，最大泵送高度为240m。T3塔楼布置三台泵车，2#、3#泵车位于主楼南侧，1#泵车位于主楼西侧，混凝土罐车主要经中山南路从南6#口进，从南2#号口出。具体见图18.4.1-1。T4塔楼泵车的布置在主楼南侧，混凝土罐车主要经中山南路从南6#口进，从南2#号口出。见图18.4.1-2。图18.4.1-1T3塔楼水平泵管布置平面图图18.4.1-2T4塔楼水平泵管布置平面图地面水平泵管固定在地下室顶板上，楼面水平管固定在楼板上，采用管卡和钢筋混凝土墩固定，泵管在靠近连接处两侧设置固定点，见图18.4.1-3、图18.4.1-4。图18.4.1-3水平泵管固定大样图图18.4.1-4水平泵管固定示意18.4.2竖向泵管配置规划18.4.2.1竖向泵管的布置及固定（1）T3、T4塔楼施工拟各布置三道混凝土输送泵管位置主要选择在楼梯休息平台处，T3、T4塔楼1#、2#泵管用于核心筒混凝土泵送，3#泵管用于外框柱和组合楼板混凝土泵送，2#泵同时兼做机动管路。见图18.4.2-1，图18.4.2-2。图18.4.2-1T3塔楼混凝土输送泵管布置图18.4.2-2T4塔楼混凝土输送泵管布置由于核心筒屋面上层结构及屋顶层结构均减小，两塔楼各自的1#泵管进行拆除，保留2#、3#泵管工作。（2）垂直泵管沿核心筒墙体竖向布置，采用三一重工生产的配套U型码固定在混凝土墙体预留埋件上，每根泵管在靠近连接处两侧设置固定点见图18.4.2-3。图18.4.2-3立管的固定方法综合考虑楼层层高、泵管布置方案等因素，标准层立管单节设计长度为3m。T3塔楼由于1#管路只用于核心筒混凝土浇筑，所以在中间楼层皆采用3m标准泵管，仅在待浇筑层范围采用非标准泵管连接，用于调节与布料机之间的连接。3#管路主要用于外框柱和组合楼板混凝土的浇筑，2#管路作为两用的机动管路。见图18.4.2-4。图18.4.2-4立管的布设示意图18.4.2.2水平缓冲弯配置规划为缓解混凝土自重对底部泵管的冲击，利用泵管位置转换兼作水平弯。T3塔楼的1#、2#、3#泵管在35（155.8m）层和40层各设置一道水平缓冲弯，见图18.4.2-5~7。图18.4.2-51#、2#、3#泵管水平缓冲弯设置图18.4.2-61#、2#、3#泵管转换示意图（一）图18.4.2-71#、2#、3#泵管转换示意图（二）18.4.2.3不同作业层竖向泵管的接拆因本工程T3塔楼核心筒墙体混凝土领先筒外钢框架6层、钢框架领先组合楼板混凝土3层，施工作业面各不相同，存在管道高度切换问题，如：刚浇注完型钢柱混凝土需要浇筑楼面混凝土，或浇注完核心筒混凝土需要浇筑楼面混凝土，因塔楼核心筒与筒外结构混凝土工作面有较高的高差，需要进行层间切换，需要拆除竖管中间的管道，但因管道自重原因，竖管的管道之间压得很紧，不便拆除，且更难安装。我们考虑采用专用的管道拆除及安装工具，便于管道的拆卸和维护。步骤1.当要拆卸输送管2时，先将连接输送管1和输送管2之间的螺栓组去掉，并拆掉固定输送管1的所有管卡。步骤2.通过顶升装置顶输送管1的法兰将输送管顶起。步骤3.将输送管2拿掉并更换新的输送管，完成输送管的更换工作见图18.4.2-8。图18.4.2-8立管拆卸示意图当工字梁1与法兰之间距离过近托管不能完成放置时，将千斤顶置于下级工字梁2上，靠托管与输送管之间的摩擦力的作用将输送管顶起,见图18.4.2-9。输送管穿过楼面，也可将顶升装置可放置于楼面上。18.4.2-9立管拆卸示意图18.4.3管道截止阀布置在混凝土泵机出料口设置一道截止阀，用于防止拖泵短时间停机时混凝土回流，和洗泵后泵管清洗的废水残渣清理及回收处理；在首层地面水平管和垂直管的弯管处设置一道截止阀，用于拖泵长时间停机时防止立管内的混凝土回流，见图18.4.3-1。图18.4.3-1液压截止阀的设置18.4.4泵送系统实验混凝土配合比确定后我单位将进行超高泵送系统实验。参照现场泵送系统折算出水平泵管和弯头量，在地面设置相应的水平泵管和弯头，用拟选用的混凝土输送泵泵送拟确定配合比的混凝土，测试特定点的流速和出口压力，以检验泵送系统和混凝土配合比的可行性，见图18.4.4-1。18.4.4-1泵送系统实验18.5泵送过程控制18.5.1核心筒混凝土施工方法塔楼核心筒混凝土各采用1台HGY21型液压混凝土布料机布置，随施工楼层吊装到核心筒爬模处，利用爬模位置放置布料机。利用1#、2#泵管浇筑混凝土,见图18.5.1-1、图18.5.1-2。图18.5.1-2T3塔楼核心筒施工各阶段布料机布置图图18.5.1-2T4塔楼核心筒施工各阶段布料机布置图18.5.2外框柱及楼板混凝土施工方法塔楼外框柱及楼板混凝土浇筑遵循先高标号后低标号的原则，先浇筑外框柱再浇筑楼板。浇筑外框柱时将2#、3#混凝土泵管在楼板上接至外框柱上端，将混凝土输送到位。浇筑核心筒外组合楼板混凝土时，将2#、3#泵管接出两道水平泵管至四周压型钢板上，随着混凝土泵送逐根拆接水平泵管，直至该层楼板混凝土浇筑完成，具体施工安排见图18.5.3-1，图18.5.3-2。图18.5.3-1T3塔楼组合楼板混凝土浇筑示意图图18.5.3-2T4塔楼组合楼板混凝土浇筑示意图18.6余料回收及管道清洗在每台泵旁边建一个沉淀水池（容积约2~3m³），接二个DN100的水管到泵车旁，沉淀过的净水排入净水池（容积约30m³）做水洗及冷却循环水使用。（1）当混凝土泵送高度为150米以下时，采用海绵塞的水洗方法，流程如下：1）混凝土泵送完毕后，关闭输送管路液压截止阀；2）拆水平管靠近泵机的弯管或泵机出料口后端的直管；3）向管道中塞入海绵塞并接好管路；4）向料斗内加入净水池内的水，并正泵操作，保证料斗内有足够的清水供应，直至输送管末端出现含水量较多的混凝土；5）将输送管末端移至预先准备好的废料斗内，继续泵送，将海绵塞泵出后，继续泵送直至输送管末端出现清水，如图18.6.1-1；6）采用反泵操作将水抽回料斗或关闭截止阀，拆管，将管路中的水放出流回沉淀池，完成管路的清洗。图18.6.1-1采用海绵塞的水洗方法示意（2）根据我公司多年施工经验，在150米以上高度时，如果仍用海绵塞，由于泵送压力高，海绵塞不能完全对高压水密封，渗过海绵塞的高压水形成小激流，流速比海绵塞快，从而冲走混凝土的砂浆，使海绵塞前的石子越积越多，当水流推力不足以克服石料自重和阻力时，就会发生堵管。此时应采用砂浆隔离的水洗方法，流程如下：1）混凝土泵送完毕后，直接泵送1.5~2m³砂浆（视楼层高度而定）；2）紧接着采用潜水泵将净水池中的水抽向泵机料斗，进行正泵操作，见图18.6.1-2；3）当顶楼出现砂浆、混凝土及水混合物时，将布料机末端软管接入楼顶的废料斗（废料斗容积约2~3m³）中，并继续泵送直至出现水流；4）停止泵送及潜水泵，并打开泵机料斗卸料门，进行反泵操作，将输送管道内的水放出并流回沉淀池，直至管道内水放干净。或者关闭截止阀，拆管后将管道内的水放回沉淀池；5）关闭泵机卸料门并继续用潜水泵将水抽入料斗，进行正泵操作，再次清洗、停泵、开卸料门反泵，如此反复2~3次，直至管道清洗干净。图18.6.1-2采用砂浆隔离的水洗泵管示意18.7超高混凝土泵送故障预防及应急处理18.7.1堵管超高层建筑泵送时，容易反泵，不容易发生堵管。若发生堵管，其部位一般出现在水平段弯管或锥管处，特别是水平段与垂直管相接的弯管处，可用方锤对混凝土输送管进行敲击，堵管部位的敲击声较为低沉。发生堵管后，先进行反泵疏通，其它人员用方锤对堵管部位进行敲打。若以上方法排除堵管无效，可先将液压闸阀关闭，待泄压后，清除堵管中的混凝土，接好管道，开启液压闸阀再继续泵送。预防措施：（1）避免使用泵送坍落度很小的混凝土。当发现料斗中混凝土的坍落度很小，无法泵送时，应及时将混凝土从料斗底部放掉，严禁强行泵送。并由混凝土搅拌站驻现场技术人员按照技术要求及时调整罐车内的混凝土坍落度，可以采用添加减水剂或者泵送剂的方法。（2）避免停机时间过长。停机期间，应每隔5～10分钟（具体间隔时间视当日气温、混凝土坍落度混凝土初凝时间而定）开泵一次，以防堵管。（3）泵管应清洗干净。前次泵送完毕，若管道未清洗干净，会造成下次泵送时堵管。每次泵送完毕一定要按照水洗规程将泵管清洗干净。（4）注意保持适当的泵送速度。泵送时。速度的选择很关键，操作人员不能一味图快，有时欲速则不达。首次泵送时，由于管道阻力较大，此时应低速泵送，泵送正常后，可适当提高泵送速度。当出现堵管征兆或某一车混凝土的坍落度较小时，应低速泵送，将堵管消灭在萌芽状态。（5）避免泵管局部漏浆。泵管接头密封不严，局部漏浆，一方面影响混凝土的质量，另一方面将导致混凝土的坍落度见笑和泵送压力损失，从而导致堵管。应定期检查泵管接头处管卡是否松动或密封圈是否损坏，并及时紧固管卡或更换密封圈。（6）定期对混凝土输送泵进行维护保养。由混凝土输送泵厂家驻现场技术人员定期对混凝土输送泵进行维护保养，特别注意检查活塞、输送缸、眼镜板和切割环等部件的磨损情况。操作人员还应经常观察水箱中的水是否浑浊，有无砂浆，一旦发现水已浑浊或水中有砂浆，应立即查看混凝土活塞是否磨损，如磨损严重，应立即更换，否则将因漏浆和压力损失而导致堵管，同时还会加剧活塞和输送缸的磨损。如活塞是好的，则表明输送缸已磨损，此时需更换输送缸。(7)不泵送不合格的泵送混凝土。用于泵送的混凝土必须符合泵送混凝土的要求，不合格的泵送混凝土将加剧泵机的磨损，并经常出现堵管甚至爆管等现象。(8)不泵送坍落度过大或过小的混凝土。混凝土坍落度的大小直接反映了混凝土流动性的好坏，混凝土的输送阻力随着坍落度的增加而减小。泵送混凝凝土的坍落度一般在200～240mm范围内，对于长距离和超高层的泵送一般需严格控制在220～260mm之间。坍落度过小会增大输送压力，加剧设备磨损，并导致堵管。坍落度过大，高压下混凝土易离析而造成堵管。(9)润管砂浆用量应充足。开始泵送时，搅拌主机、混凝土罐车搅拌罐、料斗、管道等都要吸收一部分砂浆，如果砂浆用量太少，将导致部分输送管道没有得到润滑，从而导致堵管。正常的砂浆用量应按每200m泵管约需0.5m3砂浆，搅拌主机、料斗等约需0.2m3砂浆，泵送前一定要计算好砂浆的用量。18.7.2爆管爆管一般出现在泵机出口端附近的管道，特别是水平段与垂直管相接的弯管处。处理方法：关闭垂直管与水平管处的液压闸阀并更换管道。预防措施：定期用TM8810壁厚检测仪检测泵管壁的厚度，厚度小于6mm则更换泵管，防止泵管因过度磨损造成爆管。当泵送高度超过200m时更换输送泵管，T3塔楼40层核心筒混凝土浇筑完成后，混凝土输送泵管全部更换为新高压管，T4塔楼根据现场检查情况确定更换数。目录第十八章超高泵送实施方案 66018.1超高泵送简介 66018.2超高泵送混凝土制备 66018.3泵送设备选择 66118.3.1混凝土输送泵选择 661HYPERLINK\l"_Toc4494406