超高层混凝土泵送方案

宝能环球金融中心GFC（A座）总承包工程技术标部分-570-超高层混凝土泵送施工方案超高层混凝土泵送简介本工程塔楼地上119层，地下5层，建筑高度588m，主要泵送混凝土部位如下:（1）T1塔楼核心筒高度为555.5m，核心筒剪力墙混凝土强度等级为C60。（2）外框巨柱高度为465.8m，B005~F058（-25.3m~281.25m）混凝土强度等级为C70，F059~F098（281.25m~465.80m）混凝土强度等级为C60。（3）地上筒内外楼板、梁混凝土强度等级为：C35。超高层混凝土泵送难题与对策超高层混凝土泵送难题与对策序号重难点分析对策分析1混凝土结构耐久性要求高，重要构件耐久年限100年，次要构件耐久年限50年。开展耐久性研究，优化配合比设计，注重施工过程管理和对混凝土的养护。2混凝土泵送高度高，一泵到顶最高泵送高度555.5m。根据泵送高度，优化配合比保证混凝土具有高匀质性、低粘度，保障混凝土的超高泵送。3混凝土强度高，核心筒剪力墙混凝土标号为C60，外框巨柱混凝土强度高达C60、C70。针对C60及以上混凝土，优化配比控制水胶比，掺加微硅粉等技术确保混凝土满足强度。4结合混凝土强度和构件尺寸，核心筒厚度超过1m的剪力墙、巨柱属于高强大体积混凝土。采用“双掺”“三掺”技术，掺加矿物掺合料，保障强度满足下，降低混凝土水化温升。5核心筒钢板剪力墙、箱型钢骨柱等不易振捣，浇筑需要达到自密实效果。优选粗骨料粒径及级配，优选混凝土外加剂，确定合适的粉料用量，确保自密实效果。6工程施工周期长，需要根据气候条件实时调整配合比。做好原材料采购预案，根据四季变化天气情况进行砼试配，做到有备无患。超高层泵送混凝土制备为了搞好本工程C60、C70高强混凝土的配制、施工及验收全过程控制工作，在正式施工之前，项目部将联合业主、监理、设计、搅拌站对高强混凝土的强度要求、可泵性要求、稳定性要求等进行一系列的实验和研究。我司将派出一名有相关工作经验的工程师长期进驻搅拌站。材料要求对砂、石、水泥等原材料质量进行严格控制和管理。要求砼搅拌站对砂、石采取遮阳，以降低砂、石的温度；水泥提前7天入库储备，降低水泥温度，通过以上措施，控制砼入模温度。对于高强混凝土必须根据实际材料等情况进行大量的塌落度、扩展度、倒筒时间、L型流度仪、压力泌水等试验，在确保强度的前提下优化配合比，尽量满足可泵性要求。同时，还要求进行砼耐久性、自收缩、防火等性能研究，以满足重点工程的高标准高功能的设计要求。配合比试验配合比设计的原则是满足强度、耐久性、可泵性要求，具体设计满足下列要求：（1）配置C60、C70级强度等级的高强混凝土，应选择强度等级宜不低于52.5级的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。（2）细骨料宜选用质地坚硬、级配良好的砂子，细度模数不宜小于2.6，含泥量不应大于1.5%。（3）粗集料的最大粒径不应大于25mm；针片状颗粒含量不宜大于5％；含泥量不应大于0.5％；泥块含量不应大于0.2％。（4）粗集料除进行压碎指标试验外，对碎石尚应进行岩石立方体抗压强度试验，其结果不应小于要求配制的混凝土抗压强度标准值R的1.5倍。（5）配置高强混凝土的矿物掺合料可选用粉煤灰、磨细矿渣、磨细天然沸石岩和硅粉等，粉煤灰为Ⅰ级粉煤灰。（6）高强混凝土的配合比应符合规范规定。当无可靠的强度统计数据及标准差数值时，混凝土的施工配制强度（平均值）应不低于强度等级的1.15倍。（7）高强混凝土所用砂率及所采用外加剂和矿物掺合料的品种、掺量应通过试验确定。（8）高强混凝土的水泥用量不宜大于500kg/m³，水泥和混合材料的总量不超过550～600kg/m3,各种混合料的掺用种类及数量，必须通过试验确定。泵送设备选择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，并根据我局技术中心对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。混凝土所需出口压力泵送混凝土高度按576m计算所需要的压力(塔楼最高泵送高度为555.5m，另加布料机20m)。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：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。（1）根据公式：△PH-混凝土在水平输送管内流动每m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=80K2-速度系数（Pa·s/m）；K2=400-S1=180S1–混凝土坍落度（mm）；取S1=220mmt2/t1-混凝土泵分配阀切换时间与活塞推压混凝土时间之比，当设备性能未知时，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（2）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=2373m，详见表19.4.1-1。泵管管路水平换算距离序号配管类型数量换算成水平管长度1竖管555.5m2392m2水平管150m150m3水平转换管12m12m490º弯管R=1m10个90m545º弯管R=1m2个9m6软管3.5m1根12m7锥形管175→125mm1个8m8合计/2673m△PH-混凝土在水平输送管内流动每m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19.4.1-2。混凝土泵送系统附件及泵体内部压力损失统计表序号混凝泵附件名称数量估算压力值（MPa）1管路截止阀2个0.22混凝土泵分配阀2个0.43混凝土泵启动内耗单泵14合计/1.6将上述取值代入公式，求得：Pmax=24MPa。（3）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19.4.1-3，计算混凝土在泵管中的沿程总压力损失见表19.4.1-4。沿程压力损失管径管道结构单位长度压力损失粘度1.4粘度3125mm水平管9.47E31.735E4垂直管3.344E44.42E4水平弯管6.0E49.518E4垂直弯管1.07E51.348E5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555.5m计2026.42水平管按150m计1.442.64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→125mm按1个计0.090.14合计/23.2131.64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=33.2Mpa三一重工生产的HBT90CH-2135D拖泵可提供的最大出口压力为35MPa，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3991m,垂直泵送高度为835m。HBT90CH-2135D、SY5125THB-12020C-6GD的技术参数和实际应用情况见表19.4.1-5。输送泵技术参数及实际运用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）1300012495已应用上海环球金融中心大连中心裕景一期拟应用本工程T1塔楼混凝土泵送高区：27层以上(最大泵送高度576m)低区：27层以下(泵送高度129.2m)（4）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m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HBT90CH-2135D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=2373m，满足T1塔楼混凝土泵送要求。泵管选择采用内径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,泵管连接见图19.4.2-1。泵管连接示意图泵管选型验证输送管规格：φ146×9，内径d=125mm，外径D=146mm。输送管材料：45Mn2，δb=885MPa；混凝土泵最大出口压力为Pmax=35MPa。泵送高度：H=598m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。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HGY28液压混凝土布料机，可遥控操作，自由俯仰，最大布料半径达28m。HGY28混凝土布料机性能参数见表19.4.3-1输送泵技术参数及实际运用型号HGY28功率（KW）30布料半径（m）28臂架回转角度±270°塔身高度（m）26爬升速度（m/min）0.5~0.8爬升类型油缸顶升式系统压力（MPa）32转速（rpm）1460流量（L/min）47油箱容积（L）300控制方式近控/优先/遥控总质量（kg）19300输送管道清洗方式水洗/干洗臂架形式4Z输送管径（mm）DN25泵送系统规划及设置输送泵及管道的布置输送泵及水平管道的布置现场布置3台混凝土输送泵，核心筒施工至129.2m（27F）以下采用三一重工SY5125THB-12020C-6GD混凝土输送泵，核心筒施工至129.2m（27F）时开始采用三一重工HBT90CH-2135D混凝土输送泵。按照《混凝土泵送施工技术规程》相关要求，地面水平泵管的长度不小于垂直泵管25%，采用一泵到顶的泵送方式，最大泵送高度为576m，所以选择150m长水平泵管。泵车的布置见图19.5.1-1。泵车布置示意图管道的布置塔楼施工拟布置三道混凝土输送泵管，1#泵管用于外框柱和楼板混凝土泵送，2#、3#泵管仅用于核心筒混凝土泵送，2#泵管同时作为可用于外框柱和楼层板混凝土泵送的机动管路。根据《混凝土泵送技术规程》，为降低减缓混凝土自重对管道、泵机的冲击，超高层混凝土泵送时水平泵管长度不得低于泵送高度的25%，本项目共水平管长150m，分3段设置，每段约50m，分别设在F001层地面上、F041层（+196.8m）处和F084层处（+399.3m）。泵管到F041层时1#、2#泵管沿核心筒西侧铺设水平泵管，竖向泵管由南侧转向北侧；3#泵管沿核心筒西侧铺设水平泵管，竖向泵管由北侧转向南侧，详图19.5.1-2所示。在F084层处，按上述相反方式铺设水平泵管，详图19.5.1-3所示。F041层水平泵管铺设示意图F084层水平泵管铺设示意图泵管的固定方法超高层泵送输送管道的布置与固定分为三个部分：水平管的固定、水平转垂直处的弯管固定、竖直管道井内的固定。泵管的固定序号类型固定方法固定示意图1水平直管的固定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。2水平弯管的固定3水平转垂直管的固定4竖直管道井内的固定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水平直管固定详细做法垂直管埋件剖面管道截止阀布置每台套泵送管路需用2个两位截止阀，3条管线，共6个管路截止阀。主要作用；用于泵送完成后管道清洗的废水残渣的回收处理。两个液压截止阀分贝设在在首层地面水平管和垂直管的弯管处见图19.5.3-1。液压截止阀液压截止阀混凝土泵管布置示意图不同作业层竖向泵管的安拆因本工程的核心筒、筒内梁板梯、外框柱及筒外水平结构，施工作业面各不相同，存在管道高度切换问题，如：刚浇注完外框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，因有约六层的高差，需要进行切换，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。立管拆卸示意图步骤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19.5.4-1。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19.5.4-2。输送管穿过楼面，也可将顶升装置可放置于楼面上。泵送过程控制核心筒混凝土施工方法核心筒混凝土采用2台HGY28型液压混凝土布料机，直接固定在智能整体顶升平台上，布料机的布置，见图19.6.1-1。核心筒施工布料机布置图外框柱混凝土施工方法外框柱混凝土浇筑，将1#混凝土泵管在楼板上接至外框柱上端，直接进行混凝土浇筑。楼板混凝土施工方法核心筒内、外钢筋桁架组合楼板混凝土同时浇筑，将3#或2#泵管接出两道水平泵管至西侧上，随着混凝土泵送逐根拆除混凝土泵管，直至该层楼板混凝土浇筑完成，见图19.6.3-1。楼板混凝土浇筑示意图余料回收及管道清洗在泵旁边建一个沉淀水池（容积约2~3m³）及净水池（容积约30m³），接二个DN100的水管到两台泵旁，做水洗及冷却循环水使用，如图19.7.1-1：沉淀池示意图当混凝土泵送高度为150m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19.7.1-2；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。采用海绵塞的水洗方法示意根据我公司多年施工经验，在150m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，见图图19.7.1-3；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19.7.1-4；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。采用砂浆隔离的水洗泵管示意泵管中的水回流至沉淀池超高层混凝土泵送故障预防及应急处理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。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。管道更换（1）泵管采用内径125mm、壁厚9mm的输送管当壁厚磨损至6mm时需更换管道（2）用测厚仪测量泵管管壁厚度，提前了解管道的磨损状况，提前更换磨损严重的管道；测厚仪器操作示意图（3）在弯管和非标管件所在位置，预备一根备用管件，以便在爆管时最快速度更换；在经常有人活动的管道上覆盖麻袋（注意不能捆绑），当管道爆裂后麻袋避免混凝土对人的直接伤害。混凝土的泵送及浇捣混凝土泵送混凝土泵送过程注意事项序号项目注意事项1泵管的布置布管应根据混凝土的浇注方案设置并少用弯管和软管，尽可能缩短管线长度。管道沿楼地面或墙面铺设，在混凝土地面或墙面上安装一系列支座，每根管道均由支座固定。为了减少管道内混凝土反压力，在泵的出口布置了一定长度的水平管及弯管。2混凝土配合比配合比设计的原则是满足强度、耐久性、可泵性要求，具体配合比将在施工之前根据现场实际情况进行混凝土配合比实验确定合理可行的混凝土配合比。3泵送前准备泵送前应用水湿润泵的料斗、泵室、输送管道等与混凝土接触的部分，检查管路无异常后方可采用水泥砂浆润滑压送。4泵送过程中开始泵送时泵机应处于低速运转状态，注意观察泵的压力和各部分工作情况，待顺利泵送后方可提高到正常运输速度。当砼泵送困难、泵的压力突然升高时会导致管路产生振动，可用槌敲击管路、找出堵塞的管段，采用正反泵点动处理或拆卸清理，经检查确认无堵塞后继续泵送