超高層砼泵送技術在長沙希爾頓酒店項目中的應用

楊毅++曾昭華

【摘要】對于超高層建筑，一般使用高強高性能混凝土，其粘度大，泵送性差。這種高強混凝土需超高壓泵輸送，由于混凝土泵送壓力過高，易發生泄漏，會導致許多混凝土問題，如離析、堵管等，因此超高層混凝土泵送一直是施工的一大難題；要解決此難題，選擇合適的混凝土泵送設備顯得尤為重要。本文針對長沙希爾頓酒店工程建設，以C60高強混凝土為泵送對象，在分析C60高強混凝土泵送特性的基礎上，詳細闡述了超高層建筑用混凝土輸送泵、混凝土輸送管的選擇方法。

【關鍵詞】超高層建筑；高強混凝土；砼泵送

The Application of Super High-rise Concrete Pumping Technique in Changsha Hilton Hotel Project

Yang Yi，Zeng Zhao-hua

（The Third Construction CO.，LTD of China Construction Third Engineering BureauWuhanHubei430074）

【Abstract】High-rise buildings commonly use high-strength concrete， which has large viscosity and poor pumpablity.The high concrete pumping pressure may cause concrete segregation and pipe blockage，etc，which has always been a problem of concrete construction. So it is of considerable importance to select appropriate concrete pumping equipment.Aiming at C60 high-strength concrete pumping in the construction of Changsha Hilton Hotel， the article analysizes C60 high-strength concrete pumping characteristics， and elaborates selection of concrete pump， concrete pipe method in high-rise building projects.

【Key words】Super high-rise buildings；High-strength concrete；Concrete pumping

1. 項目概況與特點

1.1工況要求。

（1）對于超高層建筑，一般使用高強高性能混凝土，高強混凝土與普通混凝土相比，水灰比低，粘性特別大，只有當作用外力超過屈服值時才產生流動，超高層建筑混凝土施工需超高壓泵輸送，但泵送壓力過高，混凝土易發生泄漏，還會導致許多混凝土問題，如離析、堵管等，因此超高層混凝土泵送一直是施工的一大難題；要解決此難題，選擇合適的混凝土泵送設備顯得尤為重要。

（2）長沙希爾頓酒店工程位于長沙市銀盆嶺大橋西，為長沙市河西第一高樓。該工程建筑高度約241m，為超高層建筑。本工程塔樓主體結構形式為核心筒-鋼框架結構體系，為保證塔身具有足夠的耐久性，塔樓核心筒所用混凝土為C50～C60高強混凝土。為保證施工質量，在超高層混凝土泵送過程中務必保證砼泵送的順利施工。在長沙地區，C40混凝土已得到廣泛的應用，各商品混凝土攪拌站都能提供，但 C60混凝土的配制要求相對較高，為同時滿足強度和施工性能要求，主要應滿足超高層混凝土的泵送要求。

1.2高強混凝土泵送特性。

高強混凝土的坍落度對泵送阻力有巨大影響，直接影響著泵送壓力的大小，圖1是根據長沙希爾頓酒店工程現場泵送試驗記錄繪制的關于混凝土坍落度、泵送距離、泵送壓力的關系示意圖。從圖中可知：相同方量的混凝土，當輸送高度一定時，泵送壓力隨著混凝土坍落度的增大而減小，尤其是坍落度小于200mm或是泵送高度超過150m時，這種變化趨勢越明顯。但是，混凝土坍落度也不應過大，因為坍落度太大一方面影響泵送設備的吸收性能，同時，泵車出口截止閥密封不嚴處容易漏漿，影響混凝土的施工質量；另一方面，在高壓泵送作用下，混凝土易發生離析現象，造成堵管，影響混凝土正常泵送作業。因此在超高層混凝土泵送中為減小泵送阻力，并保障施工的質量。根據現場試驗結果，C60高性能混凝土泵送時，坍落度最好控制在220mm～240mm之間?？紤]各種因素，本工程C60高強混凝土的配合比見表1（混凝土坍落度、泵送距離和泵送壓力關系示意圖見圖1）。

2. 地泵型號選擇

混凝土泵送設備的選型應以可靠、經濟為首要原則。首先根據工況要求，估算管道的阻力，根據所計算壓力值初步篩選混凝土泵型號，然后根據廠家提供的混凝土澆筑方量需求，確認泵送壓力（決定混凝土泵送高度）、理論方量（決定作業時間）是否滿足施工需求。如果滿足需求，型號確定，如果不滿足需求則重新選型號，直至選出滿足要求的泵機型號為止。

2.1泵送壓力估算。

（1）泵機的主要性能指標是泵出口壓力和輸送方量，其中泵出口壓力表示該泵機能夠達到的最大的泵送高度，而泵機輸送方量象征泵機在某個泵送壓力下的工作效率。因此，泵機選型主要考慮工程施工高度、泵送工藝、輸送管道布置以及混凝土澆筑方量。

（2）由于C60高強混凝土單方量用水量很低，長沙希爾頓酒店工程C60高強混凝土單方量含水僅為110Kg左右，其流動性的產生主要依靠高效減水劑的強吸附分散作用，使得混凝土拌合物的粘性極大，混凝土泵送的施工阻力大，對泵送壓力要求高，要求混凝土泵送設備的出口壓力大。

（3）長沙希爾頓酒店工程泵送混凝土最高強度為C60，為高強混凝土。目前尚無針對高強度混凝土泵送壓力的計算方法。長沙希爾頓酒店工程根據JGJ/T10-95《混凝土泵送施工技術規程》推薦的計算方法，選擇較高壓力損失計算的S.Morinaga公式：

ΔPH= 2r[K1+K2（1+t2/t1）V]α

K1=（3.00-0.1S）·102

K2=（4.00-0.1S）·102

式中：ΔPH——單位長度的沿程壓力損失；r——輸送管半徑，r=0.0625m；K1=粘著系數（Pa） ；K2=速度系數（Pa/m/s）；S-砼坍落度，取220mm；t2/t1——分配閥切換時間與活塞推壓混凝土時間之比，取0.8；V-混凝土在輸送管內平均流速（m/s），取1.13 m/s；α-混凝土徑向壓力與軸向壓力之比，取0.9。

（4）估算得，混凝土在水平輸送管內流動每米產生的壓力損失ΔPH=0.01MPa/m。

混凝土輸送管的水平長度換算：本工程采用直徑為125mm的輸送管，按垂直輸送高度241m、水平輸送長度70m計算，根據混凝土輸送管水平換算得水平總長度為241m×4+70m=1034m，則：

混凝土在水平輸送管內流動產生的壓力損失：1034m×0.01MPa/m=10.34MPa

混凝土在垂直方向因自重產生的壓力：ρgH=2400×9.8×241=5.67

空氣壓力：1MPa

因此，初步計算得混凝土泵的出口壓力P>10.34+1+5.67=17.01MPa

2.2地泵設備型號初選。

根據上述計算，考慮到垂直運輸過程中混凝土坍落度損失、混凝土波動等因素，出口壓力至少還需要額外預留5%的系數。泵出口壓力至少為18MPa；即要選擇18MPa以上的混凝土泵。經眾多工程實踐驗證，理論計算結果要大于工程實測。對于出口壓力超過18MPa，查閱國內外混凝土泵型譜可知，中聯HBT90.21.220S型車載式混凝土泵，理論輸送壓力（低壓/高壓-MPa）為11/21，能夠滿足要求，同時還有3MPa壓力的富余。

圖2HBT90.21.220S超高壓泵泵送性能曲線

2.3地泵設備型號確定。

對于大多數工程來講，都有工期進度的要求，因此在選擇泵送設備時，要根據實際情況，具體考慮混凝土泵送設備的輸出方量能力。按長沙希爾頓酒店項目要求，核心筒混凝土結構每層方量的最低要求為320方，必須15小時內澆注完畢，有效輸送時間為8小時?？紤]到施工現場設備維護、混凝土不完全連續運輸、意外斷電等因素，所選擇的泵送設備須每小時輸送方量至少要保證50方/小時左右。HBT90.21.220S最大理論混凝土輸送量（低壓/高壓-m3/h）為94/52。查看中聯HBT90.21.220S超高壓泵泵送性能曲線（理論混凝土輸送量與理論輸送壓力的關系）可知，在出口壓力18MPa，理論輸送方量為55方/小時左右，大于50方/小時，滿足要求（HBT90.21.220S超高壓泵泵送性能曲線見圖2）。

3. 混凝土輸送管的選擇

由于高強高性能混凝土組成成分多、粘性極大，較普通混凝土更易磨損輸送管道。據不完全統計，高強混凝土輸送管的使用壽命只有普通混凝土輸送管的1/3～1/5。因此，混凝土輸送管作為混凝土泵輔助件，其質量優劣對混凝土泵送工作也起決定性作用，影響混凝土施工質量。輸送管的規格、連接形式、壽命、可靠性等等都影響著輸送設備的使用效果，所以混凝土輸送管的選擇是超高層混凝土泵送設備選型里又一重要方面。

3.1混凝土輸送管選型。

超高層建筑高強度混凝土在泵送過程中，混凝土在管道縱向將產生極大的沖擊力，常規的連接與密封方式已不能滿足要求。如果管道密封不好，泵送過程中會發生漏漿，嚴重時甚至會堵管，導致整個輸送系統報廢；高壓下運動的高強度混凝土會對加劇輸送管的磨損，大大降低混凝土輸送管的使用壽命，增加輸送管爆管幾率。普通混凝土輸送管不能滿足要求，需耐高壓、耐磨損的輸送管才能滿足施工要求。輸送管直徑越小，輸送阻力越大，但輸送管直徑過大也不好，其抗暴性能低，而且混凝土在管道內停留的時間長會影響混凝土的和易性。綜合考慮以上這些因素，本工程選用直徑為125mm的輸送管。

3.2混凝土輸送管布置。

（1）管道的布置既要考慮混凝土施工的便利，又要盡量減少對其他施工造成的不利影響。在總平面布置中，本工程將混凝土輸送泵布置在核心筒西側，泵車與鋼構件貨車進入場地后即分流，避免了澆筑混凝土期間泵車與鋼構件運輸貨車進出現場相互影響，保障了場地內各項作業的通暢。

（2）在布置泵管時，應盡量少用彎管和軟管，彎管應使用最大彎管，以最大限度地降低泵送管道阻力。為了抵消垂直管道內混凝土自重產生的反壓，應在泵出口位置布置一定長度的水平管，且地面水平管長度不宜小于垂直管長度的四分之一。長沙希爾頓酒店工程工程混凝土的最大泵送高度為241米，即按泵管垂直管長度241米計算，地面水平輸送管長度不應小于241m÷4=60.25m，本工程地面水平輸送管70m，大于垂直管長度的1/4，滿足布管要求。輸送管地面水平布置如圖3。

（3）垂直管的布置既要泵送高度超過200m時，被輸送的混凝土產生的回流趨勢會越來越大，應考慮在高空布置一定長度的水平管，以保證有足夠的阻力減小這種混凝土回流趨勢，減弱首層垂直泵管底部彎管的壓力，本工程在高200m的48～49層設置30m水平管緩沖段，然后一直往上到屋面，取得了較好的混凝土輸送效果，垂直管的布置如圖4所示。

4. 總結

（1）合理的混凝土配合比和坍落度對超高層建筑施工混凝土泵送起著至關重要的作用；

（2）在砼泵送設備選型時，需要綜合考慮管道架設、泵送施工、混凝土的配置等，成套解決這一系列問題，才能找出最佳選擇。

參考文獻

[1] JGJ/T10-95混凝土泵送施工技術規程 [S]. 中國建筑科學研究院.

[2]趙志縉， 趙帆. 混凝土泵送施工技術 [M]. 北京：中國建筑工業出版 ， 2000.

[作者簡介] 楊毅（1989.8-），男，籍貫：湖北武漢，工作單位：中建三局第三建設工程有限責任公司，職稱：工程師，學歷：碩士研究生，研究方向：施工技術。

曾昭華（1983.5-），男，籍貫：湖南長沙，工作單位：中建三局第三建設工程有限責任公司，職稱：工程師，學歷：本科，研究方向：施工技術。