超高层建筑多筒结构混凝土泵送施工技术.pdf

超高层建筑多筒结构混凝土泵送施工技术 胡占东 徐惠如 姚庆雨 王鹏 厉建华 中建八局第三建设有限公司上海公司 上海 2 0 0 1 3 5 摘要 超高层建筑因其所用混凝土强度高、黏度大，给泵送施工带来了一定难度。结合工程实例，介绍了施工过程中 泵管的选择 与布置及混凝土 的配合 比选择。在背景工程施工中达 到了预期效果 ，可供类似工程借鉴。 关键词 超高层建筑 框架一 核心筒结构 高强混凝土 泵送技术 中图分类号T U 7 5 5 ．5 文献标识码B 文章编号1 0 0 4 1 0 0 1 2 0 1 4 1 0 ． 1 1 2 9 一 o 4 Co n s t r u c t ion T e c h n olo g y o f Co n c r e t e Pu mp i n g f or Mu l t i p l e T u b e St r u c t u res i n Su p e r T a ll Bu i l d i n g Hu Zh a n d o n g Xu Hu i r u Y a o Qi n g y u W a n g P e n g L i J i a n h u a Th e Th i r d Co n s t r u c t i o n Co． ， L t d ． o f Ch i n a Co n s t r u c t i o n Ei g h t h E n g i n e e r i n g Div i s i o n Sh a n g h a i B r a n c h Sh a n g h a i 2 0 01 3 5 1 工程概 况 1 ． 1 建筑概 况 背景工程位于上海市浦东新区陆家嘴环路 ，银城中路 以西花园石桥路以南的位置 ，毗邻金茂大厦和上海环球金 融 中心 ，地处陆家嘴金融贸易区的核心地段 ，与新建的上 海 中心隔街相望。项 目总建筑面积约1 1 3 3 8 2 m ，其中地 上建筑面积为8 7 4 0 7 m ，地下建筑面积为2 5 9 7 5 m ；建筑 总高度为2 0 0 m，地上3 1层 ，地下4层 。建成后为一栋5 A 级写字楼 ，地下2 ～ 4 层为停车库 ，地下1 层为商业区。 1 ． 2 结构概 况 本工程 结构形 式为型钢 混凝土框架一 核 心筒结 构 ，竖 向结构由4个核 心筒和 1 2根劲性柱组成 ，水平结构 由连接 4个核 心筒间的劲性混凝土梁 、斜向钢支撑、钢梁和压型 钢板混凝土组合楼板组成。单个核心筒截面尺寸为8 ． 2 m x 8 ． 2 m，4 个核心筒之间采用4根9 0 0 mm X 2 5 0 0 mm劲性 混凝土梁和钢结构斜支撑连接 ，单层混凝土浇筑面积约为 3 2 5 0 m 。首层及2 层高度分别为8 ． 6 m和 1 3 ． 6 5 m，标准层 高为5 ． 2 m和5 ． 5 m。核心筒 内为混凝土楼板 ，核心筒以外楼 层板采用厚1 5 0 mm压型钢组合楼板 ，见图1 。 塔楼部分梁板混凝土强度 等级 为C 4 0 ，柱 、剪力墙标 高 一1 9 ． 7 0～6 3 ． 6 5 m 即1 ～1 1 层 混凝土强度等级为C 6 0 ， 标高6 3 ． 9 0 ～1 1 5 ． 0 5 m 即1 2 2 0 层 混凝 土强度 等级 为 C 5 0 ，标高 1 1 5 ． 3 O m以上 I P 2 1 ～ 3 2 层 混凝土强度等级为 C 4 0。 a 一 作者简介 胡占东 1 9 8 5 一，男，本科，助理工程师。 通讯地址上海市浦东大道1 1 3 9 弄惠扬大厦4 号楼 2 0 0 1 3 5 。 收稿日期2 01 4 - 0 4 2 8 2 施工部署 a本工程 由于建筑高度在2 0 0 m左右 ，混凝土最大 浇筑高度为1 7 6 ．4 5 m，工期紧 ，场地狭小 ，施工作业面积 有限。采用高压泵管一次泵送施工技术 ，以满足混凝土浇 筑要求。 J C p t l I l I ．J i i l l l ＼ K L I 一 外 钢 l ’ 上 上、 i 匡 l 一 盘 ⋯] [ 与 、 l j ； ； ； { ] ‘ I l l l 岛 l I i i ’ i 1 I l 。 标商 钮 高 1 0 0 图1 楼层平面布置 b在施工现场南、北场地拟各布置1台高压泵车 ， 且配备1台备用高压泵车 ，以便发生故障时及时更换 ，避 免因机械设备发生故障而影响连续浇筑混凝土。同时 ，配 置4台布料机作 为每个核 心筒混凝土浇筑的辅助设备。泵 车及泵管的布置情况 ，见图2 。 C 混凝土浇筑总体 划分为核 心筒和核心筒外2部 分。根据施工组织设计 ，先施q - 4个核 心筒竖向结构 ，再 施工核心筒 内水平结构和外框架结构 ，4个核 心筒竖向结 构比核 心筒外框架施工快4 ～6 层。因此混凝土施工先行浇 筑4个核心筒及4 根9 0 0 mm2 5 0 0 mm劲性梁，再浇筑核 心筒内水平结构和外框架结构。 2 01 4 ．1 o Bui l d i ng c c n。 n l l 1 2 9 图2 现场 平面及泵管布置 d 首 层 高8 ． 6 m混凝 土一 次性 浇筑 ；2 层 高 为 1 3 ．6 5 m分2次浇筑 ，第一次浇筑至1 6 ． 1 m，第二次浇筑至 2 2 ． 0 5m 。 e 核 心筒 内设置4根箱型柱 ，柱 分节情况如下 首层为一个柱节 ，2 层为一个柱节 ，3 层以上每2层 为一柱 节。因钢结构较土建施工快2 4层，故箱型柱内腔和箱型 柱以外混凝土分开浇筑 ，首层先浇筑 箱型柱 内D [ ／ Lt 凝土 ， 箱型钢柱外侧混凝土与核心筒剪力墙混凝土同时浇筑。2 层 以上根据现场实际情况决定箱型柱内外混凝土浇筑顺序。 3 泵送施工 ，剐 3 ． 1泵管选择及布置情况 本工程总体泵送管道布置原则为尽量缩短管线长度 ， 少用弯管和软管。布置水平管或向下的垂直管时 ，宜使混 凝土浇筑 方向与泵送方向相反。布置向上垂直管时宜使混 凝土浇筑方向与泵送方向相同。 由于输送管径越小则阻力越大 ，而管径越大则抗爆能 力越差，因此管径选择1 5 0 mm。在进行高压泵送时，选用 耐超高压管道系统，采用壁厚5 mm以上的耐高压泵管，保 证泵管抗爆能力 ；配置超高压密封圈，防止混凝土在高压 输送时从管夹隙间挤出。 在泵车 出料 口处布置长约1 2 0 m和9 0 r n 的水平管各 1 根 ，根据混凝土浇筑需要 ，每个核心筒大概共需9 0 。 弯管 4 个 ，4 5 。 弯管2 个 ，随着施工进度沿着4 个核心筒内垂直 向 上布置到浇筑层 ，总布置高度在2 0 0 r n 左右。同时在每层核 心筒楼面处，预留高3 0 c m左右泵管接头，方便在浇筑核心 筒外框架结构时 ，拆除部分垂直管节 ，接 出足够长水平泵 管浇筑核心筒外框架结构混凝土。 3 ． 2 泵送能力验算 本工程建筑高度在2 0 0 m，由于场地狭小，工期紧， 任务重，故考虑采用一次泵送施工技术。因此 ，泵送能力 选择尤为关键。现拟选择混凝土泵液压在2 4～ 2 5 MP a ，混 凝土出口压力在1 6 MP a 左右的高压输送 泵。同时 ，为保证 1 1 3 0 I 建 筑 旋 工第 3 6 卷第 1 0 期 设备配制的安全可靠性 ，防止 中途 泵送停止 ，特增加1台 备用高压输送泵。 根据泵管的布置情况，现对拟选择的高压输送泵的泵 送能力进行验算复核 选择最长情况进行验算 a配管的水平换算长度为2 0 0 m b P 3 2 2 60 0 0P a 。 C 换算总压力损失 P 8 ． 9 MP a 。 综上所述 ，高压泵出口泵压选择在8 ． 9 MP a 以上的高压 泵均可满足施工需要。混凝土泵管和泵送设备均 为预拌混 凝土厂家供应，项 目部 已经跟预拌混凝土厂家沟通 ，混凝 土泵机和泵管满足现场施工要求。 3 - 3混凝土配合比选择 配合比的设计原则是既满足强度、耐久性要求 ，又要 具有良好 的可泵性 ，因此须考虑如下几个方面 a水泥用量 超高层 泵送混凝土的水泥用量必须 同时考虑强度与可泵性 ，水泥用量少强度达不到要求 ；过 大则混凝土的黏性大、泵送阻力增大 ，因而则增加泵送难 度 ，且降低吸入效率 ，可泵性不好。根据以往工程类似经 验 ，本工程水泥用量拟选择为3 7 5 k g ／ m 。 b 粗 骨料 常规 的泵送作业要求最 大骨料粒径与 管径之比不大于1 3 在超高层泵送中因管道 内压 力大易 出现离析 ，此比例宜小于1 5 ，尖锐扁平的石子要少，以 免增加水泥用量。本工程粗骨料粒径范围为5 ～2 5 mm。 c坍落度 普通混凝土的泵送作业中混凝土的坍落 度在1 6 0 mm左右 ，坍落度偏高易离析、偏低则流动性差。 高强混凝土及超高层混凝土泵送 为减 小泵送阻力 ，坍落度 宜控制在1 6 0 2 4 0 mm，同时为防止混凝土离析可掺入沸 石粉以减 少泌水。普通混凝土根据 天气温度情 况 ，2 O ～ 3 0 ℃坍落度为1 4 O ～1 8 O mm，3 0 C以上气温坍落度控制在 1 6 0～2 4 0 mm。高强混凝土坍落度为1 6 0～2 4 0 mm。 d粉煤灰及外加剂 粉煤灰和外加剂复合使用可 显著减少用水量 ，改善混凝土拌和物的和易性。但由于外 加剂 品种较多 ，对粉煤灰的适应性也各不相同，其最佳用 量应通过试验来确定。 e 混凝土连续供给 针对混凝土性能好 、凝结快 的特性 ，为保证混凝土 的均质性 ，搅拌车在向泵机喂料前 反向高速转动2 O～3 O s ，泵送过程应迅速连续进行并不停 地搅拌 ，避免因混凝土在泵送过程 中滞 留过长而造成凝结 堵管现象。 3 ． 4 泵管固定要求 混凝土输送管的固定 ，不得直接支撑在钢筋、模板及 预埋件上。水平管宜每隔一定距离用支架、台垫等固定 ， 以便于排除堵管、装拆和清洗管道 ，并起到防止泵管破坏 模板和钢筋。垂直管用预埋件卡箍固定在核心筒剪力墙或 楼板顶留孔处。在核 心筒剪力墙上每节管不得少于 1 个 固 定点 ，在每层楼板 预 留孔处均应 固定。垂直管下 端的弯 管，不应作 为上部管道的支撑点。宜设钢支撑承受垂直管 质量。 当垂直管固定在脚手架时 ，根据需要可对脚手架进 行加固。管道接头卡箍不得漏浆。 4 重点部位混凝土浇筑方法 4 ． 1 首2 层剪力墙混凝土浇筑 4 ． 1 ． 1 浇筑流程 模板及钢筋验收一剪力墙模板及钢筋充分浇水湿润一 浇筑5 0 8 0 mm同标号砂浆打底一浇筑3 ． 5 m以下剪力墙混 凝土一封堵浇筑 口一浇筑 3 ．5 m以上混凝土 4 ． 1 ． 2 浇筑方法 首层高为8 ． 6 m，剪力墙厚度为1 3 5 0 mm、6 5 0 mm， 模板 一次性支设到顶 ，对拉螺杆 1 6 mm，纵横向间距均 为4 5 0 mm，模板厚1 8 mm，次楞采用1 O 0 mm x 1 0 O mm木 方 ，主楞为4 8 mm钢管。因首层高度较大 ，混凝土从顶部 浇筑 ，落差超过规范要求。浇筑混凝土时需增设窜筒 ，窜 筒长3 m，为中 1 2 0 mm薄壁钢管。因剪力墙角部约束边缘 角柱 钢筋较密，且设置有钢板 ，钢板 内侧窜筒无法插入 ， 在核 心筒部角柱部位开设浇筑孔 ，浇筑孔高度距地3 ． 5 m， 浇筑孔长和高分别为5 0 0 mm和3 0 0 mm。混凝 土浇筑至浇 筑 口高度时用模板及时封堵 浇筑孔。浇筑孔位置及标高 ， 见 图3 和 图4 。 核心筒 二 、核心 回 图3 窜筒和浇筑 口位置平面示意 图4 角柱部位浇筑 口立面示意 板剪力墙 内侧无法设窜筒位置即约束边缘角部钢筋较密处 开设浇筑 口，浇筑 口截面为5 0 0 mm3 0 0 mm，浇筑 口高 度为3m。 4 ． 2 核心简间大梁混凝土浇筑方法 因现 场场地 限制和 施工工艺 要求 ，1 核心筒和3 核 心筒作为一个施工段 ，2 核心筒和4 核 心筒作 为一个施工 段。 1 2 ／ B C 和 3 4 ／ B C 轴线间K L 1 、L 7 混 凝土一次性浇筑 ， 2 3 ／【 A B 和 2 3 ／ C D 轴线 间K L 1 、L 6 混凝土在跨 中1 ／ 3 处留设竖向施工缝 ，混凝土分 2次浇筑。1 和3 核心筒混凝土浇筑至梁底后，混凝土继续 向上浇筑 ，大梁混凝土 由梁两端向跨中缓慢推进浇筑。因 K L 1 梁内钢筋较密且设置有型钢，混凝土浇筑前用钢管将梁 上部主筋分开 ，便于混凝土下料和振捣。 4 ． 3 箱型柱混凝土浇筑方法 因钢结构深化设计分节需要 ，首层8 ．6 m为一个柱节 ， 2层1 3 ． 6 5 m为一柱节，标准层1 1 m为一柱节，混凝土均为 一 次性浇筑。箱型柱 内无钢筋 ，混凝土离析较小。为保证 箱型柱 内混凝土浇筑密实 ，在深化设计时 已经考虑将浇筑 孔直径加大至1 5 0 mm，并在4个角部增设4个 2 5 mm透气 孔。浇筑箱型柱混凝土时，在柱头位置安放定型漏斗 ，混 凝土 由漏斗侧壁 向下滑落 ，防止混凝土飞溅造成混凝土离 析及周围钢筋污染。 4 ． 4 十字劲性柱 混凝土浇筑方法 塔楼外围十字劲性柱1 3 层分3次进行浇筑，第1 次浇 筑至为8 ．4 m，第2 次浇筑至1 6 ． 1 m，第3 次与塔楼外围板混 凝土同时浇筑至2 2 ．O 5 m，标准层十字劲性柱混凝土每层浇 筑1 次，与塔楼外围结构板同时浇筑。因柱混凝土与梁板混 凝土标号不同，在柱周围5 0 c m处用钢丝网隔开。12层 层高较高，混凝土浇筑时设混凝土窜筒，窜筒长度 为3 m， 1 2 0 mm。1 2 层局部采用汽车泵进行浇筑 ，汽车泵覆盖 范围以外采用塔吊配合浇筑。 2 N 高为1 3 ． 6 5 m，分2次施工。 因2 夹层K L 1 梁项标 高为1 6 ． 1 m， 故第1 次施工至1 6 ．1 m 处， 模板支设高度为 5 质量保证措施 7 ． 7 m。第2 次施- I - _ 2 2 ．0 5 m，模板支设高度 为5 ． 9 5 m。2 N a 混凝土应分层均匀振捣密实，至排出气泡 ，防止 混凝 土浇筑B ,- J N首层在核心筒剪力墙钢板外侧设窜筒 ，钢 漏振。浇筑中，应随时检查模板支撑情况 ，防止漏浆。 2 01 4．1 0 Bl l i l d i ng c。 n s t nl c 廿。n l l l 3 1 b 泵送过程中严禁向罐车中的混凝土加水。 C 混凝土底板在浇筑过程中，如果因特殊原 因形成 冷缝时，参照施工缝的要求 ，接缝采用与混凝土同级配的 水泥砂浆进行接缝部位的处理。 d浇筑混凝 土后 ，应根据 水平控 制线用抹子 找 平、压实，以提高抗拉强度 ，减少收缩量。 e混凝土试件的取样须在浇筑地点随机抽取。试 件拆模后 ，及时放入标养室养护 ，同条件养护混凝土试块 放置在相应结构构件附近 ，并做好相应的防护措施 ，防止 丢失与破坏。 f混凝土 到达现场 ，普 通混凝 土根据 天气 温度 情况 ，2 0～3 0。 C 坍落度为1 4 0～1 8 0 mm，3 0。 c以上气温 坍落度控 制在1 6 0～2 4 0 mm。高强混凝土坍落度为1 6 O一 2 4 0 mm。试验室当班人员按规定批量进行监测 ，如遇到天 气情况变化 ，则应及时调整砂石含水率等。 6 结语 高层 、超高层 建筑 在结构施工阶段需提前部署泵管 位置 ，以避免泵管位置在卫生间或与其他专业冲突。高 层、超高层泵管需选择高压泵管，壁厚结合 泵送高度、泵 送设备与混凝土厂家协商确认 ，防止施工过程中爆裂。泵 管支架需根据层高，在结构剪力墙钢筋绑扎阶段进行预埋 2 0 0 mm2 0 0 mm，厚3 mm， 1 6 mm钢筋 ，日后再 用距埋件表面2 0 0 mm长型钢固定泵管。高空间布置泵管 时，需考虑泵管堵塞拆管检修操作平台。 在高层或超高层建筑施工中，清洗泵管也是难点及重 点 ，故建议在输送泵口设置截止阀 ，控制泵管清洗工作 ， 确保下次正常使用。 9 0 0 0 [ 1 ]周爱军， 景玉春， 谢小松． 超高层混凝土泵送施工技术[ J ] ． 天津建 设科技 。 2 0 0 7 B 0 7 2 7 2 9 ． [ 2 ] 熊启发， 郎占鹏， 李瑞平． 超高层混凝土泵送施工技术 ． 建筑技 术 ．2 0 1 1 2 1 4 1 - 1 4 3 ． 【 3 】 陈林， 张天琦． 超 高层 混凝 土泵送技 术研 究[ J ] ． 建筑机械 化， 2 0 0 3 3 1 8 - 2 0 ． [ 4 ]唐琳恒． 超高层建筑混凝土框架核心筒结构设计几点方案[ J J ． 山 东工业技术， 2 0 1 3 1 5 1 6 0 ． [ 5 ] 曹天 霞． 上 海金茂 大厦混凝 土工程施 工技 术[ J 】 ． 施 工技 术， 1 9 9 9 5 2 8 3 0 ． 【 6 】赵志缙， 赵帆． 混凝土泵送施工技术[ M】 ． 北京 中国建筑工业出版 社 ．2 0 0 0 ． 上接第1 1 2 6 页 图3 钢管应力测点 天不少于1次 ，连续3 d 无明显变化时 ，可逐渐加大观测周 期 ，直至混凝土浇筑后3 d 为止； b与原始观 测数据相 比 ，累计沉 降达 到2 ． 5 mm 时，应当报警 ，沉降达到5 mm时，应当停止施工 ，加固支 撑体 系，并对其他支撑体系进行加固。 4 ． 3 监测结 果 在施工过程 中，由专业人员对测点 的应力和位移进行 监控。根据实测 ，钢支撑最大应力为9 O ． 1 MP a ，实测最大 向上位移2 mm。表明在施工过程中对结构的内力和位移控 制是有效 的，且充分证明在托换施工中，整个结构体系安 全可靠。 1132 I 建 筑 施 工第 3 6 卷第 l 0 期 5 结语 采用加临时支撑钢管的方法对框架柱进行托换施工 ， 在柱混凝土拆除时 ，支撑内力和结构位移均有明显变化。 因此施工过程应加强监测，并采取相应的安全措施，确保 施工安全顺利进行。在进行框架柱施工时，必须经过详细 的有限元计算分析 ，为托换施工提供理论支撑 ，确保托换 施工万无一失。本项 目框架柱托换施工的顺利进行为混凝 土柱强度不足的处理方法提供 了可靠的借鉴经验。 0 0 0 0 叶军献， 祝 昌暾， 黄成． 墙柱混凝土托换补强施工技 术[ J ] ． 工业建 筑． 2 0 0 7 5 1 0 6 1 0 9 ． 宋 中南． 我 国建筑加 固修复业技 术现 状与发展 对 策[ J ] ． 混凝 土， 2 0 0 2 1 0 1 0-1 1 杨国松， 托换技术在加 固中的应用【 J 】 ． 浙江建筑， 2 0 0 8 2 5 2 0 - 2 2 ，2 7 ． 郑文忠， 周威， 王英． 哈 尔滨商业幼儿 园托换改造设计[ J ] ． 低温建 筑技 术， 2 0 0 2 4 ， 1 6 1 7 ． 史铁花， 薛彦涛， 钟聪 明． 托承重砖墙换组合截面梁柱改造法[ J ] _ 工程抗震与加 固改造， 2 0 0 4 5 4 0 4 2 ． 赵晖， 张亚梅， 明静． 海工码头结构混凝土耐久性检测与评估⋯． 水利水运工程学报， 2 0 1 3 1 0 5 4 - 6 0 ． ⋯