超高層混凝土泵送技術(shù)研究

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商品砼采用泵送施工已廣泛用于建筑工程中，但對于高度大于300m的超高層泵送，因泵送壓力過高，所用砼強度高、粘度大，泵送尤其困難,給泵送施工帶來一系列有待探討的技術(shù)難題。隨著泵送砼的普及推廣和迅猛發(fā)展，不斷研究高強度砼的超高層泵送技術(shù)，對于提高超高層建筑施工質(zhì)量及施工效率具有相當(dāng)?shù)膶嵱脙r值和經(jīng)濟意義
香港國際金融中心主樓88層、高420m，是世界第五、亞洲第二高樓。其砼泵送最大高度408m，對施工安全、可靠性、環(huán)境保護和自動化程度要求都高，為保證工程質(zhì)量和結(jié)構(gòu)強度主樓全部采用C60砼，這些對砼輸送設(shè)備提出了嚴峻的挑戰(zhàn)。為此在砼配方上也采取了一些有利于泵送的措施，并將攪拌站建在工地內(nèi)、距砼泵約300m，保證砼在20min內(nèi)到達澆筑面，減小坍落度損失。
此工程每層砼用量約240m3，分兩次施工，采用兩臺三一重工的HBT90CH-2122D超高壓砼輸送泵，同時布置了兩套同樣管道，兩臺泵可同時泵送。在400m高度的泵送過程中砼泵液壓系統(tǒng)的工作壓力為24～25MPa，砼出口壓力16MPa，每分鐘換向10～11次，輸送量約40m3/h。
    2設(shè)備狀況
    2.1HBT90CH砼泵
    2.1.1技術(shù)特點
    1)雙動力結(jié)構(gòu)
    為確保施工過程的可靠性，整機動力采用兩臺柴油機分別驅(qū)動兩套泵組。應(yīng)用雙動力功率合流技術(shù)，平時兩套泵組同時工作，當(dāng)一組出故障時可切斷該組，另一組仍維持50%的排量繼續(xù)工作，避免施工過程中斷造成損失。
    2)全自動高低壓切換
    液壓系統(tǒng)高低壓泵送模式切換過程全部由計算機控制，只需按1個按鈕就在瞬間完成切換，不需停機，沒有污染。
    3)高壓砼活塞
    由于泵送最大高度達408m，管道內(nèi)的砼對砼活塞反壓極大，針對這一關(guān)鍵工況特點，采用增強聚氨脂材料開發(fā)了適應(yīng)超高層泵送結(jié)構(gòu)的高壓砼活塞。
    4)眼鏡板、切割環(huán)
    液壓系統(tǒng)高低壓泵眼鏡板的反推力，導(dǎo)致密封失效，而這一對耦合件間的密封性是保證超高層泵送的關(guān)鍵。HBT90CH砼泵通過優(yōu)化S管的流線減小反推力，同時采用高預(yù)緊力技術(shù)使切割環(huán)與眼鏡板緊密貼合，保證可靠密封。
    5)水洗
    在408m超高層泵送中HBT90CH砼泵仍然沿用泵送多高、水洗多高這一具有傳奇色彩且創(chuàng)造了水洗最高世界紀錄的技術(shù)，砼的浪費減至最低程度，整個工程可節(jié)省砼2640m3，折合港幣190萬。此外由于沒有剩余砼，減輕了渣土處理及管理的負擔(dān)，降低了施工過程的工作量和成本。?
    2.2輔助設(shè)備
    配合工程要求配套設(shè)計了布料半徑為32。5m的無尾拖自動爬升布料桿，其主要參數(shù)
    布料半徑(m)32.5
    塔身高度(m)31
    爬升方式自動連續(xù)爬升
    爬升速度(m/s)0.5
    整機功率(kW)30
    整機質(zhì)量(t)24
    布料桿用4個液壓馬達減速機組驅(qū)動，通過齒輪齒條帶動布料桿及支撐框交互上升而實現(xiàn)整機自動連續(xù)爬升，整個爬升過程可由1人操作完成。由于建筑結(jié)構(gòu)的限制，布料桿的支撐跨距最大達10m，最小只有3.5m，三一重工為此專門設(shè)計了大跨度變幅橫梁。
    2.3輸送管
    在泵出口布置了100m水平管、90°彎管4個、45°彎管1個、15°彎管2個；在高140m的32樓層，布置了30m水平管、90°彎管3個；在高200m的45層布置90°彎管2個；在高240m的55層布置90°彎管2個；然后一直往上，整套管道包括布料機塔身外露10m、臂長32m、彎管折算44m，全長622m。直管兩端都用剛性支撐固定牢靠。
    3泵送施工技術(shù)關(guān)鍵
    超高層建筑砼泵送施工存在諸多技術(shù)問題，應(yīng)從以下幾個方面采取措施。
    3.1設(shè)備的泵送能力
    設(shè)備最大泵送能力應(yīng)有一定的儲備，以保證輸送順利、避免堵管。在本次408m高度的泵送過程中，砼泵的液壓系統(tǒng)工作壓力為24～25MPa，砼出口壓力16MPa，而HBT90CH超高壓砼泵的液壓系統(tǒng)工作壓力可達35MPa，砼出口最高壓力可達22MPa，這也是HBT90CH順利完成400m超高層泵送的至關(guān)因素。
    3.2設(shè)備配置的可靠性
    設(shè)備的配置應(yīng)以可靠性為首要原則，超高層砼輸送合理的布置管道至關(guān)重要，一旦因設(shè)備故障而中止泵送2h以上時，砼在輸送管內(nèi)會出現(xiàn)泌水、離析，將使整個管道系統(tǒng)內(nèi)砼報廢而嚴重影響施工質(zhì)量。三一HBT90CH泵采用兩臺發(fā)動機，既可同時工作以提高工作效率，也可單獨作業(yè)，即使1臺發(fā)生故障仍有備用發(fā)動機繼續(xù)工作，大大提高了施工過程的可靠性。此外，兩套獨立的泵和管道系統(tǒng)也是順利施工強有力的保障。
    3.3耐超高壓的管道系統(tǒng)
    在進行超高壓泵送時，管道內(nèi)壓力最大可達到22MPa，縱向?qū)a(chǎn)生27t的拉力，必須采用耐超高壓的管道系統(tǒng)。此外常規(guī)的連接與密封方式也不能滿足要求，需采取下述解決方案。
    1）采用壁厚為9.5mm以上的超高壓管道，保障管道的抗爆能力。
    2）管道間的連接用螺桿強度級別保證，縱向拉力由螺桿承受，使接頭處得到可靠保障。
    3）帶骨架的超高壓砼密封圈能防止砼在22MPa的高壓下從管夾間隙中擠出，確保密封長久可靠。
    4)輸送管管徑越小則輸送阻力越大，但過大的輸送管抗爆能力差，而且砼在管道內(nèi)流速慢、停留時間長，影響砼的性能，最好選用直徑為125mm的輸送管。
    3.4合理布管
    布管應(yīng)根據(jù)砼的澆注方案設(shè)置并少用彎管和軟管，盡可能縮短管線長度。本工程管道沿樓地面或墻面鋪設(shè)，在砼地面或墻面上用膨脹螺栓安裝一系列支座，每根管道均由兩個支座固定。為了減少管道內(nèi)砼反壓力在泵的出口布置了100m的水平管及若干彎管，取得了較好的效果。
    3.5合理適用的砼配合比
    配合比設(shè)計的原則是既滿足強度、耐久性要求，又要經(jīng)濟合理、具有良好的可泵性，因此除通常須考慮的因素外必須處理好如下幾個方面。
    1)水泥用量
    適用于超高層泵送砼的水泥用量必須同時考慮強度與可泵性，水泥用量少強度達不到要求，過大則砼的粘性大、泵送阻力增大則增加泵送難度，而且降低吸入效率。本例中水泥用量為375kg/m+3，在施工中取得了很好的效果。
    2)粗骨料
    常規(guī)的泵送作業(yè)要求最大骨料粒徑與管徑之比不大于1∶3；在超高層泵送中因管道內(nèi)壓力大易出現(xiàn)離析，此比例宜小于1∶5，而其中尖銳扁平的石子要少，以免增加水泥用量。
    3)坍落度
    普通的泵送作業(yè)中砼的坍落度在160mm左右最利于泵送，坍落度偏高易離析、低則流動性差。在超高層泵送中為減小泵送阻力，坍落度宜控制在180～200mm，同時為防止砼離析可摻入沸石粉以減少泌水。
    4)粉煤灰及外加劑
    粉煤灰和外加劑復(fù)合使用可顯著減少用水量，改善砼拌和物的和易性。但由于外加劑品種較多，對粉煤灰的適應(yīng)性也各不相同，其最佳用量應(yīng)通過試驗來確定。
    3.6保證砼的連續(xù)供給
    針對砼粘性好、凝結(jié)快的特性，為保證砼的均質(zhì)性，攪拌車在向泵機喂料前反向高速轉(zhuǎn)動20～30s，泵送過程應(yīng)迅速連續(xù)進行并不停地攪拌，避免因砼在泵送過程中滯留過長而造成凝結(jié)堵管現(xiàn)象。
    3.7保證砼的順利泵送
    壓送前應(yīng)用水濕潤泵的料斗、泵室、輸送管道等與砼接觸的部分，檢查管路無異常后方可采用水泥砂漿潤滑壓送。
    開始泵送時泵機應(yīng)處于低速運轉(zhuǎn)狀態(tài)，注意觀察泵的壓力和各部分工作情況，待順利泵送后方可提高到正常運輸速度。
    當(dāng)砼泵送困難、泵的壓力突然升高時會導(dǎo)致管路產(chǎn)生振動，可用槌敲擊管路、找出堵塞的管段，采用正反泵點動處理或拆卸清理，經(jīng)檢查確認無堵塞后繼續(xù)泵送，以免損壞泵機。
    施工時采用由遠至近的退管法與二次布管法，本工程砼澆注方向與泵送方向相同。
    3.8其它注意事項
    1)不得使用產(chǎn)生裂縫和表面凹陷的管道，管箍必須緊牢，防止爆管傷人；
    2)及時進行故障處理和更換必要的易損件；
    3)停機后應(yīng)及時清洗并注意泵機的保養(yǎng)。
    ［參考文獻］
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