超高層建筑多筒結(jié)構(gòu)混凝土泵送施工技術(shù)

中建八局第三建設(shè)有限公司上海公司 上海 200135

1 工程概況

1.1 建筑概況

背景工程位于上海市浦東新區(qū)陸家嘴環(huán)路，銀城中路以西花園石橋路以南的位置，毗鄰金茂大廈和上海環(huán)球金融中心，地處陸家嘴金融貿(mào)易區(qū)的核心地段，與新建的上海中心隔街相望。項目總建筑面積約113 382 m2，其中地上建筑面積為87 407 m2，地下建筑面積為25 975 m2；建筑總高度為200 m，地上31 層，地下4 層。建成后為一棟5A級寫字樓，地下2～4層為停車庫，地下1層為商業(yè)區(qū)。

1.2 結(jié)構(gòu)概況

本工程結(jié)構(gòu)形式為型鋼混凝土框架-核心筒結(jié)構(gòu)，豎向結(jié)構(gòu)由4 個核心筒和12 根勁性柱組成，水平結(jié)構(gòu)由連接4 個核心筒間的勁性混凝土梁、斜向鋼支撐、鋼梁和壓型鋼板混凝土組合樓板組成。單個核心筒截面尺寸為8.2 m×8.2 m，4個核心筒之間采用4 根900 mm×2 500 mm勁性混凝土梁和鋼結(jié)構(gòu)斜支撐連接，單層混凝土澆筑面積約為3 250 m2。首層及2層高度分別為8.6 m和13.65 m，標(biāo)準(zhǔn)層高為5.2 m和5.5 m。核心筒內(nèi)為混凝土樓板，核心筒以外樓層板采用厚150 mm壓型鋼組合樓板，見圖1。

塔樓部分梁板混凝土強度等級為C40，柱、剪力墻標(biāo)高－19.70～63.65 m（即1～11層）混凝土強度等級為C60，標(biāo)高63.90～115.05 m（即12～20層）混凝土強度等級為C50，標(biāo)高115.30 m以上（即21～32層）混凝土強度等級為C40。

2 施工部署[1-4]

（a）本工程由于建筑高度在200 m左右，混凝土最大澆筑高度為176.45 m，工期緊，場地狹小，施工作業(yè)面積有限。采用高壓泵管一次泵送施工技術(shù)，以滿足混凝土澆筑要求。

圖1 樓層平面布置

（b）在施工現(xiàn)場南、北場地擬各布置1 臺高壓泵車，且配備1 臺備用高壓泵車，以便發(fā)生故障時及時更換，避免因機械設(shè)備發(fā)生故障而影響連續(xù)澆筑混凝土。同時，配置4 臺布料機作為每個核心筒混凝土澆筑的輔助設(shè)備。泵車及泵管的布置情況，見圖2。

（c）混凝土澆筑總體劃分為核心筒和核心筒外2 部分。根據(jù)施工組織設(shè)計，先施工4 個核心筒豎向結(jié)構(gòu)，再施工核心筒內(nèi)水平結(jié)構(gòu)和外框架結(jié)構(gòu)，4 個核心筒豎向結(jié)構(gòu)比核心筒外框架施工快4～6 層。因此混凝土施工先行澆筑4 個核心筒及4 根900 mm×2 500 mm勁性梁，再澆筑核心筒內(nèi)水平結(jié)構(gòu)和外框架結(jié)構(gòu)。

圖2 現(xiàn)場平面及泵管布置

（d）首層高8.6 m混凝土一次性澆筑；2層高為13.65 m分2 次澆筑，第一次澆筑至16.1 m，第二次澆筑至22.05 m。

（e）核心筒內(nèi)設(shè)置4 根箱型柱，柱分節(jié)情況如下：首層為一個柱節(jié)，2層為一個柱節(jié)，3層以上每2 層為一柱節(jié)。因鋼結(jié)構(gòu)較土建施工快2～4 層，故箱型柱內(nèi)腔和箱型柱以外混凝土分開澆筑，首層先澆筑箱型柱內(nèi)部混凝土，箱型鋼柱外側(cè)混凝土與核心筒剪力墻混凝土同時澆筑。2層以上根據(jù)現(xiàn)場實際情況決定箱型柱內(nèi)外混凝土澆筑順序。

3 泵送施工[5,6]

3.1 泵管選擇及布置情況

本工程總體泵送管道布置原則為盡量縮短管線長度，少用彎管和軟管。布置水平管或向下的垂直管時，宜使混凝土澆筑方向與泵送方向相反。布置向上垂直管時宜使混凝土澆筑方向與泵送方向相同。

由于輸送管徑越小則阻力越大，而管徑越大則抗爆能力越差，因此管徑選擇150 mm。在進行高壓泵送時，選用耐超高壓管道系統(tǒng)，采用壁厚5 mm以上的耐高壓泵管，保證泵管抗爆能力；配置超高壓密封圈，防止混凝土在高壓輸送時從管夾隙間擠出。

在泵車出料口處布置長約120 m和90 m的水平管各1 根，根據(jù)混凝土澆筑需要，每個核心筒大概共需90°彎管4 個，45°彎管2 個，隨著施工進度沿著4 個核心筒內(nèi)垂直向上布置到澆筑層，總布置高度在200 m左右。同時在每層核心筒樓面處，預(yù)留高30 cm左右泵管接頭，方便在澆筑核心筒外框架結(jié)構(gòu)時，拆除部分垂直管節(jié)，接出足夠長水平泵管澆筑核心筒外框架結(jié)構(gòu)混凝土。

3.2 泵送能力驗算

本工程建筑高度在200 m，由于場地狹小，工期緊，任務(wù)重，故考慮采用一次泵送施工技術(shù)。因此，泵送能力選擇尤為關(guān)鍵?，F(xiàn)擬選擇混凝土泵液壓在24～25 MPa，混凝土出口壓力在16 MPa左右的高壓輸送泵。同時，為保證設(shè)備配制的安全可靠性，防止中途泵送停止，特增加1 臺備用高壓輸送泵。

根據(jù)泵管的布置情況，現(xiàn)對擬選擇的高壓輸送泵的泵送能力進行驗算復(fù)核（選擇最長情況進行驗算）：

（a）配管的水平換算長度為200 m

（b）Pmax=3 226 000 Pa。

（c）換算總壓力損失：P=8.9 MPa。

綜上所述，高壓泵出口泵壓選擇在8.9 MPa以上的高壓泵均可滿足施工需要?；炷帘霉芎捅盟驮O(shè)備均為預(yù)拌混凝土廠家供應(yīng)，項目部已經(jīng)跟預(yù)拌混凝土廠家溝通，混凝土泵機和泵管滿足現(xiàn)場施工要求。

3.3 混凝土配合比選擇

配合比的設(shè)計原則是既滿足強度、耐久性要求，又要具有良好的可泵性，因此須考慮如下幾個方面：

（a）水泥用量：超高層泵送混凝土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；過大則混凝土的黏性大、泵送阻力增大，因而則增加泵送難度，且降低吸入效率，可泵性不好。根據(jù)以往工程類似經(jīng)驗，本工程水泥用量擬選擇為375 kg/m3。

（b）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，尖銳扁平的石子要少，以免增加水泥用量。本工程粗骨料粒徑范圍為5～25 mm。

（c）坍落度：普通混凝土的泵送作業(yè)中混凝土的坍落度在160 mm左右，坍落度偏高易離析、偏低則流動性差。高強混凝土及超高層混凝土泵送為減小泵送阻力，坍落度宜控制在160～240 mm，同時為防止混凝土離析可摻入沸石粉以減少泌水。普通混凝土根據(jù)天氣溫度情況，20～30℃坍落度為140～180 mm，30℃以上氣溫坍落度控制在160～240 mm。高強混凝土坍落度為160～240 mm。

（d）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，改善混凝土拌和物的和易性。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。

（e）混凝土連續(xù)供給：針對混凝土性能好、凝結(jié)快的特性，為保證混凝土的均質(zhì)性，攪拌車在向泵機喂料前反向高速轉(zhuǎn)動20～30 s，泵送過程應(yīng)迅速連續(xù)進行并不停地攪拌，避免因混凝土在泵送過程中滯留過長而造成凝結(jié)堵管現(xiàn)象。

3.4 泵管固定要求

混凝土輸送管的固定，不得直接支撐在鋼筋、模板及預(yù)埋件上。水平管宜每隔一定距離用支架、臺墊等固定，以便于排除堵管、裝拆和清洗管道，并起到防止泵管破壞模板和鋼筋。垂直管用預(yù)埋件卡箍固定在核心筒剪力墻或樓板頂留孔處。在核心筒剪力墻上每節(jié)管不得少于1 個固定點，在每層樓板預(yù)留孔處均應(yīng)固定。垂直管下端的彎管，不應(yīng)作為上部管道的支撐點。宜設(shè)鋼支撐承受垂直管質(zhì)量。當(dāng)垂直管固定在腳手架時，根據(jù)需要可對腳手架進行加固。管道接頭卡箍不得漏漿。

4 重點部位混凝土澆筑方法

4.1 首2層剪力墻混凝土澆筑

4.1.1 澆筑流程

模板及鋼筋驗收→剪力墻模板及鋼筋充分澆水濕潤→澆筑50～80 mm同標(biāo)號砂漿打底→澆筑3.5 m以下剪力墻混凝土→封堵澆筑口→澆筑 3.5 m以上混凝土

4.1.2 澆筑方法

首層高為8.6 m，剪力墻厚度為1 350 mm、650 mm，模板一次性支設(shè)到頂，對拉螺桿Φ16 mm，縱橫向間距均為450 mm，模板厚18 mm，次楞采用100 mm×100 mm木方，主楞為48 mm鋼管。因首層高度較大，混凝土從頂部澆筑，落差超過規(guī)范要求。澆筑混凝土?xí)r需增設(shè)竄筒，竄筒長3 m，為Φ120 mm薄壁鋼管。因剪力墻角部約束邊緣角柱鋼筋較密，且設(shè)置有鋼板，鋼板內(nèi)側(cè)竄筒無法插入，在核心筒部角柱部位開設(shè)澆筑孔，澆筑孔高度距地3.5 m，澆筑孔長和高分別為500 mm和300 mm?；炷翝仓翝仓诟叨葧r用模板及時封堵澆筑孔。澆筑孔位置及標(biāo)高，見圖3和圖4。

圖3 竄筒和澆筑口位置平面示意

2層高為13.65 m，分2 次施工。因2夾層KL1梁頂標(biāo)高為16.1 m，故第1次施工至16.1 m處，模板支設(shè)高度為7.7 m。第2次施工至22.05 m，模板支設(shè)高度為5.95 m。2層混凝土澆筑時同首層在核心筒剪力墻鋼板外側(cè)設(shè)竄筒，鋼板剪力墻內(nèi)側(cè)無法設(shè)竄筒位置即約束邊緣角部鋼筋較密處開設(shè)澆筑口，澆筑口截面為500 mm×300 mm，澆筑口高度為3 m。

圖4 角柱部位澆筑口立面示意

4.2 核心筒間大梁混凝土澆筑方法

因現(xiàn)場場地限制和施工工藝要求，1#核心筒和3#核心筒作為一個施工段，2#核心筒和4#核心筒作為一個施工段。（1-2）/（B-C）和（3-4）/（B-C）軸線間KL1、L7混凝土一次性澆筑，（2-3）/（A-B）和（2-3）/（C-D）軸線間KL1、L6混凝土在跨中1/3處留設(shè)豎向施工縫，混凝土分2 次澆筑。1#和3#核心筒混凝土澆筑至梁底后，混凝土繼續(xù)向上澆筑，大梁混凝土由梁兩端向跨中緩慢推進澆筑。因KL1梁內(nèi)鋼筋較密且設(shè)置有型鋼，混凝土澆筑前用鋼管將梁上部主筋分開，便于混凝土下料和振搗。

4.3 箱型柱混凝土澆筑方法

因鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計分節(jié)需要，首層8.6 m為一個柱節(jié)，2 層13.65 m為一柱節(jié)，標(biāo)準(zhǔn)層11 m為一柱節(jié)，混凝土均為一次性澆筑。箱型柱內(nèi)無鋼筋，混凝土離析較小。為保證箱型柱內(nèi)混凝土澆筑密實，在深化設(shè)計時已經(jīng)考慮將澆筑孔直徑加大至150 mm，并在4 個角部增設(shè)4 個Φ25 mm透氣孔。澆筑箱型柱混凝土?xí)r，在柱頭位置安放定型漏斗，混凝土由漏斗側(cè)壁向下滑落，防止混凝土飛濺造成混凝土離析及周圍鋼筋污染。

4.4 十字勁性柱混凝土澆筑方法

塔樓外圍十字勁性柱1～3層分3 次進行澆筑，第1次澆筑至為8.4 m，第2次澆筑至16.1 m，第3次與塔樓外圍板混凝土同時澆筑至22.05 m，標(biāo)準(zhǔn)層十字勁性柱混凝土每層澆筑1次，與塔樓外圍結(jié)構(gòu)板同時澆筑。因柱混凝土與梁板混凝土標(biāo)號不同，在柱周圍50 cm處用鋼絲網(wǎng)隔開。1～2 層層高較高，混凝土澆筑時設(shè)混凝土竄筒，竄筒長度為3 m，Φ120 mm。1～2 層局部采用汽車泵進行澆筑，汽車泵覆蓋范圍以外采用塔吊配合澆筑。

5 質(zhì)量保證措施

（a）混凝土應(yīng)分層均勻振搗密實，至排出氣泡，防止漏振。澆筑中，應(yīng)隨時檢查模板支撐情況，防止漏漿。

（b）泵送過程中嚴(yán)禁向罐車中的混凝土加水。

（c）混凝土底板在澆筑過程中，如果因特殊原因形成冷縫時，參照施工縫的要求，接縫采用與混凝土同級配的水泥砂漿進行接縫部位的處理。

（d）澆筑混凝土后，應(yīng)根據(jù)水平控制線用抹子找平、壓實，以提高抗拉強度，減少收縮量。

（e）混凝土試件的取樣須在澆筑地點隨機抽取。試件拆模后，及時放入標(biāo)養(yǎng)室養(yǎng)護，同條件養(yǎng)護混凝土試塊放置在相應(yīng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件附近，并做好相應(yīng)的防護措施，防止丟失與破壞。

（f）混凝土到達現(xiàn)場，普通混凝土根據(jù)天氣溫度情況，20～30 °C坍落度為140～180 mm，30 °C以上氣溫坍落度控制在160～240 mm。高強混凝土坍落度為160～240 mm。試驗室當(dāng)班人員按規(guī)定批量進行監(jiān)測，如遇到天氣情況變化，則應(yīng)及時調(diào)整砂石含水率等。

6 結(jié)語

高層、超高層建筑在結(jié)構(gòu)施工階段需提前部署泵管位置，以避免泵管位置在衛(wèi)生間或與其他專業(yè)沖突。高層、超高層泵管需選擇高壓泵管，壁厚結(jié)合泵送高度、泵送設(shè)備與混凝土廠家協(xié)商確認(rèn)，防止施工過程中爆裂。泵管支架需根據(jù)層高，在結(jié)構(gòu)剪力墻鋼筋綁扎階段進行預(yù)埋（200 mm×200 mm，厚3 mm，Φ16 mm鋼筋），日后再用距埋件表面200mm長型鋼固定泵管。 高空間布置泵管時，需考慮泵管堵塞拆管檢修操作平臺。

在高層或超高層建筑施工中，清洗泵管也是難點及重點，故建議在輸送泵口設(shè)置截止閥，控制泵管清洗工作，確保下次正常使用。