超高層建筑中頂升自密實鋼管混凝土配制與應用

臧金源　劉桂賓　尹國利

(青島青建新型材料集團有限公司，山東青島　266000)

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超高層建筑中頂升自密實鋼管混凝土配制與應用

臧金源劉桂賓尹國利

(青島青建新型材料集團有限公司，山東青島266000)

摘要:結合青島市國際航運中心項目的施工難點，介紹了頂升自密實鋼管混凝土配合比的設計方法，從泵送設備的選擇、混凝土澆筑、泵管清洗等方面，闡述了混凝土的質量控制及現場施工要點，達到了良好的施工效果。

關鍵詞:鋼管混凝土，泵送頂升法，自密實混凝土，配合比

0　引言

隨著建筑理論的深入研究和高性能自密實混凝土施工工藝的不斷發展，鋼管混凝土在超高層建筑中得到廣泛應用。鋼管混凝土是在鋼管內填充混凝土，使鋼管內的混凝土處于三向受壓狀態，提高混凝土的抗壓強度;同時，鋼管內部的混凝土又可以有效地防止鋼管發生局部屈曲，將兩種不同性能的材料組合在一起，充分發揮了兩者的特點與優勢。

目前，鋼管自密實混凝土的施工方法主要有兩種:1)高位拋落免振搗法，鋼管分成多段，將自密實混凝土從頂部澆筑，該施工方法可能導致管內混凝土不連續、整體性差，且施工時間長，施工質量無法保證，同時存在較大的施工安全隱患。2)泵送頂升澆筑法，該施工方法是在管柱下部開臨時澆筑孔，利用混凝土輸送泵自下向上澆筑混凝土，該施工方法能較好的避免高拋法的各種弊端，是目前澆筑鋼管混凝土最行之有效的方法。本文所述的鋼管自密實混凝土的施工采用泵送頂升法澆筑。

1　工程背景

青島市國際航運中心項目位于市北區連云港路66號，建筑面積160 057．13 m2，主樓塔高為254．4 m，主樓為框架—核心筒結構，框架結構由鋼管混凝土柱和鋼梁組成。平面共布置了15根鋼管混凝土柱，鋼管柱最大直徑為1 400 mm，最小直徑為1 000 mm，鋼柱最大壁厚為35 mm。

本工程主樓豎向鋼管柱采用超高層自密實混凝土頂升法施工，自密實混凝土等級為:C60(頂升高度6層～24層)，C50(頂升高度25層～56層)。

2　施工難點

1)鋼管內加肋。本工程外框架由鋼結構圓管柱和鋼梁組成，鋼管柱內灌注混凝土，為加強鋼管柱的剛度，在鋼管柱內設置橫向加勁肋，因此給混凝土施工帶來極大難度。

2)超高層泵送。本工程最大泵送高度為256 m，泵管總長度大于320 m，因為泵送高度大，泵送距離長，因此該工程對泵送設備的可靠性，泵管的直徑、壁厚以及泵管的設置、固定均有較高的要求。

3)15根柱子連續施工。15根柱子依次澆筑，需要足夠的拆管接管時間，工人操作時間控制在15 min～30 min之間。

綜合考慮，本工程采用泵送頂升法澆筑鋼管混凝土，鋼管混凝土強度等級為C60(頂升高度6層～24層)，C50(頂升高度25層～56層)。要保證鋼管混凝土的順利澆筑和質量，關鍵是要保證混凝土的泵送性和自密實性，因此制備出的混凝土需要具有良好的流動性以及流動保持性，同時還需具有較小的黏度和適當的凝結時間。在澆筑過程中混凝土要經過鋼管中的橫向肋板填充密實，因此混凝土流動性要高。由于樓層高，泵送壓力大，混凝土要有較小的黏度，以降低泵送頂升壓力，且要求混凝土流動性和坍落度的經時損失要小。

3　混凝土配合比設計

3．1原材料選擇

1)水泥:選用煙臺三菱水泥有限公司生產的P．O52．5級水泥。水泥組分及性能對混凝土施工性能影響較大，要根據細度、標準稠度用水量來選取水泥，本文選用三菱P．O52．5水泥，性能指標見表1。

表1　水泥主要性能指標

2)礦物摻合料:選用Ⅰ級粉煤灰，細度為11%，燒失量3．1%，需水量比93%。由于礦粉比表面積大、顆粒形狀不規則，并且會增加混凝土的黏度，因此本文僅選用粉煤灰作為摻合料制備混凝土。

3)骨料:本工程輸送管內徑為125 mm，頂升混凝土的施工工藝，保證混凝土的密實效果，針對目前青島的地材情況，采用5 mm～20 mm連續級配的玄武巖碎石，針片狀含量1．2%，壓碎值指標4．6%，堆積密度1 510 kg/m3，表觀密度為2 760 kg/m3。砂選用水洗兩邊河砂，細度模數2．7，含泥量2．3%，堆積密度1 480 kg/m3，表觀密度為2 660 kg/m3。

4)外加劑:選用山東中巖建材科技有限公司專門配置的NZY-TPC聚羧酸系高性能減水劑，固體含量11．5%，pH值6．5，減水率28%，推薦摻量2．5%。確保了混凝土在高流動性狀態下具有較好的黏聚性。

5)膨脹劑:選用武漢三源特種建材有限責任公司SY-AEA型高效減縮膨脹劑，限制膨脹率水中7 d不小于0．025%。為防止鋼管混凝土在水化過程中的化學收縮和自干燥收縮，在配制混凝土時，采用了一定量的優質膨脹劑。

3．2混凝土性能要求及配合比設計

為了滿足泵送頂升施工工藝的質量，混凝土除了要有較好的自密實性，還要有較低的收縮性能以及較好的流動保持性(3 h無大的坍落度、擴展度損失)，同時具備足夠的混凝土初凝時間(不小于10 h)，以保證混凝土在整個泵送頂升過程中保持良好的流動性。另外，為了滿足15根柱子連續施工，要求混凝土在泵管中靜置30 min無分層抓底現象，保證和易性良好。

通過大量試驗對比和驗證，最終確定滿足工程需要的自密實混凝土配合比見表2，具體性能見表3。

表2　自密實混凝土配合比　kg/m3

表3　自密實混凝土性能

4　混凝土質量控制及現場施工

4．1泵送設備的選擇及管線布置

本工程施工高度為256 m，項目考慮到實際情況，24層(100 m左右)以下頂升施工采用ZLJ5121THB型普通車載泵，24層以上采用三一重工生產的HBT90CH-2128D超高壓混凝土泵。

由于施工工藝的特殊性，對泵管線路設計要求嚴格，經過多方考慮確定了本次混凝土澆筑泵管的布置方案，具體管線設計如下:

1)在高層混凝土泵送中要求，水平管與豎直管道長度之比應不小于1/4左右，用來平衡垂直管道混凝土產生的反壓。泵送高度256 m，地面水平管設置長度為65 m，水平管節點處采取泵管固定措施，見圖1。

圖1　水平管節點構造措施及液壓截止閥示意圖

2)在28層設置轉換層，轉換層樓面設置30 m的水平管，來平衡垂直管道混凝土產生的反壓。在距離車載泵5處，設置1個液壓截止閥，防止泵管內的混凝土回灌入泵車內。

3)由于下部泵管內壓力較高，所以在30層以下采用了φ125×8高頻淬火鋼管，壁厚為8 mm，彎管采用耐磨鑄鋼，有30°，60°和90°，管道使用平口法蘭螺栓連接，采用O形圈端面密封方式密封。

4．2混凝土的澆筑

1)合理的泵送工藝:混凝土泵送前，先用清水潤濕泵管;接著泵送0．5 m3水泥漿，避免泵管中潤泵砂漿和水直接接觸，防止水沖刷砂漿堵管;接著泵送同混凝土配合比的砂漿用以潤滑泵管，潤泵完成后水和水泥漿統一收集接出，砂漿泵入柱子內，每根鋼管柱混凝土連續澆筑完成(見圖2)。

2)混凝土頂升至柱頂后，輸送泵停止工作，穩壓5 min～6 min，若柱頂混凝土面無明顯回落，關閉止回閥，拆除混凝土輸送管，安裝封頭，混凝土輸送泵管移至下一鋼管前就位。單根鋼管混凝土澆筑完后，應及時清理從排氣孔流出的水泥漿污染的鋼結構。

圖2　混凝土輸送圖

4．3混凝土泵管清洗

由于自密實混凝土自身黏度較大，輸送管道的清洗是一個非常重要的環節。泵送管道清洗不到位會直接影響下次施工的順利進行。

本工程采用超高壓清洗的方法，混凝土泵送完成后，澆筑2料斗～3料斗同混凝土配合比的砂漿作為過渡層，再用清水進行清洗，砂漿和清水之間加一海綿球進行間隔。這樣清水到達的高度和泵送高度相同，這樣既清洗了泵管又避免了泵管內混凝土的浪費。

5　結語

青島國際航運中心項目成功應用頂升混凝土施工工藝，C60自密實混凝土最大澆筑高度104 m，C50自密實混凝土最大澆筑高度256 m。順利施工的關鍵是混凝土具有較高的流動性、良好的自密實性、較低的黏度和較好的流動性保持性能;同時頂升自密實混凝土施工是一種系統工作，除對混凝土性能嚴格要求外，還要從設備的選用、混凝土泵管布置、施工工藝及泵管清洗等方面綜合考慮，才能保證工程的質量。

同時，頂升法施工與傳統的高拋法相比，在施工進度、質量和安全等方面給工程帶來了較好的收益和效果，具體如下:

1)頂升法施工降低了接管難度，單次混凝土澆筑時間縮短，減少了人工投入;頂升施工不受節點施工的制約，同時也不會影響上部鋼結構的安裝和樓層混凝土的施工。鋼管柱混凝土頂升可以在“業余時間”進行施工，對整體工程而言，大大縮短了施工工期。2)頂升法施工無須搭設專用的澆筑平臺，增加了操作的安全性，降低了大量的安全平臺搭設成本和人工費。3)頂升自密實混凝土施工，更能實現鋼管混凝土的密實性，保證混凝土質量。

參考文獻:

［1］余成行．C60泵送頂升自密實鋼管混凝土的配制與施工［J］．混凝土，2010(10):102-106．

［2］蔣正武，潘微旺，李享濤，等．泵送頂升鋼管拱自密實混凝土施工技術［J］．建筑技術，2011，42(2):134-137．

［3］王明月，李科研，王晶晶，等．C50頂升自密實鋼管混凝土在高層建筑中的應用［J］．商品混凝土，2014(2):57-69．

［4］牛志平，彭世發，朱文生，等．超高層鋼管自密實混凝土頂升法施工技術［J］．建筑技術，2013，44(1):37-40．

Preparation and application of the lifting-up pumping self-compacting concrete-filled steel tubes in high building

Zang JinyuanLiu GuibinYin Guoli
(Qingdao Qingjian New Materials Co．，Ltd，Qingdao 266000，China)

Abstract:Combining with construction difficulties of international shipping center in Qingdao city，the paper introduces the mixing proportion design methods of the lifting-up pumping self-compacting concrete-filled steel tubular，and describes concrete quality control and in-situ construction points from aspects of pumping facility selection，concrete casting and pumping-pipe cleaning，so as to achieve great construction effect．

Key words:concrete filled steel tubular，lifting-up pumping method，self-compacting concrete，mixing proportion

作者簡介:臧金源(1986-)，男，助理工程師;劉桂賓(1982-)，男，工程師;尹國利(1976-)，男，工程師

收稿日期:2015-10-26

文章編號:1009-6825(2016)01-0128-02

中圖分類號:TU528．59

文獻標識碼:A