超高层混凝土泵送技术研究与应用

施工技术　ＣＯＮＳＴＲＵＣＴ｝０Ｎ　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　超高层混凝土泵送技术研究与应用　易秀明，杨新华，戴献军　（三一重工股份有限公司，湖南长沙４１０１００）　［摘要］超高层混凝土泵送压力高、难度大，给泵送施工带来一系列的技术难题，研究超高层？昆凝土　泵送中的关键技术具有很高的经济效益和社会效益。　［关键词］混凝土；泵送技术；水洗技术；超高层建筑　［中图分类号］ＴＵ６４６　［文献标识码］Ｂ　［文章编号］１００１—５５４Ｘ（２００８）０２—００９４—０５　Ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｐｕｍｐｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｓｔｕｄｙ　ａｎｄ　ｉｔｓ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｓｕｐｅｒｈｉｇｈ　ｂｕｉｌｄｉｎｇ　ＹＩ　Ｘｉｕ－ｍｉｎｇ，ＹＡＮＧ　Ｘｉｎ－ｈｕａ，ＤＡＩ　Ｘｉａｎ－ｊ　ｕｎ　超高层建筑的？昆凝土施工，随着泵送高度的增　加，输送压力不断提高。对于垂直高度大于４００ｍ　的超高层建筑，一般采用高强度混凝土，其黏度　大、输送高度高，混凝土泵的出口压力需要在　２０ＭＰａ以上，泵送非常困难，给泵送施工带来一　系列的技术难题。这种高强度｝昆凝土的超高压泵送　因输送压力过高，容易产生泄漏导致混凝土离析、　土的水洗等方面的技术问题。　１超高层混凝土泵送技术　１．１设备的泵送能力　对于混凝土泵来说，体现其泵送能力的２个关　键参数为出口压力与整机功率，出口压力是泵送高　度的保证，而整机功率是输送量的保证。设备最大　堵管等诸多问题，一直是混凝土施工的一个关键问　题，要解决这个难题，必须大大提高设备的可靠性　和泵送能力，解决超高压混凝土的密封、超高压管　道、超高压混凝土泵送施工工艺及管道内剩余｝昆凝　泵送能力应有一定的储备，以保证输送顺利、避免　堵管。针对４００ｍ以上的超高层建筑，三一重工专　门研制了ＨＢＴ９｛｝ＣＨ２１２２Ｄ及ＨＢＴ９０ＣＨ２１３５Ｄ超　高压泵，具体技术参数如表１所示。　表１　主要技术参数　技术参数　Ｈ　ｒ９ＯＣＨ一２１３５Ｄ　ＨＢＴ９０ＣＨ一２１２２Ｄ　混凝土理论输送排量／（ｍ３／ｈ）　混凝土理论输送压力／ＭＰａ　输送缸直径×行程／ｍｍ　主油泵排量／（ｃｍ３／ｒ）　主动力：柴油机功率／ｋＷ　料斗容积／　低压／高压　低压／高压　１００／７８　１９／３５　１８（）×２１００　２６０×２　２７３×２　０．７　１０５／７５　１４／２２　｝２ｏｏ×２１００　１９０×２　１８１×２　０．７　上料高度／ｍｍ　外形尺寸（长×宽×高）／ｍｍ　整机质量／ｋｇ　１４２０　７９３０×２４８０×２８０｛１　１３０００　１４２｛）　７１２６×２３３０×２７５０　１２０００　ＨＢＴ９０ＣＨ２１３５Ｄ超高压泵出口压力高达　３５ＭＰａ，整机功率为（２７３×２）ｋＷ，理论泵送高　度超过７００ｍ。　［收稿日期］２００７—０７—０５　［通讯地址］戴献军，长沙经济技术开发区三一重工股份有　限公司泵送研究院　筑札艋２００ｇ．ｆ１２　ｆ卜半日千Ｉｎ　维普资讯 http://www.cqvip.com １．２双动力结构　的抗爆能力和耐磨损寿命，管道寿命≥５万　。　在超高压泵送施工中，超高压管道内压力最　大达到３５ＭＰａ，纵向将产生４２０ｋＮ的拉力，常规　ＨＢＴ９０ＣＨ超高压泵采用２台柴油机分别驱动　２套泵组。应用双泵合流技术，平时２套泵组同时　工作，当１组出故障时可予切断，另１组仍维持　５Ｏ　的排量继续工作，避免施工过程中断造成损　的连接与密封方式已不能满足要求，如果管道密　封不好，就会发生漏浆，严重时导致堵管。而且　管道很重，且受施工环境影响，拆装很不方便，　失，既可同时工作以提高工作效率，也可单独作　业，大大提高了施工过程的可靠性。　通过采取专利技术——特制耐磨管道，成功解决　１．３超高压混凝土密封技术　了以上问题。　超高压混凝土密封包括动密封与静密封。动密　不常拆卸管道连接采用螺栓固定连接结构形式　封关键要解决眼镜板与切割环这对偶合件之间的密　（见图２ａ），Ｏ型密封圈密封、锥面定心，确保连　封，静密封主要是输送管道接头处的密封。　接密封可靠，防止泵送时漏浆。　（１）动密封。尽管采取了特殊措施提高眼镜　需常拆卸管道连接采用螺栓活动连接结构形式　板、切割环这对偶合件的耐磨性，但二者之间的磨　（见图２ｂ），拆装方便，（）型密封圈密封、锥面定　损仍不可避免，如何消除磨损之后产生的间隙，是　心，确保连接密封可靠。　超高压混凝土动密封要解决的一个关键问题。为　１．５超高压液压截止阀　此，设计了如图１所示的间隙自动补偿装置，自动　混凝土泵送施工中，有时需要对机械进行保养　补偿结构主要是依靠被压缩的橡胶弹簧２的弹性，　或维修，此时需在混凝土泵出口端附近管路接人液　来推动切割环３与眼镜板４紧密贴合，消除间隙。　压截止阀，如图３所示，用于阻止垂直泵管内混凝　因橡胶弹簧的弹性是线性变化的，故可实现一定范　土回流。　围内间隙的自动补偿。　液压截止阀采用液压油缸驱动，控制阀操作，插　板采用浮动密封环结构，密封性能好，无压力泄漏。　１．６设备配置的可靠性　设备的配置应以可靠性为首要原则，超高层混　凝土输送时，合理的布置管道至关重要，一・旦因设　备故障而中止泵送２ｈ以　时，混凝土在输送管内　会出现泌水、离析，将使整个管道系统内混凝：Ｌ报　废而严重影响施工。ＨＢＴ９０ＣＨ泵采用２台发动机　和２套独立的泵和管道系统，大大提高了施工过程　的可靠性。　１．Ｓ管２．橡胶弹簧３．切割环４．眼镜板　２超高层混凝土泵送施工工艺　除了在设备方面满足超高层建筑工程混凝土的　图１间隙自动补偿装置　泵送要求外，还对混凝土施工工艺和混凝土配合比　（２）静密封。当输送管道内的压力较高时。普通　进行了研究，研究表明在超高层泵送过程中应注意　密封圈很容易从管夹的间隙中挤出来，导致密封圈损　以下一些问题。　坏而出现压力泄漏。一旦漏浆．混凝土就无法流动，　２．１合理布管　易发生堵管。经过研究，把管道密封改为锥面定心、　（１）超高压管道布管时，应合理使用弯管，　Ｏ型密封圈密封结构，成功地解决了该难题。　在底部应设有垂直高度１／４左右的水平管道，当　１．４耐超高压的管道系统　泵送高度超过２０（）ｍ时，应考虑在高空布置一定　采用合金钢特制耐磨超高压管道，经特殊淬火处　长度的水平管道，以抵消垂直管道内混凝土自重　理，寿命比普通Ｑ３４５钢管提高３～５倍，保障了管道　产生的反压。　建氮礼械２０（）８．０２（上半月刊）　维普资讯 http://www.cqvip.com 施工技术　ＣＯＮＳ丁ＲＵＣ丁ｌＯＮ　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　（２）输送管直径越小，输送阻力越大，但过大　的输送管抗爆能力差，而且混凝土在管道内停留的　时间长，影响混凝土的性能，宜选用直径为　１２５ｍｍ的输送管。　、、、、、、ｙ　；　）／　）　｛　＼５　ｊ　ｖ……　ａ螺栓固定连接　ｂ螺栓活动连接　图２管道连接结构　大于１：３，在超高层泵送中，因管道内压力大，易出　现离析，大骨料粒径与管径之比宜小于１：５，而且其　中尖锐、扁平的石子要少，以免增加水泥用量。　图３液压截止阀　（３）超高压管道的固定与安装。　为了解决因泵送振动而引起的管道松动问题，　无论是水平管还是垂直管，均需使用特殊固定装置　“Ｕ码”固定牢固。管道固定装置如图４所示。　２．２合理适用的混凝土配合比　ａ水平安装　配合比设计的原则是既满足强度、耐久性要　求，又要经济合理、具有良好的可泵性，因此除通　常须考虑的因素外必须处理好以下几个方面。　（１）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，增加泵送难度，　ｂ垂直安装　而且降低吸入效率。　（２）粗骨料。　在泵送？昆凝土中，粗骨料粒径越大，越容易堵　图４　管道的固定装置　（３）坍落度。　管，常规的泵送作业要求最大骨料粒径与管径之比不　普通泵送作业中混凝土的坍落度在１６０ｍｍ左　维普资讯 http://www.cqvip.com 右最利于泵送，坍落度偏高易离析，偏低则流动性　（ｉ）香港国际金融中心。　香港国际金融中心主楼９１层、高３９９．５ｍ，采　用Ｃ６０混凝土，实际要求泵送高度为４０６ｍ。　①泵送混凝土至４０６ｍ高度所需压力的理论计算。　混凝土泵送所需压力：Ｐ　Ｐ　＋Ｐ　＋Ｐ　差。在超高层泵送中为减小泵送阻力，坍落度宜控　制在１　８（）～２（）（）ａｍ。ｒ　（４）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　式中　Ｐ　——混凝土在管道内流动的沿程压力损　多，对粉煤灰的适应性也各不相同，其最佳用量应　失；　从活性、颗粒组成、减水效果、水化热、泵送性能　Ｐ　混凝土经过弯管及锥管的局部压力　等多方面加以平衡选择。　损失；　２．３超高压水洗技术　Ｐ，——混凝土在垂直高度方向因重力产生　水洗技术本身是一种施丁方法，关键是需要具　的匪－ｊ　备保障条件，即混凝土泵具有足够的压力，输送管　道不漏水，眼镜板、切割环密封良好。　Ｐ　（　）Ｖ！］　５．８ＭＰａ　传统的水洗方法是在混凝土管道内放置一一海绵　式中△　——单位长度的沿程压力损失；　球，用清水作介质进行泵送，通过海绵球将管道内　ｚ　一管道总长度，垂直高度４（）６ｍ，加上布　的混凝土挤出。由于海绵球不能阻止水的渗透，水　料杆长度及水平管道部分，总长约　压越高，渗透量就越大，大量的水透过海绵球后进　６００ｍ；　入混凝土中，会将混凝土中的砂浆冲走，剩下的粗　是　一黏着系数，取足　＝（３．Ｏ０～０．　Ｓ）×　骨料失去流动性而引起堵管。所以传统的水洗方法　１（）　，Ｓ为塌落度，Ｓ＝１８ｃｍ时，ｋ　＝　使用高度一般不超２００ｍ。　１２０　Ｐａ；　混凝土输送管内径，１２８ｍｍ；　是！——速度系数，取ｋ　＝（４．Ｏ０—０．１ＯＳ）×　１０　＝２２０Ｐａ￣　ｔ　／ｔ　一～混凝土泵分配阀切换时间与活塞推　压混凝时间之比，其值约为０．２—　０．３；　混凝土在管道内的流速，当排量为　４（）ｍ３／ｈ时，流速约０．９ｍ／ｓ；　图５超高压水洗　ａ——径向压力与轴向压力之比，其值约０．９。　在多年的泵送施工实践中。研究出了一套针对　Ｐ２＝１２×０．１＋０．２＝１．４ＭＰａ　２００ｍ以上垂直高度管道的超高压水洗方法（如图　弯管：９０。，Ｒ　７－－１Ｏ００ｍｍ，１个；９（）。，Ｒ＝　５）：管道中不加海绵球，　是加入１～２ｍ　的砂浆　５（）（）ａｒｍ，１　０个；锥管１个，每个弯管、锥管压力　进行泵送清洗，然后再加入水进行泵送清洗。由于　损失０．１Ｍｐａ，分配阀压力损失０．２Ｍｐａ。　在混凝土与水之间有…较长的砂浆过渡段，不会出　Ｐ３＝ｐｇＨ＝９．５ＭＰａ　现混凝土中砂浆与粗，胃　料分离的状况，保证了水洗　式中　混凝土密度，取２４００ｋｇ／ｍ３；　的顺利进行。而且水洗可将残留在输送管内的混凝　ｇ——重力加速度；　土全部输送至浇筑点，儿乎不会浪费混凝土。　Ｈ——泵送高度，按４（）６ｍ计算。　３超高层混凝土泵送技术的应用　泵送４０６ｒｎ高度所需总压力为：　Ｐ＝Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ３＝１６．７ＭＰａ　超高压混凝土泵送技术经过几年的发展，已得　选用三一ＨＢＴ９０ＣＨ一２１２２Ｄ型，出口压力为　到普遍应用，以下是部分超高层泵送施工范例。　２２ＭＰａ超高压拖泵承担泵送施工。　建筑札械２０（）８．０２（上半月刊）　维普资讯 http://www.cqvip.com

…　施工技术　ＣＯＮＳＴＲＵＣＴｌＯＮ　ＥＣＨＮＯＬＯＧ　②管道布置。　次管道内残留的混凝土约３．５ｍ３，施工完成后累计　将有１５９２．５　残留混凝土，在香港折合港币　１１４．６６万元。若不能将管道内混凝土用水洗方法　输送到浇筑点而将之遗弃，既浪费了大量的混凝　如图６所示，为了抵消垂直管道内混凝土自重　产生的反压，在泵出口布置了１００ｍ水平管、９０。弯　管４个、４５。弯管１个、１５。弯管２个；在高１４０ｍ的　３２楼层布置了３０ｍ水平管、９０。弯管３个；在高　２００ｍ的４５层布置９０。弯管２个；在高２４０ｍ的５５层　布置９０。弯管２个；然后一直往上，整套管道包括布　料机塔身外露１０ｍ、臂长３２ｍ、弯管折算４４ｍ，全　长６２２ｍ。直管两端都用刚性支撑固定牢靠。　臂长３２ｍ　土，同时对环境造成很大的污染。因此，超高压水　洗技术具有显着的环保及经济效益。　（２）上海环球金融中心。　上海环球金融中心由２台三一ＨＢＴ９０ＣＨ一　２１３５Ｄ超高压拖泵承担泵送施工，其混凝土总方量　２３４５００ｍ３，最大泵送高度要求达到４９２ｍ。　（３）苏通大桥。　苏通大桥每个主桥墩共需浇注２７３００ｍ　混凝　露　土，泵送高度达到３０８ｍ，且全部采用Ｃ５０高强度　钢纤维混凝土，黏度高、磨琢性强、泵送阻力大。　其混凝土浇注任务由２台三一ＨＢ，Ｉ、９ＯＣＨ一２１２２Ｄ　超高压拖泵承担，顺利完工。　（４）南京紫峰大厦。　南京紫峰大厦共７【）层，建筑高度４５０ｍ，混凝　土泵送高度３８１ｍ，采用Ｃ６０高强度混凝土。由三　一ＨＢＴ９０ＣＨ一２１３５Ｄ超高压拖泵承担泵送施工。　（５）欧洲第一高楼俄罗斯联邦大厦。　俄罗斯联邦大厦Ａ座总建筑面积为２８万　ｍ　，共９３层，地上建筑总高度为３５４．２ｍ，泵送　混凝土总方量为２２万ｍ３。联邦大厦的工程使用　高标号耐火混凝土１３６０、１３８０、Ｂ９０，这３种混凝　混凝土泵　土相当于国内Ｃ７０、Ｃ９０、Ｃ１００。俄罗斯联邦大　厦由三一ＨＢＴ９０ＣＨ一２１２２Ｄ超高压泵承担泵送　施工任务。　［参考文献］　图６管道布置示意图　２００２年９月，三一ＨＢＴ９０ＣＨ一２１２２Ｄ超高压　拖泵将Ｃ６０混凝土泵送至４０６ｍ高度，此时液压系　统的工作压力为２４～２５ＭＰａ，混凝土出口压力　１６ＭＰａ，每分钟换向１０￣１１次，输送量约４０　／ｈ。　③管道内剩余混凝土的处理。　在香港国际金融中心４０６ｍ的混凝土泵送中，　［１３陈林，张天琦．超高层混凝土泵送技术研究［Ｊ］．　建筑机械化，２００３，（３）．　Ｅ２］龙永亮，任惠军，张冲良．南宁地王国际商会中心　高空回形布管法进行超高度高性能泵送混凝土施工　技术［Ｊ］．广西城镇建设，２００６，（１１）．　ＨＢＴ９０ＣＨ混凝土泵仍然沿用泵送多高、水洗多高　这一创造了水洗最高世界纪录的技术。混凝土泵送　总层数为９１层，每层泵送５次，混凝土管道总长　度５６０ｍ，输送管直径１２５ｍｍ。按平均长度计算每　［３］曹天霞．上海金茂大厦混凝土工程施工技术［Ｊ］．　施工技术，１９９９，（５）．　轧站　９ＡＡＲ　Ａ９　ｒ卜坐日　Ｉ、