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【摘要】对于超高层建筑，一般使用高强高性能混凝土，其粘度大，泵送性差。这种高强混凝土需超高压泵输送，由于混凝土泵送压力过高，易发生泄漏，会导致许多混凝土问题，如离析、堵管等，因此超高层混凝土泵送一直是施工的一大难题；要解决此难题，选择合适的混凝土泵送设备显得尤为重要。本文针对长沙希尔顿酒店工程建设，以C60高强混凝土为泵送对象，在分析C60高强混凝土泵送特性的基础上，详细阐述了超高层建筑用混凝土输送泵、混凝土输送管的选择方法。
【关键词】超高层建筑；高强混凝土；砼泵送
The Application of Super High-rise Concrete Pumping Technique in Changsha Hilton Hotel Project
Yang Yi，Zeng Zhao-hua
（The Third Construction CO.，LTD of China Construction Third Engineering BureauWuhanHubei430074）
【Abstract】High-rise buildings commonly use high-strength concrete， which has large viscosity and poor pumpablity.The high concrete pumping pressure may cause concrete segregation and pipe blockage，etc，which has always been a problem of concrete construction. So it is of considerable importance to select appropriate concrete pumping equipment.Aiming at C60 high-strength concrete pumping in the construction of Changsha Hilton Hotel， the article analysizes C60 high-strength concrete pumping characteristics， and elaborates selection of concrete pump， concrete pipe method in high-rise building projects.
【Key words】Super high-rise buildings；High-strength concrete；Concrete pumping
1. 项目概况与特点
1.1工况要求。
（1）对于超高层建筑，一般使用高强高性能混凝土，高强混凝土与普通混凝土相比，水灰比低，粘性特别大，只有当作用外力超过屈服值时才产生流动，超高层建筑混凝土施工需超高压泵输送，但泵送压力过高，混凝土易发生泄漏，还会导致许多混凝土问题，如离析、堵管等，因此超高层混凝土泵送一直是施工的一大难题；要解决此难题，选择合适的混凝土泵送设备显得尤为重要。
（2）长沙希尔顿酒店工程位于长沙市银盆岭大桥西，为长沙市河西第一高楼。该工程建筑高度约241m，为超高层建筑。本工程塔楼主体结构形式为核心筒-钢框架结构体系，为保证塔身具有足够的耐久性，塔楼核心筒所用混凝土为C50～C60高强混凝土。为保证施工质量，在超高层混凝土泵送过程中务必保证砼泵送的顺利施工。在长沙地区，C40混凝土已得到广泛的应用，各商品混凝土搅拌站都能提供，但 C60混凝土的配制要求相对较高，为同时满足强度和施工性能要求，主要应满足超高层混凝土的泵送要求。
1.2高强混凝土泵送特性。
高强混凝土的坍落度对泵送阻力有巨大影响，直接影响着泵送压力的大小，图1是根据长沙希尔顿酒店工程现场泵送试验记录绘制的关于混凝土坍落度、泵送距离、泵送压力的关系示意图。从图中可知：相同方量的混凝土，当输送高度一定时，泵送压力随着混凝土坍落度的增大而减小，尤其是坍落度小于200mm或是泵送高度超过150m时，这种变化趋势越明显。但是，混凝土坍落度也不应过大，因为坍落度太大一方面影响泵送设备的吸收性能，同时，泵车出口截止阀密封不严处容易漏浆，影响混凝土的施工质量；另一方面，在高压泵送作用下，混凝土易发生离析现象，造成堵管，影响混凝土正常泵送作业。因此在超高层混凝土泵送中为减小泵送阻力，并保障施工的质量。根据现场试验结果，C60高性能混凝土泵送时，坍落度最好控制在220mm～240mm之间。考虑各种因素，本工程C60高强混凝土的配合比见表1（混凝土坍落度、泵送距离和泵送压力关系示意图见图1）。
2. 地泵型号选择
混凝土泵送设备的选型应以可靠、经济为首要原则。首先根据工况要求，估算管道的阻力，根据所计算压力值初步筛选混凝土泵型号，然后根据厂家提供的混凝土浇筑方量需求，确认泵送压力（决定混凝土泵送高度）、理论方量（决定作业时间）是否满足施工需求。如果满足需求，型号确定，如果不满足需求则重新选型号，直至选出满足要求的泵机型号为止。
2.1泵送压力估算。
（1）泵机的主要性能指标是泵出口压力和输送方量，其中泵出口压力表示该泵机能够达到的最大的泵送高度，而泵机输送方量象征泵机在某个泵送压力下的工作效率。因此，泵机选型主要考虑工程施工高度、泵送工艺、输送管道布置以及混凝土浇筑方量。
（2）由于C60高强混凝土单方量用水量很低，长沙希尔顿酒店工程C60高强混凝土单方量含水仅为110Kg左右，其流动性的产生主要依靠高效减水剂的强吸附分散作用，使得混凝土拌合物的粘性极大，混凝土泵送的施工阻力大，对泵送压力要求高，要求混凝土泵送设备的出口压力大。 （3）长沙希尔顿酒店工程泵送混凝土最高强度为C60，为高强混凝土。目前尚无针对高强度混凝土泵送压力的计算方法。长沙希尔顿酒店工程根据JGJ/T10-95《混凝土泵送施工技术规程》推荐的计算方法，选择较高压力损失计算的S.Morinaga公式：
ΔPH= 2r[K1+K2（1+t2/t1）V]α
K1=（3.00-0.1S）·102
K2=（4.00-0.1S）·102
式中：ΔPH——单位长度的沿程压力损失；r——输送管半径，r=0.0625m；K1=粘着系数（Pa） ；K2=速度系数（Pa/m/s）；S-砼坍落度，取220mm；t2/t1——分配阀切换时间与活塞推压混凝土时间之比，取0.8；V-混凝土在输送管内平均流速（m/s），取1.13 m/s；α-混凝土径向压力与轴向压力之比，取0.9。
（4）估算得，混凝土在水平输送管内流动每米产生的压力损失ΔPH=0.01MPa/m。
混凝土输送管的水平长度换算：本工程采用直径为125mm的输送管，按垂直输送高度241m、水平输送长度70m计算，根据混凝土输送管水平换算得水平总长度为241m×4+70m=1034m，则：
混凝土在水平输送管内流动产生的压力损失：1034m×0.01MPa/m=10.34MPa
混凝土在垂直方向因自重产生的压力：ρgH=2400×9.8×241=5.67
空气压力：1MPa
因此，初步计算得混凝土泵的出口压力P>10.34+1+5.67=17.01MPa
2.2地泵设备型号初选。
根据上述计算，考虑到垂直运输过程中混凝土坍落度损失、混凝土波动等因素，出口压力至少还需要额外预留5%的系数。泵出口压力至少为18MPa；即要选择18MPa以上的混凝土泵。经众多工程实践验证，理论计算结果要大于工程实测。对于出口压力超过18MPa，查阅国内外混凝土泵型谱可知，中联HBT90.21.220S型车载式混凝土泵，理论输送压力（低压/高压-MPa）为11/21，能够满足要求，同时还有3MPa压力的富余。
图2HBT90.21.220S超高压泵泵送性能曲线
2.3地泵设备型号确定。
对于大多数工程来讲，都有工期进度的要求，因此在选择泵送设备时，要根据实际情况，具体考虑混凝土泵送设备的输出方量能力。按长沙希尔顿酒店项目要求，核心筒混凝土结构每层方量的最低要求为320方，必须15小时内浇注完毕，有效输送时间为8小时。考虑到施工现场设备维护、混凝土不完全连续运输、意外断电等因素，所选择的泵送设备须每小时输送方量至少要保证50方/小时左右。HBT90.21.220S最大理论混凝土输送量（低压/高压-m3/h）为94/52。查看中联HBT90.21.220S超高压泵泵送性能曲线（理论混凝土输送量与理论输送压力的关系）可知，在出口压力18MPa，理论输送方量为55方/小时左右，大于50方/小时，满足要求（HBT90.21.220S超高压泵泵送性能曲线见图2）。
3. 混凝土输送管的选择
由于高强高性能混凝土组成成分多、粘性极大，较普通混凝土更易磨损输送管道。据不完全统计，高强混凝土输送管的使用寿命只有普通混凝土输送管的1/3～1/5。因此，混凝土输送管作为混凝土泵辅助件，其质量优劣对混凝土泵送工作也起决定性作用，影响混凝土施工质量。输送管的规格、连接形式、寿命、可靠性等等都影响着输送设备的使用效果，所以混凝土输送管的选择是超高层混凝土泵送设备选型里又一重要方面。
3.1混凝土输送管选型。
超高层建筑高强度混凝土在泵送过程中，混凝土在管道纵向将产生极大的冲击力，常规的连接与密封方式已不能满足要求。如果管道密封不好，泵送过程中会发生漏浆，严重时甚至会堵管，导致整个输送系统报废；高压下运动的高强度混凝土会对加剧输送管的磨损，大大降低混凝土输送管的使用寿命，增加输送管爆管几率。普通混凝土输送管不能满足要求，需耐高压、耐磨损的输送管才能满足施工要求。输送管直径越小，输送阻力越大，但输送管直径过大也不好，其抗暴性能低，而且混凝土在管道内停留的时间长会影响混凝土的和易性。综合考虑以上这些因素，本工程选用直径为125mm的输送管。
3.2混凝土输送管布置。
（1）管道的布置既要考虑混凝土施工的便利，又要尽量减少对其他施工造成的不利影响。在总平面布置中，本工程将混凝土输送泵布置在核心筒西侧，泵车与钢构件货车进入场地后即分流，避免了浇筑混凝土期间泵车与钢构件运输货车进出现场相互影响，保障了场地内各项作业的通畅。
（2）在布置泵管时，应尽量少用弯管和软管，弯管应使用最大弯管，以最大限度地降低泵送管道阻力。为了抵消垂直管道内混凝土自重产生的反压，应在泵出口位置布置一定长度的水平管，且地面水平管长度不宜小于垂直管长度的四分之一。长沙希尔顿酒店工程工程混凝土的最大泵送高度为241米，即按泵管垂直管长度241米计算，地面水平输送管长度不应小于241m÷4=60.25m，本工程地面水平输送管70m，大于垂直管长度的1/4，满足布管要求。输送管地面水平布置如图3。
（3）垂直管的布置既要泵送高度超过200m时，被输送的混凝土产生的回流趋势会越来越大，应考虑在高空布置一定长度的水平管，以保证有足够的阻力减小这种混凝土回流趋势，减弱首层垂直泵管底部弯管的压力，本工程在高200m的48～49层设置30m水平管缓冲段，然后一直往上到屋面，取得了较好的混凝土输送效果，垂直管的布置如图4所示。
4. 总结
（1）合理的混凝土配合比和坍落度对超高层建筑施工混凝土泵送起着至关重要的作用；
（2）在砼泵送设备选型时，需要综合考虑管道架设、泵送施工、混凝土的配置等，成套解决这一系列问题，才能找出最佳选择。
参考文献
[1] JGJ/T10-95混凝土泵送施工技术规程 [S]. 中国建筑科学研究院.
[2]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 ， 2000.
[作者简介] 杨毅（1989.8-），男，籍贯：湖北武汉，工作单位：中建三局第三建设工程有限责任公司，职称：工程师，学历：硕士研究生，研究方向：施工技术。
曾昭华（1983.5-），男，籍贯：湖南长沙，工作单位：中建三局第三建设工程有限责任公司，职称：工程师，学历：本科，研究方向：施工技术。
【关键词】超高层建筑；高强混凝土；砼泵送
The Application of Super High-rise Concrete Pumping Technique in Changsha Hilton Hotel Project
Yang Yi，Zeng Zhao-hua
（The Third Construction CO.，LTD of China Construction Third Engineering BureauWuhanHubei430074）
【Abstract】High-rise buildings commonly use high-strength concrete， which has large viscosity and poor pumpablity.The high concrete pumping pressure may cause concrete segregation and pipe blockage，etc，which has always been a problem of concrete construction. So it is of considerable importance to select appropriate concrete pumping equipment.Aiming at C60 high-strength concrete pumping in the construction of Changsha Hilton Hotel， the article analysizes C60 high-strength concrete pumping characteristics， and elaborates selection of concrete pump， concrete pipe method in high-rise building projects.
【Key words】Super high-rise buildings；High-strength concrete；Concrete pumping
1. 项目概况与特点
1.1工况要求。
（1）对于超高层建筑，一般使用高强高性能混凝土，高强混凝土与普通混凝土相比，水灰比低，粘性特别大，只有当作用外力超过屈服值时才产生流动，超高层建筑混凝土施工需超高压泵输送，但泵送压力过高，混凝土易发生泄漏，还会导致许多混凝土问题，如离析、堵管等，因此超高层混凝土泵送一直是施工的一大难题；要解决此难题，选择合适的混凝土泵送设备显得尤为重要。
（2）长沙希尔顿酒店工程位于长沙市银盆岭大桥西，为长沙市河西第一高楼。该工程建筑高度约241m，为超高层建筑。本工程塔楼主体结构形式为核心筒-钢框架结构体系，为保证塔身具有足够的耐久性，塔楼核心筒所用混凝土为C50～C60高强混凝土。为保证施工质量，在超高层混凝土泵送过程中务必保证砼泵送的顺利施工。在长沙地区，C40混凝土已得到广泛的应用，各商品混凝土搅拌站都能提供，但 C60混凝土的配制要求相对较高，为同时满足强度和施工性能要求，主要应满足超高层混凝土的泵送要求。
1.2高强混凝土泵送特性。
高强混凝土的坍落度对泵送阻力有巨大影响，直接影响着泵送压力的大小，图1是根据长沙希尔顿酒店工程现场泵送试验记录绘制的关于混凝土坍落度、泵送距离、泵送压力的关系示意图。从图中可知：相同方量的混凝土，当输送高度一定时，泵送压力随着混凝土坍落度的增大而减小，尤其是坍落度小于200mm或是泵送高度超过150m时，这种变化趋势越明显。但是，混凝土坍落度也不应过大，因为坍落度太大一方面影响泵送设备的吸收性能，同时，泵车出口截止阀密封不严处容易漏浆，影响混凝土的施工质量；另一方面，在高压泵送作用下，混凝土易发生离析现象，造成堵管，影响混凝土正常泵送作业。因此在超高层混凝土泵送中为减小泵送阻力，并保障施工的质量。根据现场试验结果，C60高性能混凝土泵送时，坍落度最好控制在220mm～240mm之间。考虑各种因素，本工程C60高强混凝土的配合比见表1（混凝土坍落度、泵送距离和泵送压力关系示意图见图1）。
2. 地泵型号选择
混凝土泵送设备的选型应以可靠、经济为首要原则。首先根据工况要求，估算管道的阻力，根据所计算压力值初步筛选混凝土泵型号，然后根据厂家提供的混凝土浇筑方量需求，确认泵送压力（决定混凝土泵送高度）、理论方量（决定作业时间）是否满足施工需求。如果满足需求，型号确定，如果不满足需求则重新选型号，直至选出满足要求的泵机型号为止。
2.1泵送压力估算。
（1）泵机的主要性能指标是泵出口压力和输送方量，其中泵出口压力表示该泵机能够达到的最大的泵送高度，而泵机输送方量象征泵机在某个泵送压力下的工作效率。因此，泵机选型主要考虑工程施工高度、泵送工艺、输送管道布置以及混凝土浇筑方量。
（2）由于C60高强混凝土单方量用水量很低，长沙希尔顿酒店工程C60高强混凝土单方量含水仅为110Kg左右，其流动性的产生主要依靠高效减水剂的强吸附分散作用，使得混凝土拌合物的粘性极大，混凝土泵送的施工阻力大，对泵送压力要求高，要求混凝土泵送设备的出口压力大。 （3）长沙希尔顿酒店工程泵送混凝土最高强度为C60，为高强混凝土。目前尚无针对高强度混凝土泵送压力的计算方法。长沙希尔顿酒店工程根据JGJ/T10-95《混凝土泵送施工技术规程》推荐的计算方法，选择较高压力损失计算的S.Morinaga公式：
ΔPH= 2r[K1+K2（1+t2/t1）V]α
K1=（3.00-0.1S）·102
K2=（4.00-0.1S）·102
式中：ΔPH——单位长度的沿程压力损失；r——输送管半径，r=0.0625m；K1=粘着系数（Pa） ；K2=速度系数（Pa/m/s）；S-砼坍落度，取220mm；t2/t1——分配阀切换时间与活塞推压混凝土时间之比，取0.8；V-混凝土在输送管内平均流速（m/s），取1.13 m/s；α-混凝土径向压力与轴向压力之比，取0.9。
（4）估算得，混凝土在水平输送管内流动每米产生的压力损失ΔPH=0.01MPa/m。
混凝土输送管的水平长度换算：本工程采用直径为125mm的输送管，按垂直输送高度241m、水平输送长度70m计算，根据混凝土输送管水平换算得水平总长度为241m×4+70m=1034m，则：
混凝土在水平输送管内流动产生的压力损失：1034m×0.01MPa/m=10.34MPa
混凝土在垂直方向因自重产生的压力：ρgH=2400×9.8×241=5.67
空气压力：1MPa
因此，初步计算得混凝土泵的出口压力P>10.34+1+5.67=17.01MPa
2.2地泵设备型号初选。
根据上述计算，考虑到垂直运输过程中混凝土坍落度损失、混凝土波动等因素，出口压力至少还需要额外预留5%的系数。泵出口压力至少为18MPa；即要选择18MPa以上的混凝土泵。经众多工程实践验证，理论计算结果要大于工程实测。对于出口压力超过18MPa，查阅国内外混凝土泵型谱可知，中联HBT90.21.220S型车载式混凝土泵，理论输送压力（低压/高压-MPa）为11/21，能够满足要求，同时还有3MPa压力的富余。
图2HBT90.21.220S超高压泵泵送性能曲线
2.3地泵设备型号确定。
对于大多数工程来讲，都有工期进度的要求，因此在选择泵送设备时，要根据实际情况，具体考虑混凝土泵送设备的输出方量能力。按长沙希尔顿酒店项目要求，核心筒混凝土结构每层方量的最低要求为320方，必须15小时内浇注完毕，有效输送时间为8小时。考虑到施工现场设备维护、混凝土不完全连续运输、意外断电等因素，所选择的泵送设备须每小时输送方量至少要保证50方/小时左右。HBT90.21.220S最大理论混凝土输送量（低压/高压-m3/h）为94/52。查看中联HBT90.21.220S超高压泵泵送性能曲线（理论混凝土输送量与理论输送压力的关系）可知，在出口压力18MPa，理论输送方量为55方/小时左右，大于50方/小时，满足要求（HBT90.21.220S超高压泵泵送性能曲线见图2）。
3. 混凝土输送管的选择
由于高强高性能混凝土组成成分多、粘性极大，较普通混凝土更易磨损输送管道。据不完全统计，高强混凝土输送管的使用寿命只有普通混凝土输送管的1/3～1/5。因此，混凝土输送管作为混凝土泵辅助件，其质量优劣对混凝土泵送工作也起决定性作用，影响混凝土施工质量。输送管的规格、连接形式、寿命、可靠性等等都影响着输送设备的使用效果，所以混凝土输送管的选择是超高层混凝土泵送设备选型里又一重要方面。
3.1混凝土输送管选型。
超高层建筑高强度混凝土在泵送过程中，混凝土在管道纵向将产生极大的冲击力，常规的连接与密封方式已不能满足要求。如果管道密封不好，泵送过程中会发生漏浆，严重时甚至会堵管，导致整个输送系统报废；高压下运动的高强度混凝土会对加剧输送管的磨损，大大降低混凝土输送管的使用寿命，增加输送管爆管几率。普通混凝土输送管不能满足要求，需耐高压、耐磨损的输送管才能满足施工要求。输送管直径越小，输送阻力越大，但输送管直径过大也不好，其抗暴性能低，而且混凝土在管道内停留的时间长会影响混凝土的和易性。综合考虑以上这些因素，本工程选用直径为125mm的输送管。
3.2混凝土输送管布置。
（1）管道的布置既要考虑混凝土施工的便利，又要尽量减少对其他施工造成的不利影响。在总平面布置中，本工程将混凝土输送泵布置在核心筒西侧，泵车与钢构件货车进入场地后即分流，避免了浇筑混凝土期间泵车与钢构件运输货车进出现场相互影响，保障了场地内各项作业的通畅。
（2）在布置泵管时，应尽量少用弯管和软管，弯管应使用最大弯管，以最大限度地降低泵送管道阻力。为了抵消垂直管道内混凝土自重产生的反压，应在泵出口位置布置一定长度的水平管，且地面水平管长度不宜小于垂直管长度的四分之一。长沙希尔顿酒店工程工程混凝土的最大泵送高度为241米，即按泵管垂直管长度241米计算，地面水平输送管长度不应小于241m÷4=60.25m，本工程地面水平输送管70m，大于垂直管长度的1/4，满足布管要求。输送管地面水平布置如图3。
（3）垂直管的布置既要泵送高度超过200m时，被输送的混凝土产生的回流趋势会越来越大，应考虑在高空布置一定长度的水平管，以保证有足够的阻力减小这种混凝土回流趋势，减弱首层垂直泵管底部弯管的压力，本工程在高200m的48～49层设置30m水平管缓冲段，然后一直往上到屋面，取得了较好的混凝土输送效果，垂直管的布置如图4所示。
4. 总结
（1）合理的混凝土配合比和坍落度对超高层建筑施工混凝土泵送起着至关重要的作用；
（2）在砼泵送设备选型时，需要综合考虑管道架设、泵送施工、混凝土的配置等，成套解决这一系列问题，才能找出最佳选择。
参考文献
[1] JGJ/T10-95混凝土泵送施工技术规程 [S]. 中国建筑科学研究院.
[2]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 ， 2000.
[作者简介] 杨毅（1989.8-），男，籍贯：湖北武汉，工作单位：中建三局第三建设工程有限责任公司，职称：工程师，学历：硕士研究生，研究方向：施工技术。
曾昭华（1983.5-），男，籍贯：湖南长沙，工作单位：中建三局第三建设工程有限责任公司，职称：工程师，学历：本科，研究方向：施工技术。