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1深圳平安金融中心高度超600m，标志性建筑施工设计（图文并茂，内容详细）-5-土建工程-塔楼5 超高层泵送混凝土施工方案.doc

第5节 超高层泵送混凝土施工方案

8.5.1 主塔楼结构混凝土设计概况

主塔楼地上结构混凝土可分为四部分：巨型组合柱、核心筒剪力墙、核心筒外组合楼板、核心筒内混凝土楼板，如下表所示：

主塔楼8根巨型组合柱，截面积巨大，从下至上逐渐减小GBT50789-2012标准下载，B5～L118层巨柱截面由6525mm×3200mm减小为3118mm×1400mm；特别是内部箱形钢骨腔体为独立的三腔设计，B5～L118层腔体面积由4.37m2减小为；

核心筒剪力墙，在B5～L11层结构形式为钢板剪力墙外包钢筋混凝土；L12～L118层钢筋混凝土剪力墙在内外墙交接处设置H型钢，外墙四角部设置矩形钢骨；

核心筒外楼板根据使用部位的不同分为钢筋桁架楼承板、压型钢板组合楼板以及钢筋混凝土现浇板三种形式；

核心筒内楼板为钢筋混凝土现浇楼板；

根据现有图纸，计算主塔楼地上每层混凝土工程量如下表：

1、主塔楼巨型组合柱的箱形钢骨将混凝土分为外腔与内腔两部分，其中内钢箱为三腔设计，腔体最大总面积达，同时在与楼层平面梁和空间桁架相接位置又存在大量横向加劲板，根据施工部署巨柱钢骨在标准层按照三层一起吊，每节钢骨长度为13.5m。

2、混凝土浇注高度在150m以下时，采用常规混凝土输送模式；高度超过150m时采用高层输送模式，此时，应更换高压混凝土泵及配套高压泵管进行混凝土泵送施工，泵管的固定措施也应有所加强。

8.5.2 超高层泵送混凝土施工难点

1、泵送高度大、混凝土强度等级高

商品砼采用泵送施工已广泛用于建筑工程中，但对于高度大于的超高层泵送，因泵送压力过高，所用砼强度高、粘度大，泵送尤其困难，不但要求泵送设备具有足够的泵送能力，而且更加需要混凝土具有良好的抗离析和优良的泵送性能，坍落度大且经时损失小，强度和其他物理力学性能都满足设计和施工要求。

本工程主塔楼C70混凝土，最大泵送高度达；C60混凝土，最大泵送高度达552.55m；C35混凝土，最大泵送高度达585.58m；其混凝土方量近20万方。从目前国内已完成的超高层建筑看，将混凝土泵送至585.58m高度在国内尚属首例，在世界也属罕见，目前国际上也仅有2010年刚竣工的迪拜塔成功将C60混凝土泵送至606m高度。

因此，如何进行混凝土配合比设计、选择有效的垂直运输设备以及泵送施工工艺，才能既保证施工进度和节约工程造价，又保证混凝土浇筑质量，是本工程的重点与难点。

2、大体积混凝土裂缝控制问题

主塔楼巨型组合柱截面巨大，B5～L118层截面尺寸由6525mm×3200mm调整为3118mm×1400mm，混凝土标号为C60与C70；核心筒墙体L67层以下厚度为1500mm～1100mm，混凝土标号为C60，都属于大体积混凝土；考虑大体积混凝土施工范围大，混凝土用量多，且混凝土强度等级高，因此，如何控制混凝土裂缝是本工程的难点。

混凝土裂缝控制与结构设计、材料选择、施工工艺等多个环节相关，其中选择抗裂性较好的混凝土配合比是控制裂缝的重要途径。

3、巨型组合柱内腔混凝土顶升施工

主塔楼八根巨型组合柱，目前国内外对于类似带有独立腔体的型钢混凝土柱，通常混凝土浇筑方法主要有三种，人工振捣法、高抛自密实法和顶升浇筑法，三种方法各有优缺点，并且在以往类似工程中均有成功实施的案例。结合本工程的实际情况，对三种浇筑方式进行详细的优缺点分析，并最终确定适合本工程巨型柱的混凝土浇筑方法。具体对比分析内容如下表所示。

通过上述对三种浇筑方法的对比分析，我们初步拟定采用顶升法进行巨柱内腔混凝土的浇筑施工，该方法在以往国内外超高层建筑施工中均有成功案例，技术较为成熟。但同时也具有一定的技术难度，超高层混凝土顶升施工不仅仅是混凝土泵送高度上的简单叠加，对混凝土本身的性能、泵送设备的选择、泵管的布置、顶升口的做法等等都提出一系列的要求，需要有经验的施工单位详细策划组织。

4、余料回收及泵管清洗难度大

本工程混凝土泵送高度达到585.58m，随着楼层高度的增加，每浇筑完一次混凝土，泵管内滞留的混凝土会越来越多，每100m直径125mm泵管内滞留混凝土量约1.23m3（每100m直径150mm泵管滞留混凝土量约1.77m3），若按照每层两泵两管浇筑，每层分3次浇筑完成，则泵送至585.58m高度，泵管内混凝土将会达到至少3000m3，每层浇筑次数越多，其泵管内混凝土量越大。如此大方量的混凝土若采用传统气洗的方式从泵管下部吹出后，将无法使用，造成混凝土的严重浪费；同时泵管清洗不到位，也会影响泵管的重复使用。

因此，本工程混凝土余料的回收及泵管清洗方法将成为一个不容忽视的问题，如何进行混凝土余料回收及泵管清洗成为本工程超高层高强混凝土泵送的一个施工难点。

8.5.3高强混凝土配合比设计

1、超高层泵送高强混凝土配置要求

本工程核心筒墙体混凝土强度等级为C60，混凝土泵送高度达552.55m；外筒巨型型钢混凝土柱的混凝土强度等级在L86层以下为C70，L86～L118层为C60（泵送高度高达549m），都属于高强高性能混凝土。泵送高度大，混凝土强度等级高，特别是巨柱内腔混凝土采用顶升工艺浇筑，需要混凝土必须具有如下性能：

a、泵送混凝土配置要求

I、高强度。在配置混凝土时首先必须保证其强度等级满足设计要求。

II、高流动度与可泵性。高强混凝土的拌合物除高流动性外，还必须具有良好的抗离析性和填充能力。

Ⅲ、高耐久性。要求高强混凝土在硬化过程中体积稳定，水化热低，冷却时温度收缩小，干燥收缩小，不易产生宏观及微观裂缝。

b、顶升混凝土配置要求

巨柱内腔顶升混凝土，除具备高强泵送混凝土的性能外，仍须具有如下性能：

I、较高的流动性和较小的黏度。由于巨柱内腔混凝土采用顶升浇筑工艺，内部纵横隔板复杂，腔内混凝土流动距离较长，因此要求混凝土必须具有较高的流动性，以保证浇注质量和密实度；

II、较小的收缩率。为保证腔内混凝土顶升浇筑的质量，混凝土与钢板侧壁之间不能出现明显收缩；

Ⅲ、经时泵送损失小。巨柱内腔混凝土顶升施工时，按一次顶升一节（三层）考虑，单根巨柱一次顶升浇筑最大方量约70m3，考虑混凝土的运输、等候和浇筑时间（泵送最长距离超过，混凝土在泵管内的最长停留时间将超过半小时），需混凝土能够保持4小时以上的高流动性。因此，为了保证浇筑质量，顶升混凝土必须具有较小的经时和长距离泵送损失；

2、类似工程高强混凝土配合比

混凝土试配前期我们对以往国内外超高层高强混凝土配合比进行了详细的调研，充分分析其混凝土配合比特点及成功经验，并根据实际情况总结出满足本工程需要的混凝土控制指标。

分析以上工程的配合比特点和所使用的原材料，有以下特点：

采用C2S含量高的水泥，有利于实现混凝土的高流动性与低损失、高后期强度和高耐久性；

混凝土中掺加了粉煤灰、矿粉或硅灰，进一步保证混凝土的强度；

石子粒径较小，有利于混凝土的流动性和可泵性；

外加剂采用了优质聚羧酸型泵送剂，有利于减小混凝土的经时损失。

为了控制混凝土的干缩，水泥用量较少，因而矿物掺合料掺量较大；

单方用水量较小，水胶比较小，砂率较大，有利于混凝土的和易性和可泵性；

c、混凝土控制指标方面：

坍落度较大，这样混凝土的流动性和泵送性均较好，有利于保证内部混凝土的密实度和避免过大的泵送损失；

根据上述类似工程顶升混凝土的配制经验，结合深圳当地原材料的质量情况，顶升混凝土除满足上述要求外，具体控制指标要求如下表所示：

3、本工程混凝土配置流程

根据我司以往超高层泵送混凝土与顶升混凝土的试验及施工经验，结合专家讨论意见，决定对超高层高强泵送混凝土的研究采用以下流程，并由此进行相应的试验室试配工作，试验过程中采用正交试验法进行材料和配合比的优选优化。

a、进行水泥与外加剂的适应性试验，并考虑生产供应与质量稳定性等，确定水泥和外加剂

b、根据混凝土的和易性和强度等指标选择确定优质矿物掺合料。

c、寻找最佳掺合料比例，最大程度地发挥掺合料的“叠加效应”。

d、根据混凝土性能指标和成本控制指标等确定掺和料的最佳替代掺量。

e、通过调整外加剂性能、砂率与砂石级配、粉体含量等措施，深入进行配合比优化工作，

在保证混凝土强度控制率的前提下，进一步降低混凝土和易性尤其是黏度的经时变化率和收缩率。

f、通过试验调整，从所有混凝土的和易性、黏度、强度和收缩率等技术指标均满足要求的配合比中选择一组最佳配合比，确定为试验室最佳配合比。

g、将试验室最佳配合比投入实际生产中，在现场进行实际泵送施工，针对所出现的实际问题进行分析研究，必要时对试验室最佳配合比进行微调，最终得到最佳施工配合比。

4、本工程高强混凝土的配置

本工程涉及到的高强混凝土包括C60和C70两种，我司结合以上对超高层泵送混凝土配合比的研究，提前与国内知名科研院校合作进行了有关分析，同时与深圳当地大型混凝土供应单位建立联系，进行理论试配。

a、混凝土配合比技术参数选择

I、泵送混凝土应选用普通硅酸盐水泥，不宜选用火山灰质硅酸盐水泥；

II、粗骨料中针片状颗粒的含量不宜大于5%，粗骨料的最大骨料粒径不大于20mm；

III、泵送混凝土宜采用中砂，其通过筛孔的颗粒含量不应少于15%；

Ⅳ、泵送混凝土的用水量与水泥和矿物掺和料的总量之比为0.25～0.35；

Ⅴ、泵送混凝土的水泥和矿物掺和料的总量不宜小于/m3；

Ⅵ、泵送混凝土的砂率宜为34%～44%；

Ⅶ、掺用引气型外加剂时，其混凝土含气量不宜大于4%。

深圳地处海边，混凝土原材料供应紧张，部分原材料需要通过海运完成，因此容易造成原材

质量不稳定，这对混凝土的配合比提出了更高的要求。结合深圳市住房和建设局对全市预拌混凝土生产企业质量检查情况发现，部分混凝土原材存在一些问题，如：砂样品氯离子超标、部分粉煤灰属于Ⅲ级不宜用于配置钢筋混凝土、膨胀剂水中7天限制膨胀率不符合标准要求等。结合我司对深圳市场原材料的深入了解，在原材料选择方面分析如下：

根据深圳市住房和建设局规定：特区内高层建筑的承台、梁、柱、板等结构部位，不得使用立窑水泥。我公司提前与国内知名高校合作对深圳当地混凝土搅拌站选用的水泥品种进行调研，对各厂家水泥产品进行甄选，并经过检验后确定使用。通过相关筛选试验，选择泌水较少的P.O.42.5级普通硅酸盐水泥，初步推荐水泥品种性质见下表：

为确保主塔楼超高压混凝土的和易性，并减少水泥用量，本工程拟掺加部分粉煤灰，其丰富的玻璃珠含量，产生滚珠摩擦效应，可以改善混凝土的流动性，且粉煤灰需水量小，在水胶比不变的情况下，增加了混凝土的坍落度，提高混凝土的可泵性。同时加入矿粉，以进一步保证混凝土的强度。

根据我公司提前对深圳市场的调研及以往工程经验，部分粉煤灰及矿渣粉厂家产品性能如下表：

我公司选定粉煤灰以及矿渣粉时，根据设计要求各项性能指标，同时考虑各生产单位产量、库存、运输均须满足集中供应要求，并另行安排试验，根据规范要求，检测各厂家样品，最终选用性能较好的掺合料进行使用。

混凝土外加剂的性能或种类，必须符合深圳市建委所规定批准使用的品种和生产厂家，并报监理工程师认可后方准使用。本工程添加高效泵送剂主要为聚羧酸系高效减水剂，聚羧酸系高效减水剂是第三代高效减水剂，是以聚氧乙烯醚、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸等为原料，经化学反应制备的，合成方法简单、生产过程无污染，符合绿色环保的要求。该型号减水剂对水泥浆体的分散性强，混凝土坍落度损失小，且不影响混凝土的凝结时间，解决了使用萘系复合的泵送剂常出现的泌水、离析等问题。

外加剂检验执行现行标准《混凝土外加剂》（GB8076）中一等品的技术要求。正式生产前尚需进一步试拌，保证不出现假凝、速凝、分层、离析或者结皮现象，外加剂碱含量、氯离子含量依据其他现行深圳地方标准进行检查。

粗骨料采用粒径为5～20mm连续级配且含泥量小于1%的机碎石，严禁采用卵石作为粗骨料。选用粒径较小、级配良好的石子配制的混凝土，和易性较好，抗压强度较高，同时可以减少用水量及水泥用量。骨料中严禁混入影响混凝土性能的有害物质。骨料入场后先存入大棚内，不能直接露天堆放。

砂采用中砂，平均粒径大于0.5mm，含泥量不大于2%。选用中砂拌制的混凝土比采用细砂拌制的混凝土可减少用水量，同时相应减少水泥用量，使水泥水化热减少，降低混凝土温升，并可减少混凝土收缩。

c、本工程混凝土配合比的提出

我司结合以往施工经验，与国内知名科研院校以及深圳当地搅拌站联合，对本工程超高层泵送混凝土配合比进行试配，通过两个月的理论及试验研究，初步得出适合本工程的超高层泵送顶升与振捣浇筑两种混凝土配合比如下表所示：

如我司有幸中标，将对适合本工程的混凝土配合比进行进一步的理论与试验研究。

8.5.4 超高压混凝土输送泵的选型、布置和泵管固定技术

1、类似超高层建筑泵送设备介绍

国内外超高层建筑使用混凝土输送泵型号如下表所示：

本工程混凝土泵送高度达585.58m，特别是巨柱钢箱内混凝土浇筑需采用顶升工艺，如此顶升高度在世界范围尚属首例，若要将此高标号混凝土输送到如此高度，必须选择合适的混凝土泵送设备。

对于混凝土输送泵，体现其泵送能力的两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。设备最大泵送能力应有一定的储备，以保证输送顺利、避免堵管。通过对国内外超高层泵送设备性能分析，出口压力与整机功率可以满足如此泵送高度的设备主要有以下几种：

2、本工程泵送设备选型

a、本工程泵压理论验算

混凝土泵送所需压力P包含三部分：混凝土在管道内流动的沿程压力损失P1、混凝土经过弯管及锥管的换算局部压力损失P2、以及混凝土在垂直高度方向因重力产生的压力P3。

I、沿程压力损失P1的计算

—单位长度的沿程压力损失

—混凝土泵分配阀切换时间与活塞推压混凝土时间之比，这里取0.3

—混凝土在管道内的流速，当排量达40 m3 /h时，管径为φ125mm，流速约0.91m/s（即40/（3.14×0.1252/4）/3600）；管径为φ150mm，流速约0.63m/s（即40/（3.14×0.152/4）/3600）

—径向压力与轴向压力之比，其值约0.90

—管道水平换算总长度（最大泵送高度为585.58m，考虑水平管长度以及布料机高度，管道水平换算总长度按照800m考虑）

①、φ125mm管道沿程压力损失

＝0.0097×800=7.76MPa

②、φ150mm管道沿程压力损失

＝0.0063×800=5.1MPa

II、弯管压力损失P2的计算

预计地面水平弯管、竖管缓冲弯管及布料杆90º弯管，约26个；45º弯管，约2个，每套管道设置2个截止阀。每个90º弯管压力损失0.1MPa；每个45º弯管和截止阀压力损失0.05MPa；分配阀压力损失0.2MPa。

P2=26×0.1+4×0.05+1×0.2=3MPa。

III、竖管中混凝土压力自重损失P3的计算

垂直泵送585.58m高度，混凝土泵的理论出口压力计算值为：

φ125mm管道：P=7.76+3+14.3=25.1MPa

φ150mm管道：P=5.1+3+14.3=22.4MPa

b、结合以往超高层泵送混凝压力测算

考虑本工程泵送高度大，混凝土强度高的特殊性，调研以往超高层泵送施工中沿程压力损失的施工数据：

充分考虑以往超高层泵送积累的实际经验值，对本工程混凝土泵的理论出口压力计算值为：

φ125mm管道：P=0.021×800+3+14.3=34.1MPa

如果采用150A管道，沿程压力损失和弯管压力损失可减小20%以上，即混凝土泵的理论出口压力计算值为：

φ150mm管道：P=0.021×800×0.8+3+14.3=30.74MPa

泵管的选择对泵送的施工影响较大，管径越小则输送阻力越大，但管径过大，其抗爆能力变差，而且混凝土在管道内流速变慢，停留时间过长，影响混凝土的性能。目前超高层建筑泵管型号规格主要有φ125mm与φ150mm两种，考虑本工程巨柱钢箱内混凝土采用顶升工艺，要求泵送设备提供更大的压力，因此本工程考虑采用φ150mm泵管。

3、类似超高层建筑泵管布置介绍

4、本工程泵管布置及固定方案

通过对以往超高层建筑泵送混凝土的分析研究，以及本工程主塔楼每层结构混凝土量的分析，L35～L67（楼层高度约300m）拟定布置四台泵压20MPa以上的高压泵车（1#、2#、3#、4#地泵）；L67以上拟定布置三台（其中一台为备用泵）泵压为40MPa以上的超高压泵车（1#、2#、3#地泵）。

a、混凝土泵的平面布置

根据本工程周边环境要求，混凝土泵宜布置在场地北侧或东侧，该位置方便混凝土浇筑组织及混凝土罐车通行，不影响其他作业工种正常施工。

为了减少管道内混凝土反压力，故应在泵出口处布置约150m长的水平管及弯管，宜使水平管长度不小于垂直管长度的1/4，每趟高压泵管配置1套液压截止阀与液压泵站，布置在地泵出口处；每趟超高压泵管配置2套液压截止阀与液压泵站，分别布置在地泵出口处与1层竖向墙体上。地泵四周搭设防护棚，减小噪音污染，地泵布置平面见下图：

b、混凝土泵的垂直布置

本工程混凝土泵送过程中压力较大，对泵管性能要求相当高，故高压处（L1层水平管及L86层以下立管）采用高压泵管，L86层以上（400m以上）立管及楼层内水平泵管可使用普通泵管。混凝土竖向泵管主要布置于楼梯间处，具体位置如下图所示：

（a）L67层以下竖向泵管布置位置 （b）L67层以上竖向泵管布置位置

（a）L67层以下2#、4#高压混凝土泵缓冲弯管做法

（b）L67层以上1#、2#超高压混凝土泵缓冲弯管做法

c、混凝土泵的固定方式

（c）水平泵管固定大样图

由于施工中特制泵产生压力大，所以泵管与结构能否牢固连接、避免压力损失也是非常重要的，垂直泵管应通过预埋在剪力墙内部的埋件固定。核心筒砼浇筑施工时应事先放置泵管预埋件（板），以便固定垂直高压泵管。本工程拟采用预埋方式将300mm×300mm、厚度16mm的钢板（插焊4根直径20mm钢筋，长度400mm）植于墙面上，铺设管道时将C12槽钢焊接到预埋钢板上固定输送管，每根3m直管不少于2个固定点，1m与0.5m直管不少于1个固定点，如下图所示：

（b）竖向泵管固定形式

（c）竖向泵管固定实例图

在泵送至150米以上高度时会产生非常大的压力，所以连接水平管与垂直管的弯管位置需要加固处理。因而在首层弯管上行处采用混凝土墩或在墙体设置预埋件；同时在结构楼板施工时预留插筋，保证混凝土墩与结构楼板固定牢固，以免泵送过程中泵管来回错动。

根据地泵固定位置不同，本工程缓冲弯管设置形式分为两种，在剪力墙侧壁设置缓冲弯管的固定形式同竖向泵管固定方式，每节弯管固定点不少于2个；在水平楼层设置缓冲弯管的泵管固定形式如下图所示：

（b）水平泵管固定形式

8.5.5 其他关键技术

1、超高层混凝土泵送清洗技术

本工程拟采用超高压水洗技术，但考虑到本工程泵送高度大，给超高压水洗技术带来很大难度：

a、超高层混凝土泵送过程中，对泵机眼镜板、切割环磨损严重。当出现一定磨损后，可以正常泵送混凝土，但直接泵水清洗泵管时则泻压严重，无法顺利完成水洗；

b、泵管清洗过程中，产生大量的废料，现场需要预先合理布置残留混凝土和砂浆的承接设备，以及足够的废水沉淀池。

综合考虑现场的实际情况，拟定采用现场的2#备用地泵进行泵管的清洗工作，具体做法如下：

a、超高压泵管清洗技术

I、低压泵送阶段（150m以下）

泵管内水的处理有两种方式，1、利用地泵的反泵功能，将管内的清水反抽回地泵场地，流入沉淀池。2、关闭液压截止阀，然后将地泵处的泵管接入转换管，再打开截止阀，利用作业面的气泵将水吹回罐车，运离施工现场。

II、高压泵送阶段（150m以上）

b、泵送清洗废料回收问题

水洗过程中，当泵机眼镜板、切割环出现一定磨损后，直接泵水洗管时泄压严重，这时需进行残料回收作业。

水洗过程中泵送完砂浆后,停止泵送，关闭垂直管一楼处的截止阀截止泵管，拆卸水平管道中一根管道后，接好回收管道，再打开截止阀导通泵管，利用垂直管中混凝土的自重将垂直泵管里的残料回放至预定回收处，然后再用水从顶部向下冲洗管道。而水平管道中的残余混凝土、砂浆可采用泵送的方法泵到预定回收处。

c、沉淀池的布置情况

在地下室未施工完成前，考虑主塔楼混凝土泵送高度低，利用基坑北侧1#大门两侧的沉淀池，待地下室施工完成后，利用现场西北角B1层位置作为沉淀池。

2、混凝土布料机的选型和布置

通过对结构形式的分析，主塔楼区域共使用四台布料机，核心筒内布置两台半径21m的布料杆，安装在提模平台上，随爬模体系一起爬升，用于核心筒墙体及楼板施工；另外两台半径10m的小布料杆，可利用塔吊进行移位，用于核心筒、巨型柱以及楼面布料施工。

a、21m布料杆性能及布置

根据核心筒布置以及浇筑最不利工况考虑GB／T 21152-2018标准下载，选择两台半径21m的布料杆可以覆盖核心筒内的混凝土浇筑，布料杆的性能如下表所示。

根据整体施工部署，核心筒内钢结构先行安装，为保证核心筒墙体混凝土浇捣过程中已安装钢柱的垂直度，每安装两层钢柱采用临时钢梁固定，采用布料杆浇筑核心筒混凝土的最不利工况分析如下：

（a）21m布料杆平面布置图

提模平台上布料杆位置泵管固定方式如下图所示：

b、9m半径小布料机性能及布置

充分考虑核心筒及外框筒作业空间，拟采用两台半径10m的可移动式小布料杆，布料杆性能如下：

核心筒内部布料杆位置如下图所示：

GB 50157-2013 地铁设计规范.pdf 10m的可移动式小布料杆浇筑外框巨柱及楼板布置位置及形式详见第八章土建工程。