超高层钢管自密实混凝土顶升法施工技术.pdf

第4 4卷第 1 期 2 0 1 3年 1 月 Vo 1 ．4 4 No ． 1 J a n ．2 01 3 建 筑 技 术 Ar c h i t e c t u r e T e c h n o l o g y 3 7 超高层钢管 自密实混凝土顶升法施工技术 牛志平，彭世发，朱文生，王 瑾 ( 北京建工集团有限责任 公司总承包部 ， 1 0 0 0 5 5 ， 北京) 摘要 ： 于家堡金融区起 步区O 3 — 1 5 地块工程 属超高层建 筑 ， 本工程 主楼竖 向钢管柱采用超高层 自密实混 ’ 凝土顶升法进行浇筑 ， 通过选择适宜 的混凝土输送泵 、 混凝土拌合物的原材料 、 配合比 、 混凝土泵管 的布置方式 ， 以及采取合理 的顶升构造措施及顶升浇筑工艺 ， 确保 了施工质量 ， 保证了安全 ， 加快了施工进度。 一 关键词 ： 超高层 ； 钢管柱 ； 自密实混凝土 ； 顶升法； 输送泵 ； 顶升构造 中图分类号 ： T U3 9 8 ．9 ； T U7 5 5 ． 6 文献标识码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 0 — 4 7 2 6 ( 2 0 1 3 ) O 1 — 0 0 3 7 — 0 4 LI F TI NG CoNS T RUCT I oN TE CHN I QU E ．F OR S T E EL TU BE S EL F — CoMP ACT I NG r CONCRETE OF SUPER—HI GH BUI LDI NG NI U Z h i - p in g，PE NG Sh i - f a ，Z HU W e n - s h e n g，WAN G J i n ( G e n e r a l C o n t r a c t．D e p a r t me n t o f B e ij i n g C o n s t r u c t i o n E n g i n e e r i n g G r o u p ，1 0 0 0 5 5 ，B e ij i n g ，C h i n a，) ． Ab s t r a c t ：T h e p r o j e c t o f p l o t s 0 3 — 1 5 i n t h e s t a r t i n g a r e a o f Yu j i a p u F i n a n c i a l Di s t r i c t c o n s i s t s o f s u p e r - h i g h b u i l d i n g s ． Ve rti c a l s t e e l t u b e c o l u mn s o f t h e ma i n ．b u i l d i n g a r e p o u r e d b y u s in。g s u p e r- h i g h s e l f — c o mp a c t i n g c o n c r e t e l i f t i n g me t h o d ． T h e c o n s t r u c t i o n q u a l i t y a n d s a f e t y a r e s u c c e s s f u l l y e n s u r e d a n d c o n s t r u c t i o n s c h e d u l e i s s h o r t e n e d t h r o u g h s e l e c t i o n o f a p p r o p r i a t e c o n c r e t e p u mp ， r a w ma t e r i a l s o f c o n c r e t e mi x t u r e ，mi x i n g p r o p o r t i o n，a r r a n g e me n t o f c o n c r e t e p u mp t u b e s ，：r e a s o n a b l e l i fti n g s t r u c t u r e a n d l i fti n g p o u r i n g p r o c e s s ． Ke y wo r d s ： s u p e r — h i g h b u i l d i n g ； s t e e l t u b e c o l u mn ； s e l f - c o mp a c t i n g c o n c r e t e ； ， l i ft i n g me t h o d ； c o n c r e t e p u mp ；l i fti n g s t r u c t u r e 超高层钢管 自密实混凝土施工技术分为高抛法和 顶升法 ， 目前国内应用高抛法较多。 高抛法是将 自密实 混凝土从钢管柱顶端 自由落体抛入钢管柱中的一种施 工方法 ， 存在施工危险性大 、 施工质量 无法保证 、 影响 施工进度等弊端。顶升法施工技术在国内尚处于起步 阶段 ， 是通过一种精心设计 的构造措施 ， 在钢管柱中将 自密实混凝土自下而上顶升的施工方法 ，能够较好地 避免高抛法的各种弊端 。 于家堡金融区起步区0 3 一 l 5 地块超高层钢管 自密 实混凝土工程采用顶升法 ，并对此技术进行了深入研 究， 为今后超高层工程提供了经验和依据 ， 具有极为重 要的现实意义。 1 工程概 况 ’ 于家堡金融区起步区o 3 — 1 5 地块 工程总建筑面积 约1 6 0 5 2 0 m2 ， 建筑高度约 1 8 9 ． 1 5 m， 地下3 层 ， 主楼地 上 4 3 层 ， 附楼地上7 层。主楼为带钢斜撑的钢管混凝 土外 框架与钢筋混凝土内筒组成的混合结构体系 ，裙房采 用框剪结构。 一 收稿 日期 ： 2 0 1 2 — 1 1 一 O 1 作 者简 介 ： 牛志 平( 1 9 7 8 一) ， 男， 天津 人 ， 高级 工程师， 项 目总 工程师 ， 博 士． e - ma i h n z p 0 1 @1 6 3 ． c o rn ． 本工程主楼竖向钢管柱采用超高层 自密实混凝土 顶升法进行浇筑 ， 浇筑总方量为5 0 0 _m 。自密实混凝土 强度等级为 ：首层至第1 1 层顶 板混凝土强度 等级 为 C 6 0 ；第1 1 层顶板 至第2 6 层 顶板混凝 土强 度等级 为 C 5 5 ； 第2 6 层顶板至屋面 ， 混凝土强度等级为C 5 0 。 顶升方法是在柱的根部预留一个 混凝土浇筑孔 当混凝土楼板浇筑完成后 ， 将泵管直接与预留孔连接 ． 通过泵压将自密实混凝土从柱底泵入柱顶钢管柱 柱顶 ( 图 1 ) 。 2 施工难点 ： ( 1 )自密实混凝土强度高。 本工程 自密实混凝土强 度等级为C 5 0 ～ C 6 0 ， 属高强度混凝土 ， 国内其他工程 自 图 1 顶升法 浇筑示意 3 8 建筑技术 第4 4卷第 1期 密实混凝土常见强度等级 为C 4 0 。自密实混凝土应满 足超高泵送的要求， 且具有无收缩特性。 故试配该配合 比混凝土需进行深入研究。 ( 2 )超高泵送。 本工程混凝土浇筑总高度为1 8 9 ． 1 5 m， 顶层施工时泵管总长度超过3 0 0 m。 因泵送高度大 、 距离 长 ， 对设备的可靠性和超强的泵送能力更为严格， 且对 泵管厚度 、 直径和泵管设置都需综合考虑。 ( 3 )一次最大顶升高度2 1 m。由于结构形式的需 要 ， 有部分钢柱的一次顶升高度达N2 1 m， 因此钢柱焊 缝的质量 、泵送性能以及混凝土配合比都是施工控制 L 重点。 3 自密 实混凝土原材料性能及配合 比 3 ． 1 原 材料 ( 1 )水泥 ：P ． 0 4 2 ． 5 级水泥 ， 其性能指标见表1 。 ( 2 )矿粉：$ 9 5 级矿粉 ， 其性能指标见表2 。 ( 3 )硅灰 ：S F 一 9 3 级硅灰， 其性能指标见表3 。 表 1 水泥试验数据 表 4 C 5 0自密实混凝土配合 比 细 粗 水 高性 能改性聚 掺合料 项 目 水泥 骨料 骨料 羧酸 外加剂 $ 9 5 级矿粉 Ⅱ级粉煤灰 每11 1 混凝土 3 4 0 7 1 5 9 9 0 1 7 0 4 4 2 0 mL 1 4 5 6 0 ( 砂 浆) 用量／ k g 配合 比 1 2 ． 1 O 2 ．9 1 0 ．5 0 0 ． 0 1 4 0 ．4 2 6 0 ． 1 7 6 检测 比表面积 初凝时 终凝时 S O 3 烧失 氧化 抗压强度／ MP 目 抗折强度／ M P { 项目 k 咖 间~ rai n 可／ rai n ／ ％ 量／ ％ 镁％ 3d 2 8 d 3 d J 2 8 d 实 测 3 5 6 1 9 0 2 4 0 2 ．1 l 3 ．2 5 3 ．3 2 7 ． 1 5 2 ．3 5 ．8 I 8 ．8 表 2矿粉试验数据 检测 比表面积 密度／ 流动度 烧失量 含水率 活性指数／ ％ S O V％ 项 日 ／ ( k g ／ m ) ( g ／ c m3 ) 比／ ％ ／ ％ ／ ％ 7 d 2 8 d 实测 4 1 7 2 ． 9 O 9 8 0 ． 4 0 ． 9 0 _ 3 7 9 1 0 3 表 3 硅灰试验数据 检测项 目 比表面积／ ( g ／ mz) 4 5 m筛余／ ％ S i O J％ 含水率／ ％ 实测 l 9 ．8 1 ． 9 9 4 ．7 0 ．6 ( 4 )粗 骨料 ： 采用玄武岩碎石 ， 颗粒级配为5 ～ 1 6 m m连续级配 ， 含泥量0 ． 5 ％， 堆积密度1 5 3 0 k g ／ m 3 ， 表观 密度2 8 2 0 k g ／ m 3 ， 压碎指标为6 ％。 ( 5 )细骨料 ： 采用天然河砂 ， Ⅱ区中砂 ， 颗粒级配 良好 ， 细度模数2 ． 4 0 ， 含泥量0 ． 5 ％， 堆积密度1 4 7 0 k g ／ m 3 ， 表观密度2 6 6 5 k g ／ m 。 ， 含水率3 ． 2 ％。 ( 6 )外加剂： 高性能改性聚羧酸外加剂 ， 固体含量 2 3 ． 9 3 ％， p H值5 ． 8 8 ， 密度 1 ． 0 8 5 g ／ m L ， 减水 率3 0 ％， 推荐 掺量1 ． 0 ％。 3 ． 2配合 比 自密实混凝土配合比设计宜采用绝对体积法 。自 密实混凝土水胶比宜小于0 ． 4 2 胶凝材料用量宜控制 在4 5 0 — 5 5 0 k g ／ m 。试验室试配结果见表4 — 6 。 表 5 C5 5自密实混凝土配合比 水 细 粗 外加剂 掺合料 项 目 水 泥 骨料 骨料 高性能改性聚 硅 $ 9 5 级 Ⅱ级 羧酸外加剂 灰 矿粉 粉煤灰 每r n 3 混凝土 ( 砂浆 ) 用量， k g 3 4 0 7 6 0 9 2 0 1 6 5 6 6 6 0m L 3 0 7 5 l 1 O 配合比 1 2 ． 2 4 2 ． 7 1 0 ． 4 9 0 ．0 2 1 0 ．0 8 8 0 ． 2 2 1 O I3 2 4 表 6 C6 0自密实混凝土配合比 细 粗 高性能改性聚 掺合料 项 目 水泥 水 骨料 骨料 羧酸外加剂 $ 9 5 级矿粉 Ⅱ级粉煤灰 每r n 3 混凝土 ( 砂浆) 用量／ k g 3 6 0 7 6 0 9 3 0 1 7 3 72 6 om L 1 6 o 3 0 配合比 1 2 ． 1 1 2 ．5 8 0 ． 4 8 0 ．0 2 2 0 ．4 4 4 0 ．0 8 3 3 ． 3 自密 实混 凝土性 能 于家堡金融区起步区0 3 一 l 5 地块工程 自密实混凝 土经现场实际测量 ， 扩展度均为6 5 0 ～ 7 0 0 mm， 满足施 工要求 。C 6 0自密 实混凝土2 8 d 强度平均 值 为6 6 ． 0 3 MP a ， C 5 5 自密实混凝土2 8 d 强度平均值 为6 1 ． 9 7 MP a ， C 5 0 自密实混凝土2 8 d 强度平均值为6 7 ． 2 3 MP a ， 均达到 设计和规范要求。 4施 工 工艺 4 ． 1 泵的选型及泵管布置 根 据 工 程 实 际 情 况 ， 1 0 0 I n 层 以 下 采 用 一 台 HB T 8 0 C型混 凝 土普 通 托 泵 。 1 0 0 m以 上 采用 一 台 H B 1 ’9 0 C H 一 2 1 2 2 D 型混凝土超高压泵。 本工程混凝土浇筑总高度为1 8 9 ． 1 5 1 1 1 ， 泵管内的泵 送压力高达2 2 MP a ， 所以必须采用耐 葛压的管道系统方 能满足泵送要求 ， 故高压处采用~1 2 5 x 8 泵管 ， 内表面高 频淬火处理 ， 直管分节有3 0 0 0 ， 2 0 0 0 ， 1 0 0 0 m m， 弯管有 4 5 。 ， 9 0 。 ，局部采用异型管 ，泵管接口采用平 口法兰连 接。在换泵后配管时首层水平管及2 0 层以下立管使用 特制高压泵管 ，2 0 层以上立管及楼层内水平泵管可使 用5 m m厚普通规格泵管 。在离泵出口5 ～ 1 0 m远处设置 一 止回阀。 主楼结构按照流水段的划分 ， 钢管组合柱 的 混凝土采用顶升工艺 ，每个流水段混凝土浇筑总时间 可控制在1 0 h 内完成( 图2 ， 3 ) 。 2 0 1 3 年 1 月 牛志平 ， 等 ： 超高层钢管 自密实混凝土顶升法施工技术 。 3 9 超 、 T l ．《 r _ 襄 L 1 J I - 寻 一 二 l_ 阅 I魔 I 、{ 主 要 硬 化 理 秤 道 k _ ● 路 r I — l 口 I r— ] }L ● q r1 l I Ⅱ ： 丌 I 3c／A50 I 】 1 } ● 匡 l ～ ‘ l 『 f I l I 1 551 f J J 』 『 上 I 图 2 主楼地泵及泵管布置示意 ( b ) 图 3 泵送管道 的固定 ( a ) 实景 ； ( b ) 工程示意 4 ． 2顶升构 造措 施 顶升构造措施包括钢柱转接件 、 止回阀 、 连接短管 和泵管转接件等。 根据现场钢柱的吊装进度， 分批次对 调直加 固后的钢管进行顶升浇灌 。浇筑孔中心距地面 高度0 ． 7 m， 浇筑孔设有接管法兰和止浆阀( 图4 ) 。 4 ． 3 顶 升浇 筑工 艺 钢管混凝土顶升浇筑工艺流程如图5 所示。 泵管转接件 柱主体 孔d =1 5 0 I ＼ 趔型煞堡丝 ， 结构楼板标高 ——_1～ 一 ( a ) ( b ) ( e ) 图 4钢柱连接处节点 ( a ) 立面 ； ( b ) 1 - 1剖面 ； ( c ) 实景 在施钢柱 钢柱开 L 焊接钢柱转接件 安装止回阀及短 管 安装泵管转接件 转 接件 与泵管连接 F 始顶升混凝土 混凝 土从 预留孔溢 出后停止泵送 关闭止回阀电焊封死 拆 除混凝 土转接件 、 短管 混凝土终凝后拆除止 回阔 割除钢柱转接件补焊钢板 图5 顶升浇筑工艺流程 ( 1 )钢结构柱制作期间 ， 在其钢管柱顶部钢板 中 间设置排汽孔 ， 以保证钢管柱顶部混凝土充满密实， 所 有开孔在钢结构制作时完成 在钢管柱距地0 ． 7 m 标高 处开设混凝土浇灌 口， 焊接连接管 ， 焊接须牢固可靠。 ( 2 )短管长0 ． 4 m， 其钢管壁厚须不小于混凝土输 送管壁厚 ， 短管端头采用压口处理 ， 端头与混凝土输送 管端头之间用专用高压卡具连接。 ( 3 )混凝土浇灌口连接钢管与钢管柱之间的连接 焊缝高度不小于壁厚。为防止施工时浇灌 口处振动剧 烈 ， 将浇灌 口与钢管柱之间的焊缝撕裂 ， 在浇灌 口下方 钢管柱与连接管之间焊加肋钢板 ， 加强其刚度。 ( 4 )在 混凝 土浇灌 口连接 钢管 上距钢 管柱 1 6 5 m m的位置设置一道闸阀作为止回阀， 止回阀在使用前 涂抹油性润滑剂。 ( 5 )泵送混凝土除满足强度设计值要求外 ， 同时 需具有良好的可泵性 、 小水灰比、 大坍落度。 在接泵前 ， 先使用清水湿润泵管 ，湿润完成后的水统一收集到存 水筒内。 不得打入钢管柱内。 ( 6 )开始浇筑混凝土时， 为保证顶升浇筑的流畅 ， 使用同混凝土配合比的砂浆再次润管 ，砂浆打入钢管 柱内。 每一根钢管柱芯混凝土浇灌最好连续泵送完成 ， 其间不宜停顿 ， 若必须中断 ， 时间尽量缩短 ， 否则 ， 由于 混凝土在输送管及钢管柱内停留时间过长 ，有可能导 致管内混凝土初凝泵送失败 。 ( 7 )混凝土顶升浇灌到钢管柱顶部从排汽孔溢出 后 ， 输送泵停 止工作 ， 待混凝土沉实一段时间后( 约5 ～ 6 m i n ) ， 再泵送顶升一次 ， 至排汽孔溢 出混凝土 ， 顶升 浇灌混凝土结束 。 ( 8 )在钢管混凝 土泵顶升浇灌完成后 、 拆除混凝 土输送管之前 。 撤去胶皮 ， 将止回阀敲过打混凝土的管 洞 ， 并将止回阀与钢柱转接件电焊上， 从而达到阻流的 目的( 图6 ) 。 ⑩ ①⑩⑩⑩ ⑩④◎ ⑩ ∞ 一 4 0 建筑技术 第 4 4卷第 1期 ( a ) ( b ) 图 6 止回阀打混凝土 前后示意 ( a ) 打混凝土前 ； ( b ) 打混凝土后 ( 9 )止回阀设置完成后 ， 即可拆除混凝土输送管 ， 安装封头， 混凝土输送泵移至下一个钢管柱前就位 。 ( 1 0 )混凝土终凝后 ， 割去浇灌 口处剩余部分连接 钢管 ， 凿除浇灌口处混凝土 ， 并用与钢管柱同材质 、 同 厚度 的钢板补焊牢固。 4 ． 4 余料 回收及泵管清洗 泵送混凝土的余料回收及泵管清洗是个不容忽视 的环节。若混凝土余料回收处理不当， 不但造成浪费 ， 还会对环境造成影响j泵管清洗不到位会影响泵管的 重复使用。 本工程采用直接水洗的方式 ，水洗高度与泵送高 度相同， 既解决了余料回收的问题 ， 又达到了清洗泵管 的效果( 图7 ) 。 图 7 水洗 混凝土泵管示意 4 ． 5 特殊情况处理 ( 1 )堵管 的处理。 发生堵管情况时 ， 首先采用正反 泵点动及人工敲打堵管部位 ， 若无法解决， 则需拆卸泵 管进行清理。在拆卸泵管前 ， 先关闭液压截止阀 。 泄压 后将堵塞的泵管拆下 ，清除堵管中的混凝土．接好管 道 ， 开启液压闸阀再继续泵送。 ( 2 )混凝土无法连续供应的处理。当由于搅拌站 原因或交通因素而无法连续供应时，为防止泵管内的 混凝土出现泌水 、 离析 ， 每隔5 ra i n 开一次泵 ， 供应中断 超过1 h 后 ， 用高压水将泵管中的混凝土泵出 ， 待混凝土 恢复供应后重新泵送。 ( 3 )机械故障的处理。 若泵车出现无法工作的机械 故障时 ， 先关闭液压截止阀， 防止混凝土倒流。 然后对机 械进行维修 。若预计维修时间超过1 h ， 则须对泵管进行 清洗 ， 将管内混凝土清出， 防止整套管路系统报废。 5 施工效果 顶升法与高抛法相比 ， 在进度 、 质量和安全等方面 均能给工程带来更好的收益和效果 ，具有较好的推广 应用前景。 5 ． 1加快 施工进 度 高抛法 ： 钢结构不能连续安装 ， 每节钢柱安装后进 行混凝土浇筑， 对于超高层建筑来说 ， 即拖延钢结构的 安装时间， 也耗费人工和塔式起重机使用时间 ， 而且在 每次浇筑之前都需搭设操作平台， 占用工期。 顶升法 ： 钢结构柱可连续安装 ， 钢管混凝土不再是 关键线路上的一个环节 ，而是与钢结构柱安装互不影 响， 能够加快钢结构柱 的安装进度。 待钢结构全部安装 完再进行集中浇筑。 5 ． 2 提高施工质量 高抛法 ：自密实混凝土高抛过程 中不能将柱内空 气完全排出，且在钢管柱顶节点处加劲板下部易造成 空隙和断层。 顶升法 ：自密实混凝土利于泵的压力将混凝土 自 下而上顶升挤压至钢管柱中，顶升过程中能够将柱内 空气彻底排出 ， 保证其密实度 ， 施工质量较好。 5 ． 3 保 证 施工安全 高抛法：高抛法通过塔式起重机运送料斗到浇筑 位置 。 由人工操作进行浇筑。 每次浇筑之前都需搭设操 作平台， 且料斗重量大 ， 随着楼层越来越高 ， 工人在高 处作业的安全隐患很大。 顶升法 ：工人只需在已浇筑完成的楼板上安装泵 管和拆除泵管 ， 完全没有任何安全隐患 。 6 结语 于家堡金融区起步区O 3 — 1 5 地块工程全部钢管柱 按以上方法顺利浇筑完成 。实施自密实混凝土超高层 泵送 的关键是要熟练掌握混凝土输送泵性 能，并对混 凝土拌合物的原材料 、 配合比 、 混凝： t泵管布置以及顶 升构造措施等加以考虑。 本工程成功的实践证明， 采用 自密实混凝土进行泵送顶升浇筑 ， 方法安全可靠 ， 质量 得到保证， 效果显著， 经济实用。 参考文献 【 1 】 戴冰 法 ，混凝 土泵送顶升技术在钢管 混凝 土高柱中的应用和效果 [ J 】 ． 福建建 筑， 2 0 0 8 ， ( 4 ) ： 6 7 — 6 9 ． 【 2 ] 蒋 正武， 潘微旺 ， 李享涛 ， 等． 泵送顶升钢 管拱 自密实混凝土施 工技 术[ J 】 _建筑技术 ， 2 0 1 1 ，4 2 ( 2 ) ： 1 3 4 - 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