与普通建筑混凝土施工相比, 超高层建筑混凝土施工具有施工周期超长, 混凝土施工性能要求高, 高压下混凝土管道布置及泵送技术难度大等技术难点。依托天津117大厦工程, 对该工程代表性结构 (剪力墙C60混凝土、组合板C30混凝土) 在生产组织管理、质量控制及施工技术等方面进行了系统研究。

天津高银117大厦位于滨海高新区, 地下3层, 地上117层, 总设计高度为597m, 占地83万m², 规划建筑面积183万m², 预计投资270多亿元。天津高银117大厦集高档商场、写字楼、商务公寓和六星级酒店于一身, 建成后将是高新区乃至天津市极具代表性的标志性建筑。

天津高银117大厦主体结构由钢筋混凝土核心筒+巨型柱框架支撑组成, 其混凝土强度等级、楼层及泵送高度分布情况如表1所示。

结合天津高银117大厦混凝土施工中面临的质量控制、生产组织、物质保障、施工工艺、施工周期等诸多难题, 为使天津高银117大厦混凝土施工过程中有据可依、有章可循, 针对性地编制一系列专项技术及施工方案, 如《117大厦混凝土施工方案》、《117大厦主塔楼超高泵送混凝土技术支撑方案》、《117大厦混凝土水平泵送试验方案》、《117大厦混凝土冬期施工方案》及《117大厦混凝土生产组织专项作业指导书》、《117大厦混凝土生产专项应急预案》等, 混凝土生产施工过程中严格执行实施, 保障混凝土施工过程中的稳定性。

根据混凝土配合比及项目部提供的每月预计混凝土生产量计算出理论物资需求量, 同时也结合搅拌站物质储存能力及时进行原材料进厂, 充分保障生产需求。在混凝土正式生产前, 及时对骨料、粉料及外加剂等进行库存盘点, 确保生产过程中物质供应的连续性, 此外, 应充分考虑突发事件的产生, 对所有原材料采取盈余库存。搅拌站还应充分了解各原材料供应商的库存情况、供应路线、运输时间及车辆安排等相关信息, 以应对车辆故障、交通拥堵等紧急情况的发生。

考虑到天津高银117大厦混凝土施工的重要性, 在接到混凝土开盘通知后, 应立即组织车辆、生产线等, 确保生产顺畅, 租用附近搅拌站防止突发事件影响混凝土供应连续性。此外, 做好设备日常维护保养, 做好应急预案。

选用冀东P·O42.5普通硅酸盐水泥, 应具有较低的需水性, 与外加剂适应性良好, 其他指标须符合GB175—2007《通用硅酸盐水泥》。

选用优质矿物掺和料改善混凝土工作性能、力学性能及耐久性能。S95矿粉主要控制其需水量比及活性指数指标;选用优质I级粉煤灰, 主要控制其烧失量、细度及需水量比指标;硅灰主要控制Si O₂含量、需水量比及烧失量指标。掺和料种类及用量根据混凝土强度等级、混凝土施工高度及施工要求选择。

超高泵送混凝土所用骨料应具有连续级配, 粒形圆润饱满, 针片状及含泥量少。不得采用活性骨料或在骨料中混有此类物质的材料。细骨料选用天然II区河砂, 含泥量≤1%, 泥块含量≤0.5%, 细度模数应控制在2.4~2.8, 其他技术指标符合GB/T14684—2011《建设用砂》;粗骨料采用2种粒径石子, 其中大石为5~25mm连续级配碎石, 最大粒径≤25mm, 小石为5~16mm连续级配碎石, 最大粒径≤16mm, 2种石子含泥量均≤0.5%, 针片状含量≤5%;其他技术指标应符合GB/T14685—2011《建设用碎石、卵石》。

使用聚羧酸高性能减水剂, 外加剂的性能要求为:具有良好的水泥适应性, 使得混凝土具有优质的工作性, 可合理调整混凝土黏度, 具有良好的混凝土坍落度保持能力, 能够调整混凝土凝结时间及含气量至适宜范围, 降低混凝土压力泌水率, 对钢筋无腐蚀作用, 其他技术指标应满足GB8076—2008《混凝土外加剂》。

使用自来水, 应满足JGJ63—2006《混凝土用水标准》。

1) 天津高银117大厦超高泵送混凝土采用混凝土扩展度 (K) 、倒坍流空时间 (D) 、含气量、压力泌水率及扩展度经时损失表征混凝土泵送性能。天津高银117大厦超高泵送混凝土性能要求如表2所示。

2) 结合混凝土宾汉姆模型, 采用自主研制混凝土流变仪检测混凝土流变性能 (黏度τ及屈服应力η) , 通过配合比及外加剂调整改善混凝土流变性从而优化其施工性能。采用德国普茨迈斯特公司发明的滑管式流变仪模拟真实泵送的状态测得混凝土的压力与流速, 评价并优化混凝土泵送性能。

3) 建造混凝土千米级水平盘管试验基地, 管道总长1 000m, 90°弯头40余处, 如图1所示。通过混凝土泵送模拟验证低温条件下混凝土泵送施工性能, 为实际施工提供依据, 试验采用三一HBT90CH2150D型高压泵, 泵管为直径150mm高压泵管。千米级盘管试验混凝土数据如表3所示, 从表3可以看出, 混凝土泵送施工性能良好, 力学性能符合工程要求。

1) 生产天津高银117大厦混凝土所用骨料、特殊粉料及外加剂等原材料均采用专门料仓、罐体等储存, 防止与普通混凝土原材料混淆。

2) 开盘前1h, 客服专员通知调度室进行天津高银117大厦混凝土专用骨料换仓, 将仓内剩余骨料全部清除, 防止非天津高银117大厦混凝土专用骨料用于混凝土的生产中;改换天津高银117大厦混凝土专用外加剂输送管道, 将管道内残留外加剂抽出;选用天津高银117大厦专用混凝土配合比。

3) 技术人员根据每周原材料及气候变化, 并结合当周天津高银117大厦混凝土施工情况, 有针对性地进行混凝土试配验证, 动态调整混凝土配合比及外加剂, 保持混凝土和易性能稳定 (见图2) , 做好试配记录。

4) 混凝土开盘前, 搅拌站质检员应进行砂含水检测并做记录, 给铲车司机骨料分布图, 防止上错材料。搅拌站技术科提供根据试配验证后的最新生产配合比, 试验员提供最新原材料检测数据, 质检员根据最新生产配合比、原材料质量情况及砂含水数据进行混凝土开盘, 开盘后取样并进行混凝土性能检测, 调整混凝土至施工性能达到出厂控制标准方可出厂, 并留置混凝土试块。

5) 混凝土生产过程中, 搅拌站质检员每隔1h进行骨料料仓巡视, 并做好记录;每隔1h检测砂含水并取样观察混凝土状态, 且根据砂含水变化及混凝土状态及时调整, 保障混凝土施工性能。

1) 应选择运距较短、路况较顺畅的混凝土运输路线, 尽量减小混凝土运输时间。

2) 现场等待车辆不宜超过3辆, 尽量缩短混凝土出机至泵送时间, 保障混凝土性能。

3) 现场等待时间>2h或混凝土扩展度损失>50mm, 倒坍流空时间>5s时, 混凝土应进行退货, 如果现场混凝土性能损失可用外加剂调整的, 现场可使用与生产相同外加剂调整1次, 此外现场严禁加水调整混凝土。

4) 现场质检员应做到每车混凝土性能检测, 检测合格后, 混凝土才可泵送浇筑。楼顶质检员应对每次施工混凝土出泵进行性能检测, 检测结果及时反馈至楼下质检员或站内质检员, 及时调整混凝土施工性能, 保持混凝土性能稳定。

5) 现场客服人员、质检员应等交接班人员到位后才能离开, 避免现场出现人员“真空”情况。

天津高银117大厦混凝土泵送高度达597m, 超高的泵送高度对混凝土泵、泵管的抗压性能要求较高, 同时, 该工程混凝土施工周期长达数年, 对于设备的磨损等也是需要重点考虑的问题。综合多重因素进行混凝土泵及泵管的选择。混凝土泵送高度由出口压力决定, 在理论计算的基础上, 赋予泵更多的压力储备来应对施工中混凝土异常、堵管等特殊情况, 因此, 天津高银117大厦采用三一重工HBT90CH2150D型高压泵, 该泵的技术参数如表4所示。同时, 选用三一重工特殊淬火处理的耐磨合金超高压管道, 既保障了混凝土管道的抗压抗爆能力, 又提高了耐磨损寿命。

混凝土输送泵送阻力随输送管径的减小而增大, 输送管直径越小, 输送阻力越大, 因此天津高银117大厦混凝土施工选用150mm超高压泵管。超高压管道布管时, 通过合理设置水平管缓冲混凝土垂直方向的压力, 天津高银117大厦泵管在底部设有约120m水平管道, 混凝土泵送高度每提高200m, 设置水平管道抵消垂直自重压力。天津高银117大厦主要布置3套混凝土泵送管道, 其中2套为主要泵送使用管道, 1套为备用管道。此外, 定期对混凝土泵管进行检查, 主要检测泵管管壁厚度及连接处密封性, 形成检查记录, 对于不符合施工要求的泵管及时保养及更换。

天津高银117大厦混凝土泵送高度高, 泵管如固定不牢, 则在泵送过程中很容易导致泵管松动漏浆甚至堵管。该工程泵管通过水泥墩浇筑固定。先将泵管铺设后, 在泵管下面安置钢筋模板, 浇筑混凝土墩, 水泥墩硬化后采用U形卡固定泵管。水平管与竖直管连接处也采用相同方式。垂直管则直接采用U形卡将泵管固定在墙壁上, 如图3所示。

天津高银117大厦在300m以下混凝土洗泵时, 由于混凝土压力相对较小, 故采用传统水洗方式进行洗泵, 在300m以上混凝土施工时, 采用水洗因压力太大很容易导致渗透性极强的水穿透泵管连接处的密闭胶圈, 导致漏水、漏浆从而洗泵失败;此外, 高压下水容易破坏泵的眼镜板及切割环, 导致设备损坏影响使用寿命。

因此, 天津高银117大厦300m以上混凝土施工时, 采用气洗方式对混凝土管道进行清洗, 混凝土气洗原理及总布置如图4所示。

混凝土泵管气洗流程为:关闭截止阀, 更改管道至回收管, 回收罐车停靠到位→拆布料机软管, 连接气洗接头→连接空压机并开始打压→打压10min后, 打开楼下截止阀, 混凝土流出→海绵球从回收管喷出, 气洗结束。

混凝土超高泵送施工技术是超高层建筑施工的核心难点之一, 以天津高银117大厦工程为例, 介绍了超高层泵送混凝土施工的质量控制措施及施工关键技术, 在漫长的施工周期中保障了混凝土的性能稳定及施工顺利。搅拌站通过成立指挥部, 确保了组织机构及人员稳定, 编制专项施工方案为天津高银117大厦超高泵送施工指明方向。优选混凝土原材料及配合比, 加强混凝土生产、运输及施工过程中的质量控制, 多环节监控混凝土性能, 动态调整配合比及外加剂保障混凝土施工性能;合理选择泵送设备、正确进行管道布置及固定, 根据实际施工状况选择洗泵方式, 提高了施工效率, 降低了堵管等工程施工的风险。