复建超高层建筑的混凝土运输研究

时间：2024-08-31

李志强

中铁建工集团有限公司广州分公司广东广州 511400

广州城际中心工程自2015年11月开工建设，受金融城片区120 m航空限高影响，于2017年4月施工至限高线即主体结构26层楼板高度，2019年11月完成26层以下包括装修、机电等所有工程建设内容。按照最新政策，航空限高问题有望解决，应业主要求，计划对该工程进行限高以上楼层复建。因混凝土输送通道的选择，需避开已建成的功能区域，故复建过程中的混凝土输送成为制约混凝土结构施工节奏的重难点问题。基于此，本文对该超高层复建时的混凝土输送方式和相关措施进行研究[1-2]。

1 工程概况

广州城际中心工程位于广州国际金融城起步区A007-2地块，是广州金融城的地标性亮点项目，是以城际轨道交通调度指挥中心、写字楼、商业等配套设施为主的综合性超高层建筑。项目占地面积14 759.8 m2，地下室3层，地上39层。项目建筑高度180 m，总建筑面积为142 363.9 m2。目前已施工至25层屋面（109.5 m），限高问题解决后，需继续施工至地上39层。工程结构如图1所示。

复建工程范围为26—39层，建筑面积为25 584 m2。

26—37层各楼层层高为4.2 m，38层层高为4.9 m，39层层高为6.7 m。工程主要结构形式为框架核心筒结构。核心筒的4个角从地下室至39层各设置了一个十字形钢骨柱，塔楼主塔20层以下的核心筒外侧周边框架柱为钢管柱，20—22层核心筒外侧周边框架柱为内置型钢的钢骨混凝土柱。工程复建如图2所示。

图1 工程结构示意

图2 工程复建示意

2 混凝土输送难点和重点分析

该工程已施工至25层顶板，目前顶板作为临时天面已封闭，25层及以下均已装修并安装了机电设备，具备办公及商业入驻条件，且未来一段时间内将完全启用25层以下区域。复建期间，混凝土的运输方式成为制约工程连续施工的一大阻碍。

混凝土浇筑时一般有塔吊和泵送这2种运输方式。塔吊运输方式效率低，且混凝土水泥浆容易“跑冒滴漏”，对已建成功能区建筑造成污染，影响已建成区运营。

相比于塔吊运输方式，泵送方式具有效率高、施工质量易保证、能加快施工节奏等优点，但泵管线路面临布置难和无处设置的困境。已建成楼层区域四周的玻璃幕墙围护结构均已封闭，输送泵管不能在结构外围布置；已建成楼层区域已装修并且即将投入运营，泵管也不能在结构楼板上开孔布置。

根据复建工程的实际情况，经过综合研究分析，初步选定混凝土泵送方式，但需对其泵管线路的走向进行科学设计，避免走向运营的楼层功能区。

经过研究分析，初步选定电梯井道作为输送泵管的布设通道，即拆除电梯轿厢，利用电梯井道剪力墙来固定混凝土泵管，但在狭窄空间和已有电梯零件的条件下，如何安装泵管并将其固定在剪力墙上是一个难点。同时，泵管须避开已运营的地面大厅，进入电梯井道只有一处，且有汽车坡道阻碍，此为地面层混凝土泵管布置的又一难点。

3 总体思路

本复建工程混凝土结构柱、墙体、梁、板等采用整体浇筑的方式，混凝土采用预拌混凝土，泵送机械采用地泵，并一次性从地面泵送到施工作业层。

根据复建工程施工特点，利用高位电梯井道作为混凝土输送通道，高位电梯井道剪力墙作为混凝土泵管的安置位置。地面水平泵管从地面布置至高位电梯井道口，垂直泵管沿高位电梯井道壁固定在剪力墙上，作业层水平泵管连接到施工楼层上的布料机。

垂直泵管沿高位电梯井道壁一直安装布设至26层施工作业层，且后续随主体结构升高而接长，并保持整根垂直管在同一铅直线上。总体方案如图3和图4所示。

图3 地面层泵管布置示意

地面层水平段泵管，利用地面层汽车坡道作为水平通道，并穿过走廊，布设至高位电梯井道口。由于汽车坡道上有临空面，水平泵管难以固定和架设，故在汽车坡道上设置钢筋混凝土支墩支撑泵管。同时，为便于检修，在汽车坡道上搭设钢管脚手架检修平台，方便汽车坡道上水平泵管的检修和维护。

图4 高位电梯井道泵管布置示意

4 具体措施分析

4.1 泵送机械选择及复核分析

从技术角度看，复建工程混凝土输送机械选择时主要考虑满足超高层的高度要求，以及满足地面层弯折管道后增加摩阻的技术要求。经分析，混凝土输送泵选型为HBT90型地泵，布料机选择传统的HGY10型布料机。泵送高度180 m，先进行核心筒施工，再进行外框架的施工。

根据现场情况，按最长路径配管：地面水平管布置42 m，90°弯管4个（地面层3个，浇筑层1个），垂直管按185 m计算，施工层需要布置水平管长度，最大不超过60 m，最终与布料机连接。直管两端用架体固定牢靠。软管1个，其余按常规配置。

HBT90型地泵为市场上主流的高层混凝土输送机械，根据此设备性能，最大泵送高度430 m，功率181 kW，完全可满足此复建工程结构需求。从经济角度来看，因有已建成运营楼层，泵送管道位于电梯井道中，施工作业空间狭小，检修及故障消除困难，且水平段泵管弯折摩阻过多，易增加泵送压力，故为降低泵管堵塞或其他故障发生的概率，应选择大功率混凝土输送设备，泵送扬程宜为1.5～2.0倍建筑高度。

4.2 输送泵管布置

4.2.1 布置原则

输送管道设置时应尽量缩短管线长度，少用弯管和软管，最大限度地降低泵送管道的摩擦阻力。为最大可能降低输送管道的总压力，在管路布置时应尽量减少弯管、锥形管的数量，尽量采用大弯管。管道接头应严密，防止输送管道压力泄漏。

4.2.2 水平管道布置

垂直管道长度随建筑物高度的增加而增加，被输送混凝土由于自重而产生回流的趋势也随之越来越明显。为此，须铺设一定长度的水平管道，以保证有足够的阻力减弱混凝土的回流。根据以往类似超高层的施工经验，水平管的布置长度应达到垂直管的1/4长度，本工程水平管长度设置为42 m左右。汽车坡道上的水平管架在混凝土支墩上，并用钢固定架固定，走道走廊上的水平管架设在混凝土墩台上，并用钢固定架固定（图5）。

图5 走道走廊上的水平管架设示意

钢筋混凝土支墩立于汽车坡道上，植筋锚入汽车坡道结构中，现浇并预留预制泵管固定架。支墩高度随坡度变化，混凝土强度等级为C25，采用6根直径18 mm三级螺纹钢，直径10 mm一级圆钢箍筋，间距200 mm。主筋植入坡道底板（图6）。

图6 汽车坡道上的水平管架设示意

混凝土墩台设置于走道至高位电梯前厅的地面部位，现浇并预留预制泵管固定架。墩台均匀设置，不少于4个，高度500 mm，混凝土强度等级为C25，采用10根直径18 mm三级螺纹钢，直径10 mm一级圆钢箍筋，间距200 mm。主筋植入首层结构板（图7）。

4.2.3 垂直管道布置

垂直管道布置在高位电梯井道剪力墙上，并用钢固定架固定。固定架在泵管接头位置上下各设置1个，即泵管标准段每3 m长度设置2个固定架（图8）。

垂直管段钢固定架，1—25层高位电梯井道采用后置埋件锚入的方式（图9），26层往上采用随混凝土结构预埋的方式（图10）。

图7 混凝土墩台平面示意

图8 高位电梯井道垂直管布置示意

图9 1—25层泵管固定架锚固示意

图10 26层往上泵管固定架锚固示意

4.2.4 检修平台布置

由于偶数楼层的高位电梯处留有逃生门，故于首层和偶数楼层的高位电梯井道处搭设钢检修平台，并在钢检修平台上搭设钢管脚手架，便于安装泵管固定架以及检修时的攀登作业。检修人员从逃生门进入高位电梯井道的钢检修平台，并攀登钢管脚手架进行检修和维修。钢检修平台完全锚固在电梯井道结构中。

将工字钢一端通过后置锚板焊接到剪力墙上，另一端搁置在电梯厅结构板上；再将花纹钢板铺于工字钢梁上，形成钢检修平台（图11）。

钢管脚手架搭设于钢检修平台上，由钢检修平台面搭设至下一钢检修平台底。钢管脚手架立杆立于检修平台工字钢位置，排距1 175 mm，间距900 mm，步距1 200 mm。

为便于检修，在汽车坡道上搭设钢管脚手架检修平台，方便汽车坡道上水平泵管的检修和维护。钢管纵横距900 mm，步距1 200 mm；采用方木作为次楞，钢管作为主楞，厚15 mm胶合板作为面板，外侧搭设高1 200 mm防护栏杆（图12）。

图11 钢检修平台示意

图12 汽车坡道检修平台示意

4.3 堵管、爆管处理措施

在混凝土浇筑过程中，若发现混凝土没有正常泵送时，应立即停止工作，从上往下逐层逐段沿泵管进行排查，若发现泵管堵塞、爆管时，应立即组织人力进行疏通或更换。当发生堵管时，先拆除首层电梯井道弯管上的第1节泵管，使立管中的混凝土因自重排至首层平台，排除立管堵塞，再通知混凝土输送泵重新工作，排除水平管堵塞；发生爆管时，应先沿泵管排查，找到爆管位置，再将损坏的泵管拆除并更换。

发生泵管堵塞或者爆管时，可利用电梯隔层设置的逃生门进入检修平台进行排查。排查已建成运营楼层范围内的泵管时，应按工程前期与已建成运营管理中心或物业商定好的应急处理机制，联系相关人员，以最短的时间排查故障并进行处理。因处理泵管而产生的混凝土垃圾，应将其先清理至杂物间，再装入斗经消防电梯转运下楼。