超高层建筑钢管混凝土配制与应用

结合青岛市国际航运中心项目的施工难点，介绍了顶升自密实钢管混凝土配合比的设计方法，从泵送设备的选择、混凝土浇筑、泵管清洗等方面，阐述了混凝土的质量控制及现场施工要点，达到了良好的施工效果。

0引言

随着建筑理论的深入研究和高性能自密实混凝土施工工艺的不断发展，钢管混凝土在超高层建筑中得到广泛应用。钢管混凝土是在钢管内填充混凝土，使钢管内的混凝土处于三向受压状态，提高混凝土的抗压强度;同时，钢管内部的混凝土又可以有效地防止钢管发生局部屈曲，将两种不同性能的材料组合在一起，充分发挥了两者的特点与优势。目前，钢管自密实混凝土的施工方法主要有两种:

1)高位抛落免振捣法，钢管分成多段，将自密实混凝土从顶部浇筑，该施工方法可能导致管内混凝土不连续、整体性差，且施工时间长，施工质量无法保证，同时存在较大的施工安全隐患。

2)泵送顶升浇筑法，该施工方法是在管柱下部开临时浇筑孔，利用混凝土输送泵自下向上浇筑混凝土，该施工方法能较好的避免高抛法的各种弊端，是目前浇筑钢管混凝土最行之有效的方法。本文所述的钢管自密实混凝土的施工采用泵送顶升法浇筑。

1工程背景

青岛市国际航运中心项目位于市北区连云港路66号，建筑面积160057．13m2，主楼塔高为254．4m，主楼为框架—核心筒结构，框架结构由钢管混凝土柱和钢梁组成。平面共布置了15根钢管混凝土柱，钢管柱最大直径为1400mm，最小直径为1000mm，钢柱最大壁厚为35mm。本工程主楼竖向钢管柱采用超高层自密实混凝土顶升法施工，自密实混凝土等级为:C60(顶升高度6层～24层)，C50(顶升高度25层～56层)。

2施工难点

1)钢管内加肋。本工程外框架由钢结构圆管柱和钢梁组成，钢管柱内灌注混凝土，为加强钢管柱的刚度，在钢管柱内设置横向加劲肋，因此给混凝土施工带来极大难度。

2)超高层泵送。本工程最大泵送高度为256m，泵管总长度大于320m，因为泵送高度大，泵送距离长，因此该工程对泵送设备的可靠性，泵管的直径、壁厚以及泵管的设置、固定均有较高的要求。

3)15根柱子连续施工。15根柱子依次浇筑，需要足够的拆管接管时间，工人操作时间控制在15min～30min之间。综合考虑，本工程采用泵送顶升法浇筑钢管混凝土，钢管混凝土强度等级为C60(顶升高度6层～24层)，C50(顶升高度25层～56层)。要保证钢管混凝土的顺利浇筑和质量，关键是要保证混凝土的泵送性和自密实性，因此制备出的混凝土需要具有良好的流动性以及流动保持性，同时还需具有较小的黏度和适当的凝结时间。在浇筑过程中混凝土要经过钢管中的横向肋板填充密实，因此混凝土流动性要高。由于楼层高，泵送压力大，混凝土要有较小的黏度，以降低泵送顶升压力，且要求混凝土流动性和坍落度的经时损失要小。

3混凝土配合比设计

3．1原材料选择

1)水泥:选用烟台三菱水泥有限公司生产的P．O52．5级水泥。水泥组分及性能对混凝土施工性能影响较大，要根据细度、标准稠度用水量来选取水泥，本文选用三菱P．O52．5水泥，性能指标见表1。

2)矿物掺合料:选用Ⅰ级粉煤灰，细度为11%，烧失量3．1%，需水量比93%。由于矿粉比表面积大、颗粒形状不规则，并且会增加混凝土的黏度，因此本文仅选用粉煤灰作为掺合料制备混凝土。

3)骨料:本工程输送管内径为125mm，顶升混凝土的施工工艺，保证混凝土的密实效果，针对目前青岛的地材情况，采用5mm～20mm连续级配的玄武岩碎石，针片状含量1．2%，压碎值指标4．6%，堆积密度1510kg/m3，表观密度为2760kg/m3。砂选用水洗两边河砂，细度模数2．7，含泥量2．3%，堆积密度1480kg/m3，表观密度为2660kg/m3。

4)外加剂:选用山东中岩建材科技有限公司专门配置的NZY-TPC聚羧酸系高性能减水剂，固体含量11．5%，pH值6．5，减水率28%，推荐掺量2．5%。确保了混凝土在高流动性状态下具有较好的黏聚性。5)膨胀剂:选用武汉三源特种建材有限责任公司SY-AEA型高效减缩膨胀剂，限制膨胀率水中7d不小于0．025%。为防止钢管混凝土在水化过程中的化学收缩和自干燥收缩，在配制混凝土时，采用了一定量的优质膨胀剂。

3．2混凝土性能要求及配合比设计

为了满足泵送顶升施工工艺的质量，混凝土除了要有较好的自密实性，还要有较低的收缩性能以及较好的流动保持性(3h无大的坍落度、扩展度损失)，同时具备足够的混凝土初凝时间(不小于10h)，以保证混凝土在整个泵送顶升过程中保持良好的流动性。另外，为了满足15根柱子连续施工，要求混凝土在泵管中静置30min无分层抓底现象，保证和易性良好。通过大量试验对比和验证，最终确定满足工程需要的自密实混凝土配合比见表2，具体性能见表3。

4混凝土质量控制及现场施工

4．1泵送设备的选择及管线布置

本工程施工高度为256m，项目考虑到实际情况，24层(100m左右)以下顶升施工采用ZLJ5121THB型普通车载泵，24层以上采用三一重工生产的HBT90CH-2128D超高压混凝土泵。由于施工工艺的特殊性，对泵管线路设计要求严格，经过多方考虑确定了本次混凝土浇筑泵管的布置方案，具体管线设计如下:1)在高层混凝土泵送中要求，水平管与竖直管道长度之比应不小于1/4左右，用来平衡垂直管道混凝土产生的反压。

泵送高度256m，地面水平管设置长度为65m，水平管节点处采取泵管固定措施，见图1。2)在28层设置转换层，转换层楼面设置30m的水平管，来平衡垂直管道混凝土产生的反压。在距离车载泵5处，设置1个液压截止阀，防止泵管内的混凝土回灌入泵车内。3)由于下部泵管内压力较高，所以在30层以下采用了125×8高频淬火钢管，壁厚为8mm，弯管采用耐磨铸钢，有30°，60°和90°，管道使用平口法兰螺栓连接，采用O形圈端面密封方式密封。

4．2混凝土的浇筑

1)合理的泵送工艺:混凝土泵送前，先用清水润湿泵管;接着泵送0．5m3水泥浆，避免泵管中润泵砂浆和水直接接触，防止水冲刷砂浆堵管;接着泵送同混凝土配合比的砂浆用以润滑泵管，润泵完成后水和水泥浆统一收集接出，砂浆泵入柱子内，每根钢管柱混凝土连续浇筑完成(见图2)。2)混凝土顶升至柱顶后，输送泵停止工作，稳压5min～6min，若柱顶混凝土面无明显回落，关闭止回阀，拆除混凝土输送管，安装封头，混凝土输送泵管移至下一钢管前就位。单根钢管混凝土浇筑完后，应及时清理从排气孔流出的水泥浆污染的钢结构。

4．3混凝土泵管清洗

由于自密实混凝土自身黏度较大，输送管道的清洗是一个非常重要的环节。泵送管道清洗不到位会直接影响下次施工的顺利进行。本工程采用超高压清洗的方法，混凝土泵送完成后，浇筑2料斗～3料斗同混凝土配合比的砂浆作为过渡层，再用清水进行清洗，砂浆和清水之间加一海绵球进行间隔。这样清水到达的高度和泵送高度相同，这样既清洗了泵管又避免了泵管内混凝土的浪费。

5结语

青岛国际航运中心项目成功应用顶升混凝土施工工艺，C60自密实混凝土最大浇筑高度104m，C50自密实混凝土最大浇筑高度256m。顺利施工的关键是混凝土具有较高的流动性、良好的自密实性、较低的黏度和较好的流动性保持性能;同时顶升自密实混凝土施工是一种系统工作，除对混凝土性能严格要求外，还要从设备的选用、混凝土泵管布置、施工工艺及泵管清洗等方面综合考虑，才能保证工程的质量。

同时，顶升法施工与传统的高抛法相比，在施工进度、质量和安全等方面给工程带来了较好的收益和效果，具体如下:

1)顶升法施工降低了接管难度，单次混凝土浇筑时间缩短，减少了人工投入;顶升施工不受节点施工的制约，同时也不会影响上部钢结构的安装和楼层混凝土的施工。钢管柱混凝土顶升可以在“业余时间”进行施工，对整体工程而言，大大缩短了施工工期。

2)顶升法施工无须搭设专用的浇筑平台，增加了操作的安全性，降低了大量的安全平台搭设成本和人工费。

3)顶升自密实混凝土施工，更能实现钢管混凝土的密实性，保证混凝土质量。