第七节超高层砼泵送施工方案

腾讯滨海大厦总承包工程施工组织方案220第七节超高层砼泵送施工方案1.工程概况1.1主塔楼结构的混凝土强度等级根据设计图纸的说明，本工程主塔楼结构的混凝土强度分布状况如下：1.2主塔楼结构的混凝土泵送估算量主塔楼结构在正常施工状态下，沿立面标高将保持2个上下层次的混凝土浇筑作业面，分别为：南塔第一作业层：核芯筒剪力墙，每次施工一层，混凝土量估算约520立方。第二作业层：滞后第一作业层3-4层左右，核芯筒外水平楼板，每次施工一层，混凝土量估算约477立方。北塔第一作业层：核芯筒剪力墙，每次施工一层，混凝土量估算约548立方。第二作业层：滞后第一作业层3-4层左右，核芯筒外水平楼板，每次施工一层，混凝土量估算约468立方。建筑单体作业层次序浇筑部位砼方量（最大值）浇筑时间（h）南塔第一作业层核心筒柱、梁、剪力墙520m³8.6h第二作业层核心筒外柱、梁、水平楼板477m³7.9h北塔第一作业层核心筒柱、梁、剪力墙548m³9.1h第二作业层核心筒外柱、梁、水平楼板468m³7.8h2.主塔楼结构混凝土输送泵的选择2.1混凝土输送泵的选择2.1.1腾讯滨海大厦项目理论要求1)南塔50层，主屋面高度243.7m，北塔39层，主屋面高度194.15m2)混凝土强度等级C30、C35、C40、C45、C50、C55、C60；3)每小时实际输送方量不小于60方。2.1.2设备选型腾讯滨海大厦总承包工程施工组织方案221根据高度要求，泵送到246.3米高度的混凝土出口压力大约需要大于24MPa(详第3小节，混凝土压力计算)，而按实际需要每小时输送方量不小于60立方，因此必须采用两台混凝土泵同时施工泵送，每台混凝土泵输送量不少于30方。针对以上要求，我们拟选用三一重工生产的HBT90CH-2122D混凝土输送泵,可以满足该项目混凝土泵送施工的要求。具体配置如下：1)泵送设备：HBT90CH-2122D五台,其中使用4台,1台备用，2)布料机：塔楼主楼核心筒HGD28型内爬式4台，四套管道及管道附件。3)液压截止阀+液压泵站各2套。2.1.3HBT90CH-2122D混凝土输送泵的基本技术参数技术参数HBT90CH-2122D整机质量（kg）12000外型尺寸（mm）7350×2300×2750理论混凝土输送量（m³/h）90/60理论混凝土输送压力（Mpa）14/22液压系统压力MPa32输送缸直径×行程（mm）φ200×2100主油泵排量（cm³/r）190×2柴油机功率（kW）186×2上料高度（mm）1420料斗容积（m³）0.7理论最大输送距离（m）(125A管)水平2500垂直8352.1.4HBT90CH-2122D技术特点1)双动力功率合流技术双泵合流技术，可独立启动。在低负载大排量工作状态下，开动一组动力186kW柴油机，油耗相对较小。当一组动力出故障时，另一组动力仍可维持50%的排量继续工作，大大提高了设备的可靠性，这是一款针对高层泵送的特制超高压拖泵。由于顶层混凝土标号相对不高，泵送性能较好，达到最大高度后，排量应不小于45m³/h。2)砼活塞自动退回技术混凝土泵的砼活塞作为最主要的易损件，对其进行维护更换的方便性直接影响着混凝土泵送的效率。采用该项技术，更换砼活塞由原来4小时缩短到30分钟。3)柴油机转速计算机控制节能技术采用PLC、步进电机及速度传感器对柴油机进行控制，结合发动机功率特性曲线，可根据不同工况自动调节发动机的油门，使设备在满足施工要求的最省油工况下运行，提高燃料的经济性，达到节能降耗的目的，平均节约油耗20%以上。4)超高压混凝土直接水洗工艺：超高层泵送中，HBT90CH2122D超高压泵泵沿用“泵送多高、水洗多高”这一具有传奇色彩且创造了水洗最高世界纪录的技术，混凝土浪费减至最低程度。由于没有管道里的残余混凝土，减轻了渣土处理及管理的负担，降低了施工过程的工作量和成本。5)硬质合金眼镜板、切割环腾讯滨海大厦总承包工程施工组织方案222S管带动切割环在眼镜板之间来回切割，并夹杂高压砂粒磨琢，普通眼镜板和切割环很快就会磨出间隙，泄压。超高压泵送更加容易出现泄压，针对于此现象，我们开发了“L”形分体式硬质合金眼镜板，使用寿命大于8万方。6)砼活塞当进行超高层泵送时，管道内的混凝土对砼活塞产生巨大的背压，普通砼活塞承受不了此压力，出现砼密封体周边被剪切而损坏。采用专利技术的纤维增强聚氨脂砼活塞具有高强的抗背压剪切、抗老化、抗水解和耐磨损能力.7)压差感应换向控制技术：问题：超高压泵送，系统压力高、排量大、冲击大、反压大解决方法：压力传感器监测换向讯号；换向时电比例主油泵按设定的曲线减小排量。优点：使换向平稳，完全消除了液压系统换向压力尖峰，同时噪声降低5dB。如下图：换向压力峰值由23MPa下降为18MPa。2.1.5混凝土泵管系统的选择由于混凝土泵管内的泵送压力高达22MPa，泵管内将产生270kN的纵向拉力，所以必须采用耐高压的管道系统方能满足泵送要求，具体选择方案见下表所示：序号项目选用方案1管径管径越小则输送阻力越大，过大则抗爆能力差且混凝土在管内流速慢，影响混凝土的性能，综合考虑选用内径为125mm的输送管。2管厚选用壁厚为9mm，材料采用45Mn2，内表面高频淬火，硬度HRC60以上，寿命≥100000m³。，保证管道的抗爆能力。3接头形式采用法兰螺栓连接的形式保证泵管连接的牢固性。4密封圈超高压管采用O形密封圈的密封结构。管道连接采用活动法兰螺栓紧固结构联接，方便接管，承载压力在30MPa以上。减少压力损失，确保接头处长期可靠。2.1.6输送管的安装与固定输送管的固定分为刚性固定与柔性固定两种。刚性固定是输送管固定座通过直接与地面或墙壁相连；柔性固定是输送管固定座与地面或墙壁之间安装有减震装置。带减震装置的固定座可以吸收或抑制输送混凝土产生的震动和噪音，可以有效减少输送混凝土产生的震动和噪音的传递，从而达到减震和消除噪音的目的，保护了施工周边的环境，也不会影响周围的施工作业。1)水平管的安装与固定每根管用2个砼管固定装置固定牢固、防止管道因震动而松脱水平弯管固定方式压差感应换向系统压力曲线一般系统换向压力曲线腾讯滨海大厦总承包工程施工组织方案223带减震装置的水平管固定座刚性连接的水平管固定座2)垂直管道的安装与固定在墙壁上预埋高强度钢板，U码焊接在钢板上，再用砼管固定装置固定牢固竖直管道固定水平管与垂直管交汇处固定2.1.7液压截止阀的安装在泵的出口端和1楼安装截止阀，阻止垂直管道内混凝土回流，便于设备保养、维修与水洗。2.1.8管道的水洗技术1)水洗的准备(1)在泵旁边建一个水池或建二个水箱（容积约9立方米），接二个2-3″的水管到二台泵旁边，作水洗之循环利用。制作二个斗（容积约1-2立方米）。用于承接废料。腾讯滨海大厦总承包工程施工组织方案224(2)水洗原理与方法150米以下高度时，采用图一所示用海绵塞的水洗方法。150米以上高度时，采用图二所示不用海绵塞的水洗方法。因为，如果仍用海绵塞，由于海绵塞不能完全对高压水密封，渗过海绵塞的高压水形成小激流，流速比海绵塞快，从而冲走混凝土的砂浆，使海绵塞前的石子越积越多，当水流推力不足以克服石料自重和阻力时，就会发生堵管。而采用图二所示水洗方法，用混凝土泵先直接泵一料斗砂浆再泵水清洗，且不用海绵塞，其原理几乎与泵送混凝土的原理完全一样。不会出现石子越积越多的现象，从而实现泵送多高，水洗多高。3.混凝土压力计算主楼最大泵送高度246,30m，混凝土泵送高度高，泵送难度大。体现混凝土输送泵泵送能力的两个关健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。从理论计算与工程实践两个方面对出口压力与功率进行分析，再对所选输送泵进行复核验算。理论计算按JGJ/T10-95《混凝土泵送施工技术规程》，泵送混凝土高度按300m计算混凝土输送泵所需压力。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阻力造成的压力损失P1、混凝土经过弯管及锥管的局部压力损失P2以及混凝土在垂直高度方向因重力产生的压力P3。水平管压力损失：P1=∆P1×l=4d[k1+k2(1+t2t2)V2]α2×l式中：—单位长度的沿程压力损失。l—管道总长度，垂直高度主楼按300m，泵管水平长度均取80m。—粘着系数，取=（3.0-0.01S）×102(Pa)，S为塌落度，按S=200㎜计。=（3.0-0.10S）×102(Pa)=100Palp1k1k1k腾讯滨海大厦总承包工程施工组织方案225—混凝土输送管直径，取125mm—速度系数，取=（4.0-0.01S）×102(Pa/m/s)。=（4.0-0.01S）×102=200Pa—混凝土泵分配阀切换时间与活塞推压混凝时间之比，其值约0.3—混凝土在管道内的流速，当输送量40m3/h时，流速约1.08m/s。—径向压力与轴向压力之比，其值约0.9。按上式计算得出，主楼P1=4.67Mpa。弯管压力损失弯管：90º，按20个（含布料杆弯管）计；45º弯管按2个计；锥形管按1个计。每个90º弯管、锥管压力损失0.1MPa；每个45º弯管和截止阀压力损失0.05MPa。S分配阀压力损失0.2MPa。每套管道设置2个截止阀。P2=21×0.1+4×0.05+1×0.2=2.5MPa。竖管中混凝土自重压力损失：P3=ρgH=2600×9.8×300×10-6=7.64MPa。式中：ρ—混凝土密度，取2600kg/m3g—重力加速度9.8m/S2H—泵送高度，按300m计算理论计算结论泵送300m高时所需总压力：P=P1+P2+P3=4.67+2.5+7.64=14.81（Mpa）经验计算根据多项超高层工程高强混凝土泵送情况统计，水平和竖向配管单位长度管道内的压力损失为:=0.02MPa/m，按水平配管80m，竖向配套300m计算沿程压力损失。P1=×=380×0.02=7.6MPa高强混凝土泵送至300m高所需压力计算沿程压力损失：P1=7.6MPa弯管压力损失（按上述理论计算）P2=21×0.1+4×0.05+0.2=2.5MPa。垂直高度压力损失：（按上述理论计算）P3=ρgH=2600×9.8×300×10-6=7.64MPa主楼混凝土泵送所需总压力：P=P1+P2+P3=7.6+2.5+7.64=17.71Mpa最大混凝土出口压力确定按JGJ/T10-95《混凝土泵送施工技术规程》，主楼理论压力计算出口压力为14.81MPa，按经验统计数据，主楼混凝土泵送出口压力为17.74MPa。在选择混凝土输送泵时，混凝土泵的最大出口压力应比实际所需压力高20%左右，多出的压力储备用来应付混凝土变化引起的异常现象，避免堵管。而用于超高层建筑的混凝土泵送，其意外的因素更多，要求的可靠性更高，显然应该有足够的压力储备。因此，根据上面的计算结果，主楼将混凝土泵的最大出口压力确定为22MPa，一方面有约50%的压力储备，另一方面，在正常的工作状况下，液压系统工作压力不超过24MPa，工作的可靠性更高。4.设备功率确定根据上述压力计算，当出口压力22MPa时，系统压力为24MPa。主系统恒功率变量点设定p=26Mpa。柴油机额定转速为2000rpm。主油泵2台，排量为合计190毫升/转。换向油泵1台，排量25ml/r，最高工作压力16Mpa搅拌油泵1台，排量23ml/r，最高工作压力12Mpa主油泵功率W1=P×Q/60=24×190/60=76kW换向泵的功率W2=P×Q/60=16×50/60=13kW搅拌泵的功率W3=P×Q/60=12×23/60=4.6kW发动机功率：W=（W1+W2+W3）/η=（76+13+8）*2/0.88=213.6kWη：机械效率，取0.88确定的功率—213.6kW功率的不确定因素较少，选择混凝土输送泵设计的泵送量为60m3/h，按80%的容积效率计算，实际泵送量也在40m3/h以上，因此功率无需再增加储备，不低于计算的较大值选取即可满足要求，故输送泵选择两台186kW的