第九讲 超高层建筑混凝土工程施工（二）.pdf

第 3 3卷第 2期 Vo l _ 3 3 No 2 建筑施工 B UI L D I N G C O N S T R U C T 1 0 N 第 九讲超 高层 建筑 混凝 土 工 程 施 T I - Le c t u r e 9 ： Co nc r e t e Eng i ne e r i ng S upe r Ta l l Bui l d i ng 口 胡玉银 【 中图分类号】 T U 7 5 5 Co ns t r uc t i o n f o r ( 上海建工集 团股份有限公司 2 0 0 0 8 0 ) 文献标识码 B 【 文章编号】 1 0 0 4 1 0 0 1 ( 2 0 1 1 ) 0 2 0 1 5 7 0 3 ( 续接 上期 ) 3 混凝土超高程泵送 混凝土作为建筑材料已有 1 0 0多年的的历史， 但是大规 模应用于高层、 超高层建筑则还是在二十世纪六十年代以后 得益于混凝土输送工艺与设备的快速发展。 目前超高层建筑 施工中运用比较多的混凝土垂直运输主要有混凝土泵送和 塔式起重机 吊运 ， 其 中混凝土泵送运 用最为广泛。泵送混凝 土技术 1 9 0 7年首创于德国，它以混凝土泵为动力，以管道 为通道进行混凝土水平和垂直输送，具有机械化程度高、 输 送能力大、 快速高效和连续作业等优点，现己成为超高层建 筑混凝土施工中最重要的一种方法。 3 1 泵送工艺 超 高层建筑混凝 土泵送 工艺有一泵 到顶 工艺和 接力泵 送 工艺 ， 目前应用最广泛的是一泵 到顶工艺。 3 I 1 接 力泵 送 工 艺 接力泵送工艺是利用两台或两台以上混凝土泵接力将 混凝土泵送到超过单台混凝土泵送能力的高度。 接力泵送工 艺具有设备要求比较低的优点， 能够解决混凝土泵送设备泵 送能力不能满足混凝土实际泵送高度的难题， 因此在混凝土 泵送设备发展不能完全适应超高层建筑发展需要的早期应 用比较多。 我国在二十世纪八十年代两 0 开始大规模兴建超高 层建筑时，就较多地采用了接力泵送工艺泵送混凝土 ， 如 1 9 8 5 年上海市第四建筑有限公司在上海电信大楼工程施工 中， 采用两台中压泵接力泵送混凝土， 垂直高度达 1 3 0 m 1 1 。 日本间组( H a z a m a ) 建筑公司在施工马来西亚吉隆坡石油大 厦时也采用了接力泵送工艺泵送混凝土。 但是接力泵送工艺 存在施工效率低、 混凝土工作性能要求高、 施工组织难度大 【 作者简介】 胡玉银( 1 9 6 4 一 ) ， 男， 工学博士， 上海建工集团副 总工程师 、技 术 中心 主任。联 系地址 ：上海 市江杨 南路 1 6 4 6号 ( 2 0 0 4 3 1 o E ma i l ： h u y u y i n g g t c t o mc n 。 【 收稿日 期 J 2 O l 0 1 2 一 l 6 等缺点 ， 因此应用范围越来越小。 3 1 2一泵到顶工 艺 一 泵到顶工艺是利用一台混凝土泵将混凝土直接泵送 到施工所需高度。一泵到顶工艺具有工效高、 施工组织比较 简单等优点， 因此成为应用最广泛的超高层建筑混凝土泵送 工艺。 泵到顶工艺已经成为超高层建筑混凝土泵送工艺发 展的主流， 近期已建和在建的超高层建筑混凝土泵送都采用 了一泵到顶工艺 ， 如 上海环球金 融中心、 香港世界 贸易 广场 、 台北 i 0 1 大厦和迪拜大厦等。 近年来混凝土泵送设备的发展极为迅速， 能够满足超高 层建筑混凝土一泵到顶的需要 ， 不断攀登施工新高度 ， 因此 在超高层建筑混凝土泵送工艺制定时应当优先选择一泵到 项工艺。 3 2 泵送设备 3 2 1 混凝 土泵选 型与布置 ( 1 )混凝土泵选 型 应根据混凝土工程特点和混凝土施工计划， 在全面分析 施工所需的最大输送距离和最大输出量的基础上确定混凝 土泵的型号。 首先要确保混凝土泵的输送能力满足工程最大 输送距离要求。混凝土泵送管道系统设计完成后 ， 混凝土最 大输送距离一般可以按表 3计算确定。 当工程条件比较特殊 时， 比如高温、 干燥气候条件下施工， 混凝土最大输送距离应 通过试验确定。 其次要确保混凝土泵的输出能力满足工程最 大输出量要求。 应根据工程特点和混凝土施工计划确定混凝 土供应强度 ， 然后在综合考虑设备配置情况的基础上确定混 凝土最大输出量。 ( 2 )混凝土泵配置 混凝土泵的配置数量应根据混凝土浇筑数量、 单机的实 际平均输出量和施工作业时间按下式计算确定： = Q ( Q n xT o ) 式中 N 2 混凝土泵数量( 台 ) ； 0 混凝土浇筑数量( m ) ： 1 5 7 第2期 胡玉银 ： 第九讲 超高层建筑混凝土工程施工( 二 ) 表 3 混凝土输送管的水平换算长度 类别 单位 规格 水平换算长度( m) 向上 1 O O m 1 3 m 1 2 5 mm 4 垂直管 1 5 0 mm 5 1 7 5 1 5 0 ram 4 锥形管 根 1 5 卜 1 2 5 mm 8 1 2 5 1 0 O n 1 m 1 6 R = 0 5 m 1 2 弯管 根 9 0 。 r = 】O m 9 软 管 每 5 m8 m 长的 1 根 2 0 0 。 每台混凝土泵的实际 平均输 出量( m ) ； T n 混凝土泵送 施工作 业时间( h ) 。 当工程特别重要时， 混凝土泵的配置应在计算数量基础 上留有余地， 配置 1 - 2台备用泵 ， 以防混凝土泵发生故障产 生质量事故。 ( 3 ) 混凝土泵布置 混凝泵应布置在场地平整坚实、 道路畅通、 配管方便 ， 且距离浇筑地点比较近的地方。当采用接力泵送工艺时， 接 力泵应布置在上、下泵的输送能力都能够充分发挥的地方。 设置接力泵的楼面应坚固结实，必要时应采取措施加固， 确 保施工安全。 3 2 2 输送管道 系统 混凝土输送管道系统应根据工程特点、 施工场地条件和 混凝土浇筑方案设计。 应按输送距离最短原则设计输送管道 系统， 尽量缩短管线长度， 减少弯管和软管的使用。 混凝土输 送管应根据粗集料最大粒径、 混凝土泵型号、 混凝土输出量 和输送距离、 以及输送难易程度等进行选择。输送管应具有 与泵送条件相适应的强度。输送管的接头应严密， 有足够强 度， 并能快速装拆。 在同一条管线中， 应采用相同管径的混凝 土输送管道； 同时采用新、 旧管道时， 应将新管道布置在泵送 压力较大处： 管线宜布置得横平竖直。输送管道应铺设在施 工安全、 清洗和维修便利的地方。 垂直向上配管时， 地面水平 管道长度不宜小于垂直管道长度的 1 4 ，且不宜小 于 1 5 m 。 当采用接力泵送工艺， 接力泵出料的水平管道长度不宜小于 其上垂直管道长度的 l 4 ，且不宜小于 1 5 m 。在混凝土泵 V 形管出料口3 m6 m处的输送管道根部应设置截止阀， 以 防混凝土反流。混凝土输送管道应可靠固定， 不得直接支承 在钢筋、 模板 及预埋件上。 水平管宜每 隔一定距离用支架、 台 垫、 吊具等固定 。垂直管宜用预埋件 固定在墙和柱或楼板顶 留孔处。 在墙及柱上每节管不得少于 1 个固定点。在每层楼 板预留孔处均应固定， 不应把垂直管道下端的弯管作为上部 管道的支撑点， 应设钢支撑承受垂直管道重量。 3 3 施工技术 为确保超高 层建筑混凝土泵送施 工顺利进行 ， 必须 采取 针对性技术措施 ： ( 1 )充分准备。泵送前应用水湿润泵的料斗、 泵室、 输 送管道等与混凝土接触的部分 ， 检查管路无异常后采用水泥 砂浆润滑管道系统。 ( 2 ) 连续供给。混凝土泵送过程中， 宜保持混凝土连续 供应， 尽量避免送料中断。 若遇混凝土供应不及时， 应放慢泵 送速度 。泵送过 程中受料斗 内应充满混凝土 ， 以防止吸入空 气 。若吸入 空气 ， 应立即反转泵 ， 使混凝土吸回料斗 内， 去除 空气后再转为正常泵送。混凝土正常泵送过程中， 输送管内 的混凝土拌和物处于均匀分布的运动状态。 ( 3 )谨慎操作。开始泵送时泵机应处于低速运转状态， 注意观察泵的压 力和各部分工作情况 ， 待泵送顺 利后方可提 高到正常输送速度。当混凝土泵送困难、 泵的压 力突然升高 时， 可用槌敲击管路、 找出堵塞的管段， 采用正反泵点动处理 或拆卸清理 ， 经检查确认无堵塞后继续泵送 ， 以免损坏混凝 土泵。 4 混凝土成熟度无线实时监控 与其它建筑材料不同， 混凝土具有鲜明的个性。在超高 层建筑施工中， 其它建筑材料都是成品， 可以遵循“ 先检测， 后使用” 的原则控制材料质量 ， 施 工时选 用即可。 但是 混凝土 需要根据工程实际进行配制， 施工时并未成型 ， 材料性能指 标不能在施工前确定， 而要在施工 2 8 d后才能确定， 不能遵 循“ 先检测， 后使用” 的材料质量控制原则， 质量控制比较困 难。 这往往给超高层建筑工程带来质量隐患。由于施工时人 们无法及时知道混凝土质量是否满足设计要求， 2 8 d检验 一 旦发现不合格 ， 这些混凝土早 已硬 化 ， 并且 在其上施工 了 近 1 0层混凝土结构， 处理非常困难， 造成的损失也很大。因 此 ，工程技术人员一直致力于发展混凝土性能快速评定技 术， 希望在浇灌前就能比较准确地预测混凝土 2 8 d 强度， 以 有效地避免混凝土工程质量事故。 目前国内试行的混凝土强度快速测定法控制混凝土质 量的手段比较多， 如沸水法、 水灰比分析法、 成熟度法等等， 能在 2 8 h 、 8 h 甚至 1 h内预测混凝土 2 8 d强度的试验方 法。但是这些方法的精度和效率还难以满足施工需要， 特别 是不能反映施工与养护情况对混凝土性能的影响， 工程应用 价值不高。近年来， 工程技术人员探索将先进的测试技术与 传统的成熟度法相结合，开发了混凝土成熟度监控系统， 提 高 了混凝土质量监控 的及时性和真实性 ， 具有较高的工程应 用价值 埘 。 4 1 工艺原理 混凝土拌合物经振捣成型以后， 在充分的保温养护之下 逐渐硬化 ， 其强度的增长既取决于它的内在因素又决定于外 部条件。 组成原材料的种类、 配合比是它的内在因素， 而养护 温度与硬化时间， 则是它的外部条件。早在 1 9 5 1年， 英国学 者绍耳( A S a u 1 ) 就发现 ， 当某一种混凝土的原材料、 配合比 为已知时， 其强度的增长主要由温度与时间决定， 他把二者 2 ， 2 0 1 1 胡玉银 ： 第九讲 超高层建筑混凝 土工程施 工( 二 ) 第 2期 的乘积称为成熟度( 度时积) 。原材料及配合比给定时， 不管 混凝土的养护温度与时间如何变化， 只要成熟度相等， 其强 度都大致相同。 因此。 对于一种已知的混凝土而言， 可以根据 它的养护历程养护温度与硬化时间来估算混凝土已达 到的强度。这就是混凝土成熟度法的基本原理。工程技术人 员发现成 熟度法较破损 法测试混 凝土强度有 许多优点 。然 而， 由于采用传感器和导线获取混凝土原位温度存在许多固 有( 内在 ) 缺陷， 比如不能及时准确获取混凝土内部养护温 度， 成熟度法还难以用于施工现场评估混凝土强度， 工程应 用价值不高。 近年来， 测试技术得到飞速发展， 无线射频( R F I D ： R a d i o F r e q u e n c y I d e n t i f i c a t i o n )技术就是测试技术发展的重要 成果。 无线射频技术的发展使混凝土成熟度实时监控成为可 能， 美国维克公司( W A K E ， I n c ) 利用无线射频技术开发了混 凝土成熟度实时监控系统。其工艺原理为： 首先通过试验建 立混凝土成熟度曲线，反映混凝土强度与成熟度发展的关 系， 然后利用预埋在混凝土中射频识别标签采集混凝土养护 温度， 并通过无线传输给阅读器， 最后利用混凝土成熟度软 件进行处理， 获得混凝土养护过程中成熟度发展情况， 以此 监控混凝土强度。 混凝土成熟度实时监控系统具有以下特点： 一是简便快 速， 系统自动化程度高， 能够实时获得混凝土成熟度发展情 况。 二是可靠准确 ， 随着近年来技术进步， 测试准确度有了较 大提高， 完全能够满足工程实践需要。 三是经济高效， 由于采 用无线传输技术， 材料消耗量小， 成本低。 4 2 系统组成 混凝土成熟 度实时监控 系统 由无线射 频系统与成 熟度 分析系统两部分组成。 4 2 1 无线射频 系统 无线射频也叫电子标签， 是一种非接触式的自动识别技 术 ，主要通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据 ， 识别工作无须人工干预， 可工作于各种恶劣环境。无线射频 识别技术与条形码识别技术原理基本相似： 电子标签进入磁 场后 ， 接收解读器发出的射频信号， 凭借感应 电流所获得的 能量发送出存储在芯片中的产品信息( p a s s i v e t a g ， 无源标 签或被动标签 ) ， 或者主动发送某一频率的信号( a c t i v e t a g ， 有源标签或主动标签) ； 解读器读取信息并解码后 ， 送至中央 信息系统进行有关数据处理。 在混凝土成熟度实时监控系统 中， 无线 射频 系统主要功 能是实时采集混凝土养护温度，获得混凝土成熟度历程， 为 混凝土强度实时监控提供基础数据。 无线射频系统由电子标 签、 天线和阅读器三部分构成。电子标签( t a g ) ： 由耦合元件 及芯片组成， 每个标签具有唯一的电子编码， 附着在物体上 标识 目标对象；阅读器( r e a d e r ) ： 读取( 有时还可以写入 ) 电 子标签信息的设备， 可设计为手持式或固定式： 天线( a n t e n - n a ) ： 在标签和读取器间传递射频信号( 图 2) 。 一 电子标签 手持 式阅读 器 图2无线射频 系统关键部件 4 2 2 成熟度分析 系统 成熟度分析系统主要由计算机和分析软件两部分构成， 主要功能是根据养护温度信息计算混凝土成熟度及强度。 成 熟度分析系统能够与上述无线射频系统共同工作。 它能够允 许必要的信息输入，如样品配合比设计以便建立成熟度曲 线。一旦你从 电子标签收集到相关信息， 即可显示混凝土强 度。 成熟度分析系统对计算机要求不高 ， 普通掌上电脑即可。 4 3 工程应用 一 美国纽约世界 贸易中心 1号楼 美国纽约世界贸易中心 1 号楼为“ 9 1 1 ” 恐怖袭击倒塌 的世界 贸易中心重 建工程 中最高 的建筑 ， 高达 5 4 1 m ， 总建 筑面积约 2 4 1 0 0 0 m z ， 采用劲性钢筋混凝土核心筒与钢框架 结构体系。重建工程设计吸取了原世界贸易中心倒塌的教 训， 除了加大逃生设施的设计以外 ， 还大量采用钢筋混凝土 结构增加建筑整体性和提高结构防火性能， 以抵御可能的不 利荷载作用。如楼梯间、 电梯井等都布置了9 1 c m的钢筋混 凝土剪力墙 ， 混凝土最高强度达到 1 4 0 0 0 p s i 。 如何有效控制混凝土施工质量是工程建设需要破解的 重要技术难题之一， 也是确保设计意图完全实现的关键。为 此， 工程技术人员探索采用混凝土成熟度无线实时监控系统 来实时监控混凝土的施工质量。 该混凝土成熟度无线实时监 控系统由美国维克公司采用奥地利 I D E N T E C S O L U T I O N S公 司的智能远程主动无线射频技术开发成功。 世界贸易中心 1 号搂所有重要结构部位( 基础、 核心筒剪力墙、 电梯井道、 楼 梯问和设备房等 ) 的混凝土都采用混凝土成熟度监控系统进 行监控 ， 整个工程将大约使用 2 0 0 0 0 个主动式 R F I D电子标 签。系统采用的温度跟踪电子标签为 I D E N T E C S O L U T I O N S公 司生产的 i - Q 3 2 ，它能够采集和储存混凝土内部温度信息， 并将温度信息无线传输给混凝土成熟度监控系统( C M M S ) 。无 线传输能够穿过 6 0 m厚的混凝土结构，最大传输距离达 4 0 0 m 。混凝土成熟度监控系统有效确定混凝土最终成熟度 和强度 ， 节约了施工时间和费用 ， 控制 了施工风险 。 参考文献 1 1 】 沈恭 上海八十年代高层建筑结构施工 上海： 上海科学普及出 版 社 1 9 9 3 1 2 】 Wi l l Ha n s e n ， S u n n y S u r l a k e r E mb e d d e d W ir e l e s s T e mp e r a t u r e Mo n i t o r i n g S y s t e ms F o r Co n c r e t e Qu er y Co n t r o 1 Un i v e mit y o f M i c h i g a n， 2 0 0 6 1 5 9