摘要：文章结合某办公主楼混凝土输送泵的配管设计原则及节点设计概况，对管道压力损失进行理论计算，结合施工实践总结出超高层混凝土泵送和配管技术，满足可行性、可靠性、安全性和合理性要求。
1 建筑概况
工程由办公主楼、裙房、地下车库等建筑组成，总建筑面积约225367 m2。办公主楼55层，地上建筑面积135876 m2，建筑高度254.55 m，标准层层高4.2 m；裙房4层，建筑高度26.05 m，建筑面积约26328 m2；地下车库3层，建筑面积63151 m2。
2 主楼结构概况
主楼为钢管混凝土框架＋钢筋混凝土核心筒结构，核心筒通过钢框架梁与外框20根钢管混凝土柱连成一体。主楼核心筒结构高度254m， 剪力墙厚度从1200mm减至300mm，采用C35～C60混凝土。钢管柱直径为Ф1000～Ф1500，钢管柱混凝土强度等级为C60，钢管柱混凝土浇筑高度254.3m。
3 泵送方法及设备选型、配管设计
3.1 泵送方法
根据泵送设备性能同时考虑保证混凝土施工过程中连续性和尽可能缩短浇筑混凝土时间，确定采用2泵2管1次直接泵送到顶的泵送施工方法。
3.2 混凝土泵选型
根据类似工程施工经验， 选定型号为HBT80.18.195RS的大力神混凝土输送泵用于混凝土泵送施工。
3.3 配管设计
（1）配管设计原则及对应措施（见表1）
（2）混凝土输送泵安放位置（见图1）
综合考虑施工现场机械、运输道路、施工用水等的布置，泵管水平部分长度及布置路线，多台输送泵工作时互不干扰等因素； 确定2台混凝土输送拖泵设置于主楼的北侧，具体位置如图1所示。
图1 泵机安放位置平面示意图
（3）混凝土泵管设计及固定
①泵管选择
超高层混凝土浇筑中，泵管选择是重要的考虑因素。泵管在使用过程中应尽量保持最长的使用周期， 我们综合考虑材质、使用寿命、价格及成本等因素后确定选择内径Φ125、壁厚8mm的Q345B耐磨无缝钢管作为混凝土输送管道。
②水平管布置
按照水平管路的长度≥垂直管路高度1/5的原则，本工程建筑高度254.55m，地面水平管路长度应≮51m。结合2台混凝土泵的停放位置及泵管布置路线，确定1#泵水平泵管的长度为63m，2#泵水平泵管的长度为54m。
③泵管固定
利用固定装置将输送泵管固定在混凝土墩、墙体及混凝土梁上，安装高度根据施工实际情况确定，保证每节竖向钢管均有1个以上连接点，每节水平钢管有2个以上连接点。泵管通过带橡胶U型箍与型钢连接件上的钢板螺栓连接固定，型钢连接件与预埋钢板焊接连接。
（4）布料机布置
根据布料机浇筑混凝土时能覆盖整个核心筒及多台布料机之间互不干扰、布料机进管与垂直管道连接部位等因素，确定布置2台布料机，布料机安装位置分别在核心筒低区候梯厅及中高区候梯厅的中间部位（安装区域参见图1）。
4 参数分析
从理论计算方面对混凝土输送泵的出口压力和整机功率进行验证。
4.1 理论计算
4.1.1 泵送混凝土所需压力计算
大楼结构高度254.3m， 施工过程中的压力应考虑一定的富余，我们预留15.7m高度压力，按照混凝土泵送高度270m进行计算。
泵送混凝土至270m高度所需的最小压力P分为： 泵管内混凝土流动造成的沿程压力损失P1、混凝土泵送经过弯管及锥形管时的压力损失P2及竖管内混凝土自重产生的压力P3。
（1）泵管内混凝土流动造成的沿程压力损失
L———管道总长度；竖向泵管高度270m，布料机自带泵管及水平泵管长度约78m，管道总长度约348m
k1———粘着系数；k1=（3-0.1S）×102=80Pa
k2———速度系数；k2=（4-0.1S）×102=180Pa•m/s
S———坍落度，取22㎝
t2/t1———混凝土泵分配阀切换时间与活塞推压混凝土时间之比，一般取0.3
u2———混凝土在输送管内的平均流速， 排量40m3/h，流速约40/(πd2/4)/3600=0.91m/s
α2———径向压力与轴向压力之比，普通混凝土取0.9。
（2）混凝土泵送经过弯管及锥形管时的压力损失
P2=8×0.1＋0.2=1.0 MPa
90°弯管：R=1000mm或500mm7个，锥形管1个，每个弯管、锥形管压力损失0.1MPa，分配阀压力损失0.2 MPa。
（3）竖管内混凝土自重产生的压力
P3=ρgh=6.75 MPa
ρ———混凝土密度，取2500㎏/m3
g———重力加速度，取10N/㎏
h———泵送混凝土高度，按270m计算。
（4）将混凝土泵送至275m高度所需的压力P=2.94+1.0+6.75=10.69MPa＜18MPa。
4.1.2 混凝土泵所需功率验算
混凝土泵的主系统油压为P=35MPa；主油泵1台，排量为Q=190mL/r；恒压泵1台，排量Q=28mL/r，最高工作压力为P=23MPa；辅助齿轮泵1台，排量Q=22mL/r，最高工作压力为P=16MPa。
主油泵功率W1=P×nQ/60=35×1×190/60=110.8kW
恒压泵功率W2=P×nQ/60=23×1×28/60=10.7kW
辅助泵功率W3=P×nQ/60=16×1×22/60=5.87kW
机械效率η=0.88
发动机功率W=（W1＋W2＋W3）/η=（110.8＋10.7＋5.87）
/0.88=144.7kW＜195kW。
4.2 最大出口压力及功率确定
（1）最大出口压力
根据泵送混凝土施工经验， 泵送实际压力在最大出口压力的55%～65%区间内时，最安全、经济；本工程混凝土拖泵最大出口压力为18MPa，实际压力为10.69 MPa,10.69/18=59.4%，故最大出口压力能够满足施工需要。
（2）发动机功率
混凝土泵理论泵送量为80m3/h， 设计施工泵送量为40m3/h，按照混凝土泵80%的容积效率计算，实际泵送量可达64 m3/h，因此发动机无需再增加功率储备，不低于理论计算的最大功率即可满足要求。
本工程选择配备沃尔沃柴油机的HBT80.18.195RS混凝土泵，最大泵送量80m3/h，最大出口压力18MPa，最大功率195kW，完全满足施工需要。
5 起动泵送
混凝土泵送起泵工序是混凝土泵送施工过程中关键而重要的工序，其中管道润湿尤为重要。起动泵送顺利能大大降低爆管、堵管的发生率。本工程C60以上混凝土有12400m3占总混凝土量的28%。泵管润泵应满足泵管润透、无积水、混凝土不发生离析的原则。
起动泵送工艺：泵送水（加一料斗混凝土用水），泵送10个以上行程， 水量≥0.5m3→打开料斗卸料门和S管置于中位→排净混凝土缸和料斗水并关闭卸料门→向料斗内投加
2m3砂浆并泵送至搅拌轴以下（剩余约半斗）→泵送混凝土（混凝土罐车高速旋转0.5min），泵送频率≤10次/min→混凝土连续泵送。
6 泵管内剩余混凝土直接水洗
混凝土泵管内壁洁净光滑， 泵送施工过程就少发生堵塞现象。依托混凝土泵自带的水洗功能，直接通过高压水泵送管道内的剩余混凝土至浇筑层，并清洗泵管；泵送多高、水洗多高，既减少材料浪费又保护环境。现场制作2个水箱（容积约1m3，1个贮水，1个用于过滤）用于承接水洗泵管时溢出的部分脏水。采用混凝土输送泵直接泵水清洗， 泵管出水后用自制注水斗导流溢出的水至PVC排水管并可防止污染。泵管在施工层溢水后进行反抽，泵管内的残余石子、砂浆等由于自重下落至水平管道，反抽时由于形成真空且在高压水的作用下，石子等吸入回料斗。（图4，图5）
图4 混凝土泵直接水洗示意 图5 清洗泵管的溢出废水通过漏斗导流回收
7 结语
该工程一次泵送高度254.55m，混凝土最高强度等级为C60，混凝土泵型号的选择、泵送工艺的保证及泵送施工技术措施的实施确保了工程的顺利施工。
参考文献
[1]JGJ/T10-2011混凝土泵送施工技术规程[S].中国建筑工业出版社，2011.
[2]杨伟明.高耸建筑物的混凝土泵送施工设计[J].施工技术，2007（4）：86-88.
论文作者:申检柏
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第12期
论文发表时间:2017/9/28
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