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《混凝土》2016年第7期
【作者】歐陽瑞；劉衛東；危鼎； 錢海波；
【機構】 上海理工大學環境與建築學院； 中國建築第八工程局有限公司；
【摘要】 針對松江深坑酒店工程中豎直向下80 m大落差澆築混凝土的需求,研究在滿足施工性能的條件下,確保混凝土的順利澆築,達到不堵管不離析的目的。分析以下兩種施工技術,一為向下泵送技術,二為滿管溜槽輸送技術。基於兩種施工技術設計兩套施工方案,經受力分析以及施工安排對比兩個施工方案的安全性、經濟性、施工可行性,選擇滿管溜槽輸送方案更符合實際工程需要。 更多
1 工程概況
松江深坑酒店工程主體建築位於最大落差達80m的深坑內，底板澆築厚度需達到1.5米，澆築混凝土方量高達14000m³。而對於泵管的出料點低於泵車泵送點3m即屬於向下泵送混凝土，目前澆築大體積混凝土泵送大多數採取向上泵送的方式，此實際工程需要向下泵送混凝土，特別是向下落差達到74m。泵送混凝土施工過程中混凝土極易離析、堵管[1]。因此應用傳統的施工泵送技術不能滿足此工程的需要。
滿管溜槽系統是近年來在混凝土施工中應用的越來越多的一項技術措施，包括調節料斗、上部弧門下料控制、滿管槽身結構、系統支撐結構和出料弧門控制器，溜管與桁架杆支撐系統一般採用焊接以及高強螺栓連接[2]。在一些大型混凝土壩、橋墩等大體積混凝土的澆築中取得不錯的效果[3]。
2.1混凝土泵送方案
由《混凝土泵送施工技術規程》JGT/T10-1995，經計算本案採用的施工配合比如下表[4][5]
1）泵送成套設備選型推薦
推薦選用超高壓混凝土輸送泵HBT80C-2122三臺，最大工作效率為150m3/h。該型號混凝土固定泵採用兩臺柴油機分別驅動兩套泵組。由於垂直管更換困難，推薦選用125A 9mm厚的超高壓管；水平管採用普通高壓輸送管，方便運輸、安裝及拆卸，壁厚6mm，通徑φ125。共鋪設三條管道，每條管道長300米（水平225米，垂直75米）。
2）泵機位置及泵管佈置
由於現場的深坑地形是一個弧形形狀，三臺混凝土泵車沿著弧形在坑頂面佈置。泵管綁紮在腳手架上沿著坑壁向下。泵機位置及泵管佈置示意圖如下圖所示：
（6）泵送方案難點分析
1）三臺混凝土泵車耗能很大，應確保電路安全，否則出現安全事故而且容易耽誤工期，造成巨大損失；
2）由於垂直落差很大，立管固定在腳手架上會產生很大的反力（上面已經計算），在本送混凝土產生抖動易造成與腳手架連接的高強螺栓鬆動甚至脫落，以至於釀成安全事故，因此需定時安排專人檢查立管的固定情況；
3）本工程預定安排在夏季施工，混凝土水分易流失導致塌落度損失較大。泵送過程易堵塞，而且在間歇期間附著在管道壁上的混凝土很快凝結。因此在施工過程中因儘量減少間歇時間，並且在每一次間歇時間需清理管道壁上的混凝土；
4）由於施工平臺的不斷升高，立管長度不斷減小，拆卸過程較為麻煩，需耗費大量人工，耽誤工期；
（7）澆築時長預測
根據本工程的資料，地下建築面積達34185m2，混凝土澆築量達到14000m3，三臺混凝土泵車理論最大輸送量為150m3/h，三臺泵車均為連續泵送，間歇時間為15min/1h。
則輸送混凝土單項工程耗時：t≈112h
2.2滿管溜槽施工方案
（1）施工配合比
滿管溜槽系統對施工配合比的塌落度要求相對較低，因此選用溜槽輸送時的配合比可相對應調整。這樣更能避免因塌落度過大造成強度損失以及離析，優化後得到的施工配合比如下表：
（3）溜槽承臺受力分析
第一部分固定在走道上，在管道底部向下鑽孔，增加預埋件，並佈置鋼筋。與溜槽管道通過高強螺算以及焊接形成剛接。第一部分長度約為40m。每節管道2m，每兩米留置預埋件。現按照五跨連續梁的模型對支撐進行計算，每跨取2m。其中，最大變形(+)9.1mm，最大彎矩(+)3.6kN.m，最大剪力(+)8.1KN，低樁承臺計算鋼筋混凝土樁選用直徑為400mm，嵌入深度為1m，總長為1.2m，符合要求。嵌入個數為20個。
（4）施工所需資源
所需的人員以及機械設備安排如下表，
溜槽為連續輸送，不設間歇時間。泵送強度達180m³/h，施工所需混凝土方量為14000m³。則澆築混凝土單項工程時長t≈78h
（5）難點分析
1）溜槽固定
溜槽固定在人工走道以及用桁架杆支撐體系上工序複雜，而且當輸送混凝土時溜槽自重很大，加上振動器的動荷載效應容易整體傾覆，因此需定時安排專人查看。
2）管內堵塞
由於溜槽中混凝土基本上是依靠自重向下流動，因此必須保證混凝土的塌落度滿足要求。預計在夏季施工，高溫時混凝土在溜槽內時間過長導致溜槽壁上附著大量混凝土影響混凝土的流動速度，進一步影響施工效率，因此在施工過程中應安排每隔5m安排專人不定時敲擊溜槽減少在溜槽壁上的附著混凝土。
（6）澆築時長預測
溜槽為連續輸送，不設間歇時間。泵送強度達180m³/h，施工所需混凝土方量為14000m³。則澆築混凝土單項工程時長t≈78h
3方案對比與結論
3.1對比分析
通過以上兩種施工組織安排，對比兩個方案中人員以及機械安排，如下表
根據以上表格分析，
1）使用混凝土泵輸送混凝土需要的人數更多，人工消耗更大；
2）由於溜管直徑大，在保證混凝土的塌落度的同時，定時安排人員敲擊溜管。這樣混凝土在管內 堵塞的機率大大降低；而混凝土泵輸送管道直徑小（Φ125），易於堵塞，而且不易敲擊管道（管道固定在桁架上）；如發生堵塞，溜管拆管難度比混凝土泵輸送管道小；
（3）在電路負載方面，混凝土泵輸送電路負載大大提高，安全隱患大。若發生安全事故不僅僅是耽誤工期，而且後果不堪設想；
3）在運輸強度方面，溜管運輸強度更大，達到180m³/h。混凝土輸送單項工程需求時間更短。工期相對來說有保障；
4）在成本方面，根據以往工程經驗分析，此案溜管設備大概在35w左右。而採用混凝土泵泵送成本會高很多。
5）在損耗方面，本案採用的混凝土標號大，粘性大，對管道摩擦損耗大，特別是泵送管道混凝土流速大對管道損耗很大，尤其是彎管處。而在溜槽管道中混凝土流速小，管道損耗小。根據以往工程經驗此案中溜管設備可滿足工程使用。
6）在安全性方面，混凝土輸送泵管與腳手架連接，輸送過程中的震動會使整個腳手架存在安全隱患。滿管溜槽固定在人工走道上安全隱患相對較小。
綜上分析：作為近年來混凝土方量大的施工時，溜管輸送採用的越來越多，一方面是因為其經濟性受到越來越多的歡迎，另一方面是其操作性強適宜於各種工程。本工程中，採用溜槽管道輸送，經濟性以及施工的複雜性大大降低。
3.3結論
綜合前文計算及以上表格分析，
1) 在安全性方面，流管輸送電路負載為12kw，遠小於泵車的電路荷載180kw，安全性更優；
2) 在施工可行性方面， 溜管佈置在人工走道上更符合施工要求，施工難度相對低；
3) 在工期方面，一方面由於混凝土澆築單項工程耗時更短，流管輸送混凝土耗時78h，泵送耗時102h，另一方面由於溜管拆卸管道更為簡易，在施工平臺的上升過程中節省時間佈置管道；
4) 在經濟性方面，滿管溜槽方案溜槽造價在35萬左右，泵送方案耗費50萬左右，經濟優勢明顯
因此本案優先選用溜槽施工方案。
參考文獻
[1]黃衛東. 滿管溜槽輸送混凝土應用技術研究［J］.水利水電施工 2011
[2] 李生宏，崔連友，尹宜成，張勇. 大落差向下泵送混凝土試驗研究［J］. 公路 2001
[3] 陳家全，陳朝國. 向下泵送混凝土施工難題及其解決辦法[J]. 山西建築 2009
[4]中國建築科學研究院，《混凝土泵送施工技術規程》JGJ/T 10-2011北京:中國建築工業出版社
[5] 劉英利，泵送混凝土施工配合比設計方法 [J].商品混凝土 2005.2
[6] Myoung Sung Choi, Young Jin Kim, Kyung Pil Jang, Seung Hee Kwon.Effect of the coarse aggregate size on pipe flow ofpumped concrete. [J].Construction and Building Materials 2014
[7]艾宇，陳尚倫. 基於Matlab 的轉運溜槽側型優化設計 [J]. 起重運輸機械 2014
[8] 謝添，張健.帶式輸送機頭部漏斗、溜槽的設計 [J]. 工業技術 2014
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