世界最高建筑的混凝土施工方案

　　2007年11月初，一个世界最新的混凝土泵泵送高度诞生了——601m！该记录是由普茨迈斯特超高压混凝土泵在目前世界最高的建筑——阿联酋迪拜塔(Burj Dubai Tower)的施工中创造的。这个601m的泵送高度包括了管形柱和固定式布料杆，是从固定在建筑结构中竖管的长度和垂直输送管道的长度计算得出的，实际的混凝土浇注是在585m的高度进行的，理想的泵送高度已经上移到611m！

　　阿联酋迪拜塔高度将超过800m，该塔的核心筒于2005年年初开始施工，安装3台普茨迈斯特混凝土泵、1套复杂的输送管道系统和4个固定布料杆和性能特殊的混凝土。由于施工的快速进展，大厦越高建筑结构越窄，4个固定式布料杆中的3个和1台拖泵被拆除。普茨迈斯特的这些设备在工程建设中经受住了考验，并发挥了巨大的作用。

1  准备测试

　　阿联酋迪拜塔的混凝土供应商和泵送的服务商Unimix公司基于对普茨迈斯特公司技术水平和可靠性的充分信任，决定委托普茨迈斯特公司供应和安装拖泵和布料杆系统。通过早期的拖泵测试，普茨迈斯特公司已经确定用泵送高度超过600m的混凝土拖泵和混凝土输送管，其出口排量为30m3/h。为了稳定，该大厦的顶部将从156层开始使用轻型钢结构，混凝土楼板将浇注到高度在611m的第160层。

　　1.1  超高层建筑的拖泵输送模拟

　　2005年年初，普茨迈斯特在德国总部和迪拜的施工现场作了充分的准备并配备相应的人员，对拖泵和输送管线进行了一系列全面的测试。测试的目的是根据混凝土在输送管线中模拟的压力以及混凝土的摩擦并将其转化为超高层建筑的泵送系统。测试使用的拖泵型号为BSA14000 HP-D超高层建筑用拖泵和DN125 ZX输送管线。同时，核心筒和3个裙楼的基础底板是由不同长度臂架的泵车施工的。7000m3的核心筒基础是由200根?.5m的混凝土桩，裙楼是由?.9m的650根桩支撑的。桩的深度达到55m，大厦的底板混凝土为45000m3。

[Page]

　　1.2  超高压混凝土泵

　　普茨迈斯特公司初期已经确定了要开发的新超高压混凝土泵的细节。该泵机必须在2005年夏天制造完成并交付，用于即将开始的超高层建筑混凝土输送。BSA 14000 SHP-D超高压混凝土泵，包括在框架和料斗在内的组件都得到了加强以承受巨大的压力。普茨迈斯特还调整了S阀和S阀轴承的预期压强。BSA 14000 SHP-D本身既具备特别高效的过滤系统，普茨迈斯特的工程师又改进了混凝土泵的液压驱动系统，无杆腔运行时混凝土压强和液压系统的油压比小于i=1。此传动比例使高性能的泵机可实现超过40MPa的混凝土压强。 

2  混凝土强度等级与碎石最大粒径

　　2.1  要求

　　为了尽量降低楼板和承重墙的尺寸，承受随着高度的增加而上升的荷载，这个超高层建筑的施工现场只使用高强度的混凝土。根据原来的计划，各高度的混凝土强度级别如下: 基础墙壁C80A，碎石最大粒径为20mm; 高度为95m的第26层以下墙壁C80A碎石最大粒径为20mm; 高度为452m的第126层以下墙壁C80，碎石最大粒径14mm; 高度为570m的第154层以下墙壁C60，所有楼层的楼板混凝土均为C50。尽管碎石最大粒径为20mm的C80A级混凝土原来仅用于高度在95m的第26层以下的结构，但该混凝土被泵送到352m的高度第100层(坍落度为50cm，水灰比0.3)，此高度使用此材料的情况下，有杆腔运行时，当混凝土的排量为30m3/h，混凝土压强仅为15MPa。

　　2.2  成本节省

　　对不同高度的混凝土等级设计中，根据高度确定不同的碎石粒径，一方面可以满足混凝土泵送到300m以上，另一方面，则降低了成本。因为相对于最大颗粒尺寸14mm的混凝土来说，最大颗粒尺寸20mm的混凝土需要的水泥和细沙要少的多。

[Page]

3  混凝土质量的保证

　　在混凝土搅拌厂中每一批混凝土的生产都接受监控并做有记录。在混凝土运输和泵送前，定期检查混凝土的温度和流动性，并制作试块检查混凝土强度。此外，现场的管理者为确定混凝土凝固和收缩指标进行取芯。每次泵送时每根输送管中都泵送有2m3的泵送辅助剂，辅助剂是在大厦上的一个容器中收集，然后用塔机吊到地面上。模板的精确定位是通过卫星定位系统完成的，这意味着垂直偏差只有几毫米。在10～12h后，模板打开; 24h后，拆除模板。每3～4天完成一层大厦核心筒和楼板。

　　由于外界温度高，混凝土一般是在傍晚或晚上浇注的，但温度计常常还是显示将近40℃。因为混凝土浇注时的温度最高只能是35℃，骨料在配置成混凝土之前在混凝土厂中经过了冷却，且一部分的水换成了冰(碎冰片)。这意味着混凝土供应商Unimix即使在夏天也能够以27～28℃左右的温度将混凝土运输到阿联酋迪拜塔施工现场。

[Page]

4  混凝土输送管线系统

　　为阿联酋迪拜塔设计泵送高度很高的混凝土泵仅仅是普茨迈斯特公司的任务之一，另一个特别的挑战是输送管线系统的耐磨性能、耐高压以及管线的走向和在建筑结构中的固定。对于楼板的混凝土浇注，Unimix运用普茨迈斯特标准的固定式混凝土泵和标准的ZX输送管DN 125。该设备将大部分强度C50的混凝土泵送至452m的高度。同样的BSA 14000 HP D混凝土泵，曾在系列泵送测试中使用。根据现场的情况，几乎在整个泵送高度上都装配了内径150mm的泵管，用于泵送特别高强度的混凝土。只有在最高的10层楼安装了普茨迈斯特ZX输送管DN 125，此管道可以承受13MPa的压强。

　　4.1  粗管道的特点

　　在每小时输出相同的情况下，改变管道的横截面对流量、耐磨性、压强和混凝土在管道中停留的时间有直接影响。与?25mm的输出管道相比，?50mm管道的截面积增大了约44%。这会造成压强下降近25%，磨损也会相应下降。但随着流量下降，混凝土停留在管道中的时间会增加。当设计具体的混凝土规划时必须考虑更长的流动时间。当预期泵送高度为611m时，混凝土在150mm输送管中停留的时间大约为40min。除了钻孔桩和基础底板的45000m3混凝土外，还为平台、3个翼楼和塔楼的建设计算了大约26万m3的混凝土。鉴于大量的混凝土需求，为了尽量减小输送管道在自然摩擦下的磨损，普茨迈斯特提供特长寿命的混凝土输送管，管壁厚度11mm，并通过超声测量定期监测管道的壁厚。

　　4.2  混凝土输送管的支撑

　　在进行混凝土浇注过程中，管道是满的，要支持垂直输送管的重量，每根输送管在转向垂直输送管后必须由大型支座支撑。这些U形的安装支撑被焊在重型钢板上，钢板被浇注在墙中，支撑各竖管的重量。在泵送高度为611m的情况下，管道的重量是非常大的。主管道加上混凝土的重量超过55t，每节3m管道由两层楼之间的楼板固定装置固定，在垂直方向上自由移动而不能在水平方向移动。

　　4.3  混凝土输送管的更换

　　要更换个别的输送管可用普茨迈斯特开发的专用起重设备，该起重设备包括一个特制套管和顶升装置。两个地脚螺栓穿过楼板并受到楼板的支撑，整个上部的管道由液压缸提升，下部的泵管就可以更换了。

[Page]

　　4.4  无配重的固定式布料杆

　　混凝土输送管最初连接到4个固定的普茨迈斯特布料杆。其中3条输送管连接到进行塔楼翼混凝土浇注的MX 28-4型布料杆。MX 28-4 T布料杆固定在自升式滑模的平台(Doka)上，并安装在16m高的管状柱上。这3个布料杆在单个塔楼翼的墙壁完成后陆续拆除并分3个部分，包括布料臂、带有分离的A臂的吊臂平台和管状支柱，通过起重机放在0号层。

　　到高度在585m的第155层的中央大厦核心的混凝土浇注由第4个32m伸展范围的MX固定布料杆施工。MX 32-4 T设置在20m高的管状柱上并安装在轴中Doka墙模工程上。每层的爬升流程都是分几步液压完成的。在客户的要求下，4个无配重MX布料杆都由普茨迈斯特公司提供。现场管理者已经对此做出要求，固定式布料杆不能带配重，否则影响起重机的工作。建筑核心的顶部156层是钢结构，现在滑模工程和最后的固定式布料杆已经拆除。剩下楼板的混凝土浇注由水平铺设的管道和软管完成。

　　4.5  清洗

　　每层的核心墙体都会浇注100m3的混凝土，每层楼分3次灌注。塔楼翼楼楼板的混凝土从低层的每层150m3递减到高层的每层50m3。在单独的混凝土工程结束时，会对管道和混凝土泵进行彻底的清洗。

[Page]

为了进行清洗，Unimix在普茨迈斯特公司工程师的建议下，在每台BSA泵机旁安装了所谓的清洗吊架，包括一个短的水平输送管和大约4m长的竖管，开放端弯折2次。在清洗前，BSA泵后的混凝土管由一个液压截止阀关闭，清洗吊架的连接是通过弯折90°角实现的。在吊架下方，一辆空的搅拌运输车等待关闭阀打开，让混凝土由于重力流到搅拌运输车中。这样机器操作员就能够清洗BSA 14000泵机了。由于泵管不是真空，最后使用海绵球和压缩空气将最后剩余的混凝土从输送管的顶端推出。混凝土浇注的2个人拆下固定布料杆顶部的软管，将一个湿的海绵球放入管道，连接一个清洗接合器，然后通压缩空气。通过此方法，湿的海绵球在竖管中被往下推，于是混凝土残余被清除。然后以更简单的方法进行彻底的最终清洗，不同的是这次用的是由海绵球、水和第2个海绵球组成的塞子，强行使塞子通过混凝土管，整个过程不超过20min。在高层建筑混凝土泵送结束时，管道中大约含有15m3的混凝土。

5  工程现状

　　到2007年11月初，阿联酋迪拜塔的混凝土浇注工程已经达到了585m的高度，位于155层的中央核心、墙壁和楼板已经完成。使用的BSA 14000 SHP-D混凝土泵克服了这个高度上的管道中18.9～20.4MPa的混凝土压强，实际的输送速率在23～32m/h之间。

　　在开始超高层泵送前，混凝土泵使用方Unimix和制造商普茨迈斯特公司确认了从全面的测试中得出的结果。通过在混凝土浇注过程中对全面数据和系统信息的记录，普茨迈斯特的工程师为将来的超高层建筑工程积累了丰富的经验。管理方曾提及并建议在400m左右的高度安装一个中继泵作为预防措施支持超高层混凝土泵送，但该建议没有实施。所有的专家都认为BSA 14000 SHP-D固定式混凝土泵可以轻松达到最终611m的泵送高度。由于从586m的第156层开始由钢筋混凝土结构转为钢结构，剩余的楼板混凝土浇注工作将在2008年2月完成。