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阿联酋迪拜塔

阿联酋迪拜塔 ( Burj Dubai Tower) 的普茨迈斯特( Putzmeister )超高压混凝土 泵达到 了创记录的泵送高度 601 米 。比预想的还要早!在这个高度上,在全世界最壮观的摩天大楼工程中,中央大厦核心的 一 面墙是在第 155 层浇灌混凝土的。泵送高度是从固定在建筑结构中竖管的长度和垂直输送管道(包括管形柱和固定式布料杆)的长度计算得出的。实际的混凝土浇注是在 585 米 的高度进行的。高层混凝土泵送还没有结束,但已经不远了。同时,理想的泵送高度已经上移到了 611 米 ,而目前混凝土 泵工作 得非常顺利。

在阿联酋迪拜塔 ( Burj Dubai Tower) 极为专业的超高层混凝土泵送一般是在晚上进行的。

Unimix 的高管 Khalid Mohd S. Al Bakhit (右)和员工一起吃冰凉的巧克力,共同庆祝超高层混凝土泵送的新世界记录 601 米 。
业主 Emaar Properties (阿联酋)委托由三星(韩国)与 BeSix (比利时)和 Arabtec (阿联酋)共同管理的财团负责这座世界 最 高楼(高度超过 800 米 )的施工建设。特纳建筑公司(美国)负责项目管理。
装备了三台普茨迈斯特( Putzmeister )混凝土泵、一套复杂的输送管道系统、四个配重的固定布料杆和性能特殊的混凝土混合物,阿联酋迪拜塔 ( Burj Dubai Tower) 的 核心筒于 2005 年初 开始施工。由于施工的快速进展和大厦越高建筑结构越窄,四个固定式布料杆中有三个被拆除,同时还有一台 拖泵被拆除 。

普茨迈斯特泵送组、混凝土接收区的管道安装和三个清洗系统。
当 Unimix 公司(阿联酋迪拜塔的混凝土供应商和泵送服务商)决定委托普茨迈斯特( Putzmeister )公司供应和安装拖泵和布料 杆系统 时需要对合作伙伴的技术水平和可靠性有充分的信任。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 600 米 的混凝土拖泵和混凝土输送管,出口排量为 30 m3 /h ;还了解到,为了稳定, Burj Dubai 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第 160 层(高度 611 米 )。
在全面的预备测试中模拟超高层建筑的拖泵输送
2005 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,普茨迈斯特的在当地的代理商 German Gulf 公司提供了支持。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。

为了模拟极限条件下超高层的混凝土泵送,在测试阶段铺设了几百米的输送管,确定了测量值和系数(如摩擦系数等)并转化成超高层泵送的数据。
同时,核心筒和三个裙楼的基础底板是由不同长度臂架的泵车建造的。 7000 平方米 的核心 筒基础由 200 根混凝土桩(直径 1.5 米 )以及裙楼是由 650 根桩(直径 0.9 米 )支撑的。桩的深度达到 55 米 ,大厦的底板混凝土为 45000 立方米 。

阿联酋迪拜塔 ( Burj Dubai Tower) 的平面图包括平台、三个翼楼和中央建筑核心筒
适应极限条件的超高压混凝土泵
此时在普茨迈斯特( Putzmeister )公司的德国总部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 夏天制造完成并交付以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 具备特别高效的过滤系统。而普茨迈斯特的工程师改进了混凝土泵的液压驱动系统, 无杆腔运行 时混凝土压强和油缸液压之间的传动比小于 i =1 。由于此传动比例,高性能的泵机可能实现超过 400 巴的混凝土压强。普茨迈斯特的工程师在后来的工作中预期压强会小得多,因而限制了混凝土泵的压强,而管道的最大运行压强 “ 仅为 ”250 巴。

其中一台 BSA 超高压混凝土泵在夜间工作中。
Unimix 公司在测试阶段组合了两台普茨迈斯特的 BSA 14000 SHP-D 超高压泵机和 BSA 14000 HP-D“ 常规 ” 高压混凝土泵机形成一个泵组。 混凝土泵离大厦 中心的水平距离约 70 米 。超高压混凝土泵是由系列生产的 470 kW 卡特彼勒( Caterpillar )柴油发动机驱动的。
不同的高度使用的混凝土强度等级
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,这个在迪拜最壮观的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: C 80A (碎石最大粒径 20 毫米 )
  • 第 26 层以下:(高度 95 米 )墙壁 C 80A (碎石最大粒径 20 毫米 )
  • 第 126 层以下:(高度 452 米 )墙壁 C80 (碎石最大粒径 14 毫米 )
  • 第 154 层以下:(高度 570 米 )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 20 毫米 的 C 80A 级混凝土原来仅用于 95 米 高度(第 26 层)以下的结构,但该混凝土被泵送到 352 米 的高度(第 100 层)(摊铺度为 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 30 m3 /h ,混凝土压强仅为 150 巴。
    加大碎石最大粒径所节省的成本
    对不同高度的混凝土等级的设计,一方面,混凝土应能够泵送到 300 米 以上;另一方面,这样明显可以降低成本,因为相对于 最大总 颗粒尺寸 14 毫米 的混凝土来说,最大颗粒尺寸 20 毫米 的混凝土需要的水泥和细沙要少的多。
    尽管规定此混凝土的强度 “ 仅为 ”80 N/mm2 ,后期试验常常显示强度大于 100 N/mm2 。这种高强度混凝土包含 20 种会影响流动性和凝结性能等的不同外加剂。

    测试混凝土强度
    混凝土中加冰
    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温度有将近 40 摄氏度 。因为混凝土浇注时的温度最高只能是 35 摄氏度 ,骨料在配置成混凝土之前在混凝土厂中经过了冷却,且一部份的水换成了冰(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°C 左右的温度将混凝土运输到阿联酋迪拜塔 ( Burj Dubai Tower) 施工现场。

    一部 份用于 拌制混凝土的水换成了冰
    多重检查确保混凝土的质量
    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。在混凝土运泵送前,会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,现场的管理方会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 2 立方米 的泵送辅助剂,辅助剂是在大厦的上的一个容器中收集的,然后用塔吊吊到地面上。

    定期测量混凝土温度 ……

    坍落度试验
    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 到 12 个小时后,模板打开; 24 个小时后,拆除模板。每 3 到 4 天完成一层(大厦核心筒和楼板)。
    刚柔并济的塔楼结构
    由于阿联酋迪拜塔 ( Burj Dubai Tower) 没有设计主动减震装置,在三座裙楼建筑设计的过程中非常重视空气动力学上的优化。随着大厦的高度的增加,平面上将缩小一些,但从原则上讲,中心是保持一致的。这意味着这座超高层建筑会刚度极高同时又保持相当的弹性。这种施工方法特别适合早上和傍晚风向逆转 180 度,有时强风风速会超过 100 公里 每小时。对于更强大的风暴( “ 五十年一遇风暴 ” ), 605 米 高度处的摆动大约计算为 40 到 50 厘米 。该数据是基于在风洞试验中进行的模拟测试得出的。

    阿联酋迪拜塔施工高度达到了 601 米
    复杂的混凝土输送管线系统
    开发在阿联酋迪拜塔 ( Burj Dubai Tower) 提供壮观的泵送高度的高效混凝土 泵仅仅 是普茨迈斯特公司工程师的任务之一。一个特别的挑战是输送管线系统、其耐磨性能、耐高压以及管线的走向和在建筑结构中的固定。普茨迈斯特公司在此方面申请了多项专利。
    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 )。该设备将大部份强度 C50 的混凝土泵送至 452 米 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。
    根据现场的情况下,几乎在整个泵送高度上都装配了内径 150 毫米 ( 6 英寸 )的泵管,用于泵送特别高强度的混凝土。只有在最高的 10 层楼安装了一般的普茨迈斯特 ZX 输送管( DN 125 )(由于其便于安装)。在这样的配置下,此管道可以承受 130 巴的压强。

    在阿联酋迪拜塔的中央核心筒中,两条主管道可以在数次移动后转变成四个竖管,竖管通向三个楼板上

    固定的普茨迈斯特布料杆和一个固定在建筑 核心筒墙模板 上。部份管道和所有的布料 杆已经 拆除
    粗管道有优点也有缺点
    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(假定每小时的输出相同)有直接影响。与 125 毫米 的输出管道相比, 150 毫米 管道的截面积增大了约 44% 。这会造成压强下降近 25% ,磨损会相应下降。
    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 611 米 时,混凝土在 150 毫米 输送管中停留的时间大约为 40 分钟。
    除了钻孔桩和基础底板的 45000 立方米 混凝土外,还为平台、三个翼楼和塔楼的建设计算了大约 26 万立方米的混凝土。鉴于大量的混凝土需求,为了尽量减小输送管道的必要变化(在自然摩擦下磨损),普茨迈斯特提供特长寿命的混凝土输送管,管壁厚度 11 毫米 。并通过超声测量定期监测管道的壁厚。
    从阿联酋迪拜塔 ( Burj Dubai Tower) 的中心泵组出发的两天大型输送管道首先通过翼楼 A 。如果翼楼已经浇注混凝土,两条主管道被分为四个部份,每个部份分别连接到固定的普茨迈斯特公司布料杆。此外还提供第五条管道用于备用运行。有些输送管道和布料 杆已经 拆除。
    大型的承重墙支持 55 吨重的混凝土输送管
    要支持垂直输送管的重量(而且在进行混凝土浇注过程中,管道还是满的),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 611 米 的情况下,管道的重量是巨大的。主管道加上混凝土的重量超过 55 吨!
    每节 3 米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。
    液压起重设备简化了输送管的更换
    普茨迈斯特开发的专用起重设备用于更换个别的输送管。用 一 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。

    起吊重达 55 吨的管道系统的装置

    管道交换草图
    无配重的 的 固定式布料杆
    混凝土输送管最初连接到四个固定的普茨迈斯特布料杆。其中三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 在自动爬升墙模板的平台( Doka )上,并安装在 16 米 高的管状柱上。这三个布料杆在单个塔楼翼的墙壁完成后陆续拆除并分三个部份(布料臂、带有分离的 A 臂的吊臂平台、管状支柱)通过起重机放在 0 号层。
    到 585 米 高度(第 155 层)的中央大厦核心的混凝土浇注由第四个 32 米 伸展范围的 MX 固定布料杆施工。 MX 32-4 T 设置在 20 米 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,四个无配重 MX 布料杆都由普茨迈斯特公司提供。财团已经对此做出要求,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 爬升墙模工程 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。

    印度机械操作师 Harbans Singh 手持高敏感无线遥控器控制 600 米 高处的普茨迈斯特布料杆
    简单而彻底的清洗
    每个层的核心墙体每都会浇注 100 立方米 的混凝土(每层楼分三次)。塔楼翼楼楼板的混凝土从低层的每层 150 立方米 递减到高层的每层 50 立方米 。
    为了改进在排列很密钢筋中浇注混凝土,在软管端部安装了的塑料喷嘴
    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。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,其包括一个短的水平输送管和大约 4 米 长的竖管,在开放端弯折两次。在即将进行清洗前, BSA 泵后的混凝土管由一个 液压截止阀关闭,到清洗吊架的连接是通过弯折一个 90 度 角实现 的。在吊架下方,一辆空的车载搅拌机等待关闭阀打开,让混凝土由于重力流到车载搅拌罐体中。这样机器操作员就能够清洗 BSA 14000 泵机了。料斗下 的槽会收集 残余的混凝土。
    由于泵管不是 完全空的 —— 在 70 米 长的水平管中还有残余 —— 最后使用海绵球和压缩空气将最后的剩余混凝土从输送管的顶端推出。要进行此操作,混凝土 浇注队 的两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、水和第二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 20 分钟。在高层建筑混凝土泵送结束时,管道中大约含有 15 立方米 的混凝土。
    现在输送管道中的压强超过了 200 巴
    到 2007 年 11 月初,阿联酋迪拜塔 ( Burj Dubai Tower) 的混凝土浇注工程已经达到了 585 米 的高度, 155 层(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 189 到 204 巴的混凝土压强,具体取决于使用的行程时间(每个活塞行程时间为 7 到 5 秒)。实际的输送速率在每小时 23 到 32 立方米 之间。
    在开始超高层泵送前,混凝土 泵使用 方 Unimix 和高性能混凝土泵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。顺便提及的是,财团曾提及并建议在 400 米 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 611 米 的泵送高度。由于从 586 米 (第 156 层)开始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。

    胜利完成: J.P. Santosh ( Unimix 的机械技术总监)、 Christian Stirm (普茨迈斯特公司的应用工程师)和 Badri Narayanan (普茨迈斯特公司代理商 German Gulf 公司的服务经理)(从右到左)共同庆祝新世界记录的诞生。

    下面图片来自迪拜官方网站

 

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