混凝土布料机。本文转载自“施工技术《超高层建筑中混凝土布料机的选型与布置》，作者：王纯岩，赵世东等”，仅用于学习分享，如涉及侵权，请联系删除！
[摘要]以珠海横琴总部大厦项目布料机的选择与布置为例，通过形象鲜明的对比分析，并结合工程实体的结构形式和施工工艺，详尽阐述了在保证工程质量、安全和工期的前提下从技术、经济方面科学的布料机选型与布置方法。
[关键词】高层建筑；施工机械；混凝土布料机；选型；布置
0 引言
传统混凝土浇筑是用混凝土罐车直接倾倒或采用塔式起重机料斗调运或用混凝土泵管直接泵送，效率低，且浇筑质量差；混凝土布料机需与混凝土泵配套使用，可将完成输送、布料、摊铺混凝土浇筑人模等工序一气呵成，能将混凝土快速、准确地送抵作业面的任一浇筑部位并进行连续浇筑。布料机较传统工艺操作灵活方便，避免了泵管接拆频繁而造成的劳动强度大；布料范围大，保证了布料的连续性，加快了混凝土的浇筑速度；降低了混凝土的消耗量；减少因浇筑速度慢而导致的施工冷缝；减小了铺设在模板上的泵管因振动对已浇筑完成混凝土的损伤和已成型钢筋骨架的破坏；减少浇筑墙柱竖向构件时因同一部位下料而造成单面模板侧压过大或两侧压力不平衡，产生爆模或涨模现象或结构几何尺寸偏位。
1工程概况
珠海横琴总部大厦(一期)是集办公、商业为一体的综合性高层民用建筑，地下3层，地上33层。总建筑面积106 981．9m2，T1塔楼建筑总高度157．5m，商业裙房高度为24．5m，标准层层高为4．2m，T1塔楼平面尺寸为44．8m×44．8m。T1塔楼结构形式为型钢混凝土框架．钢筋混凝土核心筒混合结构，20个外框架柱，核心简内设有4个单筒，16个电梯井道，外框架劲性柱和核心筒剪力墙内均设置型钢，梁分为混凝土梁和型钢混凝土梁两种，剪力墙、框架柱采用C35一C60，梁板采用C30，每层混凝土量约700m3，混凝土浇筑量大，施工平面位置自下而上大小固定不变。核心筒位于塔楼中心位置，不光提供了建筑物的抗侧刚度，同时也与外部的框架体系相互作用。外部为型钢混凝土框架柱，通过水平混凝土楼板、混凝土梁和型钢混凝土梁与内部的型钢混凝土核心筒连接。
2布料机选型布置原则
1)布料机的臂架形式、回转方式、回转半径等结构本身的性能应满足施工需要。
2)应与建筑结构形式、平面形状和施工工艺协调；避免设备工艺相互间碰撞，如塔式起重机、模板体系与布料机之间。
3)满足安全、经济和施工进度要求，选择性能好的布料机。
4)满足布料机安拆、移动布置的辅助设施和环境要求。
5)布置位置应便于清洗，选择好供水和排水措施，还应考虑供电方便。
3布料机类型比较
布料机由上部的布料系统、中部的回转体、下部的塔身和电液控制4部分组成。上部布料系统与下部不同的塔身可组合成多种形式的混凝土布料机，混凝土布料机大致可分为汽车式布料机(亦称混凝土泵车布料机)、船载式布料机和独立式布料机3大类。
3．1汽车式布料机
汽车式布料机是将布料系统与混凝土泵共同组合装置在载重汽车底盘上，通过可伸缩的支腿保证了泵送时的稳定性和安全性。按臂架组成方式分为臂架连接式、臂架伸缩式和臂架折叠式。
1)臂架连接式 臂架由2～3节组合而安置在汽车上，当到达施工现场时再进行组装(见图1a)；构件零散，运输方面灵活，但组装拆卸费时费力，本结构形式在市场上很少出现；适用于进出施工现场距离远或通行不方便的场地。
2)臂架伸缩式 臂架不需要另行安装，可由液压力逐节顶出，臂架为皮带输送式(见图1b)。布料速度快，在狭窄空间布料不受约束，但只能做回转和上下调幅运动，布料半径小，在布料时容易产生离析现象，故在市场很少应用。臂架伸缩式主要适用于道路、基础工程、狭窄施工场地施工。
3)臂架折叠式 通过液压系统打开折叠臂进行浇筑，常用臂架规格16～63m(见图1e)。运动幅度和作业范围大，使用方便；应用广泛，适用于基础工程、地下室工程、7层以下的公共建筑物及水塔等、布料半径70m范围的浇筑空间内，不适用于高层建筑及距离较远的。
4)结合实际 本工程地下室3层，且地上商业裙房4层，地下室基坑设置钢管柱+混凝土支撑+栈桥板体系，地下室占地面积1．23万m2，地下室和地上4层范围内塔楼、裙房进行分块浇筑，最远处距离泵车站位达70多m，且地下室底板对混凝土浇筑质量要求高，故采用折叠式汽车布料机，不需额外铺设布置泵管，浇筑速度快，并可利用基坑支护栈桥板和基坑边缘作为汽车泵站位进行布料。
3．2船载式布料机
布料系统与混凝土泵共同组合装置在船体上工作，主要应用于港口、桥梁(尤其跨海大桥)的建设，其工作环境湿度大，海风含有盐分，腐蚀性大，电气系统易出故障。且要求在七级海风、船舶倾斜度6％、船体振动的条件下正常工作，此布料机不适合在本工程中使用。
3．3独立式布料机
单独体系的布料系统和独立的底座支撑(或爬升)系统组合，布料臂2～5节。
3．3．1臂架变幅形式分类比较
按臂架变幅形式分为液压俯仰屈伸式臂架布料杆和卷扬绳轮变幅俯仰式布料机。卷扬绳轮变幅仅靠绳锁卷扬变幅，安全性低，变幅速度慢，运转笨重，需经常核查钢丝绳和卷扬系统，故市场很少采用此形式；液压俯仰屈伸式臂架布料机拥有平衡阀和电磁阀双保护变幅系统，变幅定位灵活、准确、安全，故广泛应用于施工市场。本工程采用安全性可靠的、市场上广泛使用的液压俯仰屈伸式布料机。
3．3．2转向技术分类比较
转向技术分为3大类：①手动换向技术采用槽钢或者圆管结构、大臂、标准轴承、耐磨输送管路、加大型配重箱等，增强了设备的稳定性。需人工拉动绳索调节布料半径改变布料方位，优点是：拉动绳索调节布料半径或者布料方位，体积小，造价低廉，灵活方便；缺点是：需配备多名施工人员转
向，浪费人力。属于落后产品，市场小，基本应用为小型移动式布料机。②电控换向技术PLC集成控制电磁阀换向实现泵送、S管分配的交替换向。优点是：机器组装简单，生产成本低；缺点是：电气控制复杂，故障率与维护成本极高，易耽误工程进度。使用极少，国外一般采用电液比例控制。③液压换向技术开关式液压阀控制，完全靠主油缸、分配小油缸液压信号的变化实现动作换向，采用无线遥控技术。优点是：混凝土泵送、S管分配无需PLC电气元件参与，故障率更低，使用寿命高；全液控技术输送泵，结构简单，回转动作平稳、准确，维护成本大大降低；安全性高。缺点是：价位相对高，布料臂架动态性能不高，抖动大，当半径在38m以上，需对额外的臂架进行加固。应用广泛，市场上独立式布料机基本均采用此转向技术。本工程移动式布料机采用手动转向技术，技术简单，适用于小型经济型布料机；其他内爬式、外爬式和塔式布料机均采用市场上广泛应用的液压换向技术，进行远方无线遥控，此技术操作方便，安全性高。
3．3．3移动布置形式比较
按移动布置形式分为液压爬升式、塔式、移动式布料机(见图2)。
3．3．3．1液压爬升式布料机
液压爬升式布料机由多节钢管组成的立柱、折叠式臂架、泵管、转台、回转机构、操作平台、爬梯、底座等构成。按照爬升与建筑物的内外侧位置分为内爬式和外爬式布料机，内爬式布料机又根据布置位置分为电梯井道内爬式和楼面内爬式布料机。液压爬升式布料机在钢管立柱的下部设有液压爬升机构，借助爬升套架梁，利用液压油缸在电梯井、剪力墙的外壁或板面预留洞口中逐层向上自助爬升，降低了工人劳动强度，每施工一层顶升一层；支撑梁和预埋件可重复使用，降低成本；装拆通过塔式起重机辅助进行；采用无线遥控操作布料；可仅通过更换布料机立柱支撑梁体系完成电梯井道爬升式和楼面爬升式布料机的快速转换。
1)内爬式布料机
装在建筑物内部，最大限度利用布料半径，3600回转，布料范围大；爬升立柱一般高20m，根据施工需要设置锚固层数以调节布料机顶端距离施工面的高度，不过至少锚固2层，故不能为地下室提供布料。和塔式起重机共同布置时，需考虑两者自由高度的高差，避免碰撞。内爬式布料机拆除借助于塔式起重机完成，拆除高空作业危险；占用施工面空间，影响多工序同时作业。①电梯井道内爬式布料机需在电梯井道剪力墙侧壁设置预埋件和支撑牛腿，通过支撑钢梁负载布料机。置于电梯井道内，墙体承载能力强，安全可靠，受高度限制较少，但位置相对死板，对于大面积混凝土施工无法覆盖全部，需增加多台内爬式布料机或配合使用移动式布料机。主要适用于2．0～2．7m不同尺寸的电梯井道，200mm厚C30以上混凝土的墙体、30m以上的塔楼和筒仓式建筑施工。②楼面爬升式布料机需在板面预留孔洞，需特制钢梁并附加垫木支撑
在孔洞两侧的楼面结构梁上，避免竖向荷载直接附加在楼板面上，破坏楼板。楼面爬升式布料机安装方便快捷，大面积布料时可安装多处塔身，而仅设置一套布料系统，可根据需要将布料系统拆卸移动至不同塔身进行布料，从而节约成本，实现一杆多用的便利。楼面预留洞口待顶升完毕后，需进行封闭恢复；当预留洞口两侧的结构梁间距过大时，支撑钢梁长度和质量也伴随其增加，循环转移不方便。楼面内爬式布料机适用于结构主体垂直、设有楼板面、30m以上的高层建筑施工。
2)外爬式布料机
依附结构外墙上预埋件进行爬升。外爬式布料机由于一侧附墙，故覆盖面受牵制，附墙一侧无法覆盖。视建筑高度根据实际布料需自由升降；布料机立柱中心与墙壁距离可以调节，可适用于非垂直墙壁，但依附的墙体需400mm厚、C40混凝土、30m以上高度。主要负责完成依附结构主体外的结构混凝土浇筑工作，尤其适用于核心筒先起外部框架体系后浇筑的超高层建筑。
3．3．3．2塔式布料机
塔式布料机布置在建筑物外地基上，有独立的塔身和基础，有较强的抗风载能力，在非工作状态可承受14级台风(风速45m／s)，安全可靠，适用于造型复杂的大面积建筑综合工程，如大型基础、工业民用建筑、核电站、水利等大面积布料项目，也可适用于风荷载比较大的沿海地区。塔式布料机按与塔身的附着关系分为独立安装在塔身上的塔式布料机1、附加安装在塔式起重机塔帽下经加固改装转台上的塔式布料机2和附加安装在平臂塔式起重机跟随小车随塔臂滑动的塔式布料机3。
塔式布料机1和2：布料半径利用率较低；安装在塔身上，随塔身的自升而不断升高，塔身固定，不能平面移动；当建筑高度超过一定高度后，需在塔身上增加附着杆以保证塔身稳定性；采用塔身节比较多，需要设置稳固基础，费用相对高。塔式布料机1取代了塔式起重机的起重系统，需依靠独立的塔身，塔身安装需借助其他起重设备完成，塔身可用塔式起重机标准节，可与塔式起重机标准节互换；塔式布料机2和塔式起重机共用同一塔身，布料系统设置在需要特制加固的转台上，布料作业时常与塔式起重机臂交叉碰撞，影响双方工作，且塔身和附着杆需额外加固以满足两者共同体的施工荷载和抗风能力；塔式布料机3借助于平臂塔式起重机的吊臂上滑动的小车安装布料系统，布料系统可随小车的滑动进行大面积范围的布料作业，但同也影响了塔式起重机的起重作业，且布料时产生了持续的振动荷载，增加了塔式起重机的损伤和危险，每次布料时需进行安拆作业，增加了高空作业的不安全因素。
3．3．3．3移动式布料机
移动式布料机由底架支腿、转台、平衡臂、平衡重、臂架、水平管、弯管等组成，布料臂一般呈z形三节折叠臂，能俯仰和展折变幅360。回转。按结构形式不同分为台灵架式和屋面吊式布料机。台灵架式布料机是将布料系统安装在4条支腿的支架上，通过首尾2根水平管将混凝土送到浇筑地点，采用人力推拉完成布料臂的回转布置定位工作；屋面吊式布料机是将布料系统安装在移动式短小塔架上，借助手摇卷扬机和绳轮系统，完成布料臂的回转布置定位工作。
移动式布料机结构简单紧凑、安装方便、操作灵活、性价比高，独立性强，便于保养。无须依赖其他构件固定，放在楼板、平台、简易的架子或拖车等平面上即可布料作业；不受施工层面大小、形状的影响，能适应各种不同的施工楼面及复杂的施工现场需要；需其他起重设备配合吊运转移，可自由地在施工楼面上流水作业段转移，不用时可吊离施工区域，不影响其他工序作业。需要一定的水平站位空间，有效作业面积较小，转向一般通过人力进行，浪费人工。适用于核电、桥梁、桥墩、路面、地下基础及各种类型的建筑体系，能方便地实现墙体、梁、板、柱、桩等各种施工作业的混凝土浇筑。
3．3．3．4结合实际
考虑到本工程T1塔楼为核心筒+外框架型钢混凝土结构体系；框架柱、剪力墙和框架梁内分别设置型钢柱和型钢梁；型钢梁柱构件早于混凝土施工面1～2层形成钢框架体系，核心筒电梯井道采用筒架钢模板施工工艺，T1塔楼布置2台塔式起重机以满足大量钢构件、电梯井道筒架、钢筋模板等材料的吊运工作。
本工程垂直运输工作量大，为全力发挥塔式起重机的最大工作效率和保证多工序同时工作，应尽可能避免塔式起重机参与混凝土的布料作业；同时从塔式布料机1中塔身的经济性和塔式布料机2，3附加设置在塔式起重机上的安全性考虑，本工程不适合采用塔式布料机。
考虑工程工期紧张，钢构件吊装、水电安装、模板脚手架加固和混凝土浇筑将会分区域穿插共同作业，塔楼施工面紧张复杂，多工种施工人员众多，空间站位狭小。若采用移动式布料机，人工手动转向笨重，浪费人力；作业时基础需占据一定的施工面位置，泵管拖铺在施工面上，需采用橡胶轮胎等保护已成型的钢筋网架和水电管线；回转作业空间小，需占用塔式起重机协同进行多处吊运移动作业；移动布置和回转作业时受已安装成型的钢梁柱框架体系影响，故T1塔楼地上部分不适合采用移动式布料机。而周边商业裙房和地下室施工场地大，对于汽车泵无法布料位置可采用拖泵+移动布料机灵活布料。
由于T1塔楼采用核心筒和外框架同时整层施工浇筑的方法，外爬式布料机无剪力墙垂直壁附着，故不适用。考虑到核心筒电梯井道采用筒架模板体系施工，采用电梯井道内爬式布料机将会发生碰撞，无法布置；且电梯井道并非位于整个建筑平面的中心，若要覆盖整个平面需提高布料机回转臂型号，经济性不合理，故电梯井道内爬式布料机也不适用于本工程。T1塔楼建筑平面中心位置为楼板混凝土，可开设孔洞，且孔洞两侧结构梁强度高，两梁间距不大，足够供轻便的钢梁放置以顶升布料机；塔楼标准层高为4．2m，楼面内爬式布料机顶升立柱高20m，施工锚固在建筑内2～3层，高出施工面7．4～1 1．6m(相当于2～3层高)，完全不受施工面上方已安装完毕1～2层的钢框架体系影响，可360°无束缚旋转，实现最大限度布料；选用的塔式起重机自由高度为35m，布料机的高度不影响塔式起重机的附着作业，故选用楼面内爬式布料机适合T1塔楼的布料作业。
当超高层核心筒采用整体模板提升工艺施工时，因楼板面在核心筒施工时未完成，电梯井道被滑模系统占据，不能安置电梯井道和楼面内爬式布料机，此时可将布料机直接设置固定在整体模板提升架面层上，随滑模体系整体提升，实现了整体统一协调作业。当超高层外框架与核心筒之间采用钢结构梁+蝶形板+混凝土楼板面体系时，因不同结构施工交叉作业，往往是楼层上下层蝶形板面安装完毕后再进行蝶形板上混凝土浇筑，在层高3～4m范围内，可采用台灵架式移动布料机(结构小巧玲珑，施工所需高度小)浇筑混凝土。此外当超高层采用核心筒+外框架钢管混凝土柱+钢结构梁体系时，采用核心筒先起外框架后施工的工艺，因外框架钢结构安装速度快，往往是外框架柱高于施工楼板面数层，为保证已安装好的外框架柱的稳定性，避免悬挑高度过高，连接外框架和核心筒的钢梁在楼板施工前预先安装。可采用核心筒外爬式布料机+塔式起重机吊斗协同浇筑外框架混凝土，或将移动式布料机四脚与特制钢板梁固定，依靠式起重机将其放置于核心筒与外框架柱之间的钢梁上，通过临时固定对外框架柱进行混凝土浇筑。
4价格比较
布料机从设计角度到结构材料、设备机械性能、自动化控制能力及品牌、安全性方面的不同，销售价位有很大差距(见表1)。差的设备机械振动荷载比较大、壁管磨损快、易爆管、易堵管、机械转向能力差、寿命短、事故售后维修跟不上等。根据市场调研，布料机租赁厂家相对较少。手动转向技术的移动布料机经济适用，适合采购；当回转半径超过28m以上的液压爬升式布料机销售价格很高时，工程中多选择28m以内的液压布料机，经济合理，适用性强，适合租赁。
5最终方案确定
综上所述，最终确定本工程地下室、塔楼和商业裙房4层及以下结构施工时采用汽车臂架折叠式布料机，对无法浇筑位置采用拖泵+手动转向技术的移动式布料机辅助进行混凝土浇筑；当T1塔楼施工至地上5层后，采用塔式起重机在塔楼中心楼板位置安装1台回转半径28m的楼面内爬式布料机，并在布料管口接2m软管，负责整个塔楼的混凝土浇筑工作，如图3所示。在塔楼内沿剪力墙布设2套混凝土浇筑管至施工面，以备其中一套堵管时，另一套进行救援。
此外混凝土泵管在润泵和洗泵时产生的污水和水泥浆等废料不能直接往施工面排泄，故特制一只容量2～3m3的水箱，清洗时利用塔式起重机将水箱安在距离布料机最合适的泵管口位置，将污水及废料直接倾泻至水箱内调走。布料机使用过程中应定期检查维护回转机构、液压顶升结构和泵管厚度等，避免布料机失灵、爆管等事故的发生。
6 结语
从布料机的结构特点、技术性能、工作原理出发，结合本工程建筑结构形式、施工工艺和施工环境，从技术、安全、经济等方面多角度、多方位，系统全面地分析混凝土布料机选型和布置，成功地应用于横琴总部大厦(一期)工程，充分发挥了混凝土布料机的性能，既节约了成本，又满足了施工技术、安全和进度的要求。
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