淺談堰吉河大橋鋼管混凝土泵送施工

摘要：本文主要介紹堰吉河大橋鋼管混凝土泵送施工方案的確定及施工安裝工藝，工程施工安全的規(guī)章保障。施工單位合理安排設(shè)備和勞力施工，優(yōu)化資源配置。通過精心組織，文明施工，保護環(huán)境，建成生態(tài)工程。并且建立了安全保護設(shè)施，建立科學(xué)嚴(yán)密的質(zhì)量檢測保證體系，縮短了工期，獲得了良好的經(jīng)濟和社會效益

關(guān)鍵詞：堰吉河大橋 混凝土泵送施工 安全保護措施

中圖分類號：U445 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2012）09（c）-0132-03

1 工程概述

堰吉河大橋拱肋管內(nèi)混凝土泵送施工，拱肋弦管內(nèi)填充C50微膨脹高性能混凝土，單管采用對稱頂升法一次灌注。按照設(shè)計要求鋼管混凝土先澆筑下弦管，再澆筑上弦管，橫向先澆筑外側(cè)管，再澆筑內(nèi)側(cè)管。施工時要嚴(yán)格控制泵送量，使管內(nèi)的混凝土長度差不大于2m，并在混凝土初凝前泵送到頂。其泵送高度達到40m，水平距離近80m，單管泵送量達到（12.7m3/單管），施工難度較大。

2 鋼管混凝土泵送頂升施工工藝

2.1 施工工藝流程

拱肋混凝土泵送工藝流程：開設(shè)排漿口→焊接進料短管→布設(shè)輸送泵管→人工澆筑進料短管以下區(qū)段混凝土→壓注清水濕潤輸送泵管→泵送高標(biāo)號砂漿→泵送C50混凝土→從拱頂排漿孔振搗混凝土→關(guān)閉防回流閥→清洗泵管完成泵送。

2.2 泵送設(shè)備配置

混凝土泵送時兩岸各設(shè)一臺輸送泵，并共用一臺備用泵。考慮到施工場地的限制和減少泵送阻力，兩岸的輸送泵均設(shè)置在橋臺處，盡量靠近拱肋進料位置。根據(jù)計算在頂升時輸送泵出口壓力達到12MPa，因而輸送泵選擇THB50輸送泵，其工作壓力可達到18.0MPa，工作能力即每小時輸送混凝土量大于80m3/h，電機功率200kW。泵管與輸送泵相配套，直徑采用φ125mm，泵管數(shù)量足夠，型號備齊，接頭膠墊圈位置準(zhǔn)確，連接卡箍及螺栓必須上緊；泵管設(shè)置足夠的支點和懸掛點，不得懸空，泵管布置盡量減少彎管的使用。

采用商品混凝土，混凝土罐車根據(jù)泵送能力和混凝土初凝時間進行配置，確保滿足兩岸輸送泵的排量要求。

3 鋼管混凝土泵送頂升方法及操作技術(shù)要點

3.1 泵送順序

鋼管混凝土泵送順序：上游外側(cè)下弦管→下游外側(cè)下弦管→上游內(nèi)側(cè)下弦管→下游內(nèi)側(cè)下弦管→上游外側(cè)上弦管→下游外側(cè)上弦管→上游內(nèi)側(cè)上弦管→下游內(nèi)側(cè)上弦管，全橋鋼管拱肋共分8次進行對稱澆筑。

3.2 施工準(zhǔn)備

①施工前組織大范圍的技術(shù)交底，由有關(guān)技術(shù)人員做詳細的講解，使參加混凝土泵送工作的所有人員心中有數(shù)，施工操作時得心應(yīng)手。

②各種原材料特別是混凝土外加劑應(yīng)準(zhǔn)備充分，進場時須附技術(shù)證明書和出廠合格證，進場后試驗部門應(yīng)予以抽檢，合格后方可使用。

③在鋼管拱上安裝供水管，以作施工時混凝土降溫，溢出混凝土的沖洗和泵送前弦管內(nèi)的潤濕沖洗清渣之用。

④混凝土泵送頂升前，現(xiàn)場各機械設(shè)備特別是對輸送泵進行全面的檢查和維修。

⑤施工前，將拱肋頂面的標(biāo)志點標(biāo)示清楚，方便混凝土泵送時準(zhǔn)確判斷混凝土的頂升面高度。

⑥隨著混凝土在鋼管內(nèi)上升，管內(nèi)空氣的密度將不斷增大，為減少空氣的壓力，在鋼管上每隔5.0～10.0m設(shè)置一排氣孔；并在拱頂設(shè)置一直徑150mm排漿孔，排漿孔高度在1.5m左右。

⑦混凝土泵送選擇在氣溫較低時進行，以減少混凝土坍落度的損失。

3.3 灌注進料短管口至拱腳截面間混凝土

此段混凝土直接采用輸送泵輸送，附著式振搗器振搗，灌注完成后，頂層砂漿需排出，混凝土灌注后頂面應(yīng)比進料短管口低40～50cm，以免后續(xù)鋼管混凝土泵送時集料分離，堆在鋼管倉角內(nèi)的邊角，造成混凝土的不密實、蜂窩、麻面等質(zhì)量問題。

3.4 開拱頂排漿口，安裝焊接拱腳進料口

單根弦管未設(shè)隔倉，僅在兩拱腳處各設(shè)一處進料短管，在拱頂處設(shè)一排氣管。進料短管設(shè)在離拱腳端面5～5.5m處的上下弦管的頂面或側(cè)面，進料短管于拱肋軸線夾角為30°，夾角越小泵送阻力越小，對鋼管壁的沖擊力越小。在拱頂設(shè)置排漿管，排漿管的直徑為125mm，即大于2倍的粗骨料最大直徑，排漿管的高度為150cm，以免排漿時粗骨料堵住排漿管，多余的氣體和漿液排不出。

在混凝土灌注前，在進料短管上設(shè)置防回流閘板閥，并對短管與弦管接口的焊縫做加勁處理。

3.5 泵管水密試驗及弦管內(nèi)廢渣清除

泵送混凝土前將進料管上的閘閥關(guān)閉，在輸送泵料斗內(nèi)裝清水泵送，檢查泵管是否有漏氣現(xiàn)象。另外，用清水從拱頂排氣管注入，對弦管內(nèi)所有廢渣及銹跡進行完全清除，并由拱腳位置處排渣孔排出，清除完后封閉排渣孔。

3.6 泵送高標(biāo)砂漿

在泵送混凝土之前先泵送2m3高標(biāo)號砂漿潤管，主要作用是潤滑管道減少混凝土的泵送阻力。

3.7 泵送C50微膨脹混凝土

①混凝土拌制時各種組成材料應(yīng)計量準(zhǔn)確，外加劑拌制成均勻的溶液加入拌和，每盤的凈攪拌時間不得小于2min。

②泵送混凝土拌制時，試驗室應(yīng)有專門人員值班，并隨時根據(jù)集料實際含水量的施工條件的變化適當(dāng)調(diào)整混凝土的施工配合比。

③混凝土坍落度出料時須大于20cm，泵送時須大于18cm。

④開始泵送時，泵機應(yīng)處于低速壓送狀態(tài)，并注意觀察泵的壓力和各部位的工作情況，待壓送順利后方可提高到正常的壓送速度。

⑤泵送混凝土的壓送頂升應(yīng)連續(xù)進行，盡量避免停泵。當(dāng)混凝土供應(yīng)不足時，宜降低壓送速度，以免中斷。

⑥當(dāng)混凝土壓送困難時，泵壓升高，管路產(chǎn)生振動時，不可勉強壓送，應(yīng)對管路進行檢查，并放慢壓送速度，或使泵反轉(zhuǎn)，以防堵塞。

⑦壓送混凝土?xí)r，料斗應(yīng)裝滿混凝土。混凝土在壓送過程中，如吸進空氣，應(yīng)立即反泵，將混凝土抽回料斗內(nèi)，待除去空氣后再改為正轉(zhuǎn)。

⑧當(dāng)輸送泵被堵塞時，可用木槌敲擊管路，找出堵塞管段，關(guān)閉防回流閘閥，待混凝土泵卸壓后拆卸堵管的管段，取出堵塞的混凝土雜物，并檢查其余管道有無堵塞后方可接管。重新壓送混凝土?xí)r，應(yīng)打開回流閘閥后再進行泵送。

⑨混凝土泵送頂升時，應(yīng)嚴(yán)格遵循兩岸對稱的施工要求，防止一面上升過快引起拱圈縱向振動。可通過混凝土的產(chǎn)量、混凝土的泵送量及敲擊檢查結(jié)果和標(biāo)志部位等來判斷，兩岸管內(nèi)混凝土長度高差不大于2m。必須利用對講機進行聯(lián)系，以保證兩岸混凝土頂升速度同步對稱。

⑩當(dāng)排漿孔有漿排出時，放慢泵送速度，每泵一下需停一下，并人工配合竹竿等在排漿口抽插，使多余的氣體和漿液排出，直至干凈的混凝土溢出為止，然后穩(wěn)壓，關(guān)閉進料短管上的防回流閥，以防止混凝土倒流。

混凝土泵送頂升時，應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計要求進行的順序進行。

3.8 清洗設(shè)備及封堵排漿、進料口

清洗、拆除輸送泵管，待混凝土泌水停住后，割掉進料短管并用原割鋼板封堵排漿、進料口，以防雨水進入，并防止碳化反應(yīng)。

3.9 混凝土密實度檢查

管內(nèi)混凝土泵送完成后，對鋼管混凝土的密實程度進行檢查。檢查可采用三種方法進行：

①錘擊敲打，可探明部位。

②鉆小孔取樣，采用磁力電鉆，鉆孔直徑22mm。

③超聲波無損檢測，如發(fā)現(xiàn)混凝土未完全壓滿密實，可采用鉆孔壓漿填充密實。

4 拱肋撓度變形及橫向偏位控制

在混凝土的灌注過程中，如果先灌注的混凝土強度沒有達到一定的強度，就進行下一根鋼管的混凝土灌注，此時先灌注的混凝土沒有共同參與受力，這樣會大大增大鋼管應(yīng)力和最終結(jié)構(gòu)撓度。因此，在進行管內(nèi)混凝土灌注時，嚴(yán)格按照設(shè)計要求，在下管混凝土強度達到設(shè)計強度后，方可進行上管混凝土的泵送施工。

并在進行管內(nèi)混凝土泵送時，采用全站儀進行全程監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)問題，及時采用纜風(fēng)進行糾偏。

5 泵送混凝土技術(shù)要求

5.1 一般要求

管內(nèi)混凝土應(yīng)具備低水灰比、高流動性、低收縮性、緩凝、高強等特點，并摻入適量的減水劑，由于鋼管是封閉的，混凝土內(nèi)多余的水分不能排除，因此，水膠比不宜過大，一般控制在0.45以下，設(shè)計配合比水膠比為0.305～0.360。

鋼管拱橋施工采用泵送混凝土技術(shù)，因此，對混凝土的坍落度要求在160mm左右（設(shè)計為160～200mm）；為抵消管內(nèi)混凝土的收縮，保證管內(nèi)混凝土的密實，要求混凝土應(yīng)具有低收縮性；管內(nèi)混凝土是封閉環(huán)境，不利于水化熱的散發(fā)，因此要求低水化熱；為使管內(nèi)混凝土一次澆筑完畢，要求混凝土具有緩凝的特點；早強是讓混凝土盡早形成強度，參與受力。

設(shè)計配合比采用秀山龍P.O 52.5號水泥，水泥用量在420～500kg之間，中粗細集料的比值一般在2.0左右較好，也就是砂率在0.33左右，這就是較小的砂率可以較大限度的發(fā)揮粗骨料的骨架作用，泵送混凝土應(yīng)適當(dāng)放大砂率，以防止混凝土離析。

管內(nèi)混凝土為便于澆筑，要求有較大的坍落度，和易性好，且不泌水、不離析。同時，為充分發(fā)揮鋼管的套箍作用，要求混凝土有較小的收縮率，填充飽滿。為滿足混凝土的強度、坍落度、和易性要求，需要加入減水劑或高效減水劑，以降低水灰比，增大混凝土的流動性，提高混凝土的強度和耐久性。為保證混凝土的密實性，減小混凝土的收縮系數(shù)和孔隙率，就需要加入膨脹劑，UEA膨脹劑。由于鋼管對混凝土的保水性較好，能夠滿足膨脹劑的水分要求。配合比中使用的FDN-Ⅱ緩凝高效減水劑和UEA-P膨脹劑。

5.2 泵送頂升法澆筑

泵送頂升法澆筑是在鋼管拱腳接近地面的適當(dāng)位置開壓注孔并設(shè)有閘閥的鋼管進料口與泵管相連，沿拱軸在鋼管拱頂部設(shè)若干個排氣孔，混凝土在泵壓作用下，有下而上頂升，靠自重擠壓密實充填管腔，與鋼管共同作用

混凝土從進料支管出來后，在重力作用下填充支管口與隔板之間的空腔直至淹沒進料只管口，此時粗骨料最先下降，所以泵送時先泵送泵漿，以免粗骨料反彈及影響接頭混凝土質(zhì)量。

隨著混凝土面的不斷上升，泵送壓力的需要也不斷增大，此時，Po>Pu（大氣壓強），所以也就是當(dāng)排漿口有漿流出時需要泵一下，停一下，并需要人工配合排漿、排氣。

5.3 泵送的準(zhǔn)備工作

鋼管混凝土在泵送施施工前，應(yīng)對結(jié)構(gòu)應(yīng)力、穩(wěn)定、變形，特別是節(jié)點局部變形進行驗算，進行專門的施工組織設(shè)計，嚴(yán)格按照設(shè)計程序進行施工，并確保施工有條不紊進行。混凝土的配合比和泵送劑的選擇事先經(jīng)過試驗確定。管內(nèi)泵送混凝土應(yīng)基本達到免振的要求。

掌握橋址處的水文、氣溫資料，選擇氣溫相對穩(wěn)定的時段進行混凝土澆筑，灌注時的環(huán)境氣溫應(yīng)大于5℃.

應(yīng)對安裝完成且拱腳已經(jīng)固結(jié)的鋼管拱肋進行焊接質(zhì)量、幾何尺寸檢查及高程、軸線測量；對拱肋澆筑過程的應(yīng)力變形進行計算，從而確定鋼管混凝土的澆筑順序，按照設(shè)計要求盡心泵送。對進場的設(shè)備、材料進行檢查，保證質(zhì)量和足夠數(shù)量，對操作人員進行工作前的演練，同拌合設(shè)備和輸送泵進行聯(lián)動試車，施工用電應(yīng)雙回路供泵送電或備用發(fā)電機組。

5.4 輸送泵選型

泵送混凝土前，應(yīng)進行輸送泵選型。根據(jù)高度、距離、輸送速度計算最大泵送壓力及泵送功率，確定選擇輸送泵的型號和規(guī)格，與之相適應(yīng)混凝土拌和設(shè)備；混凝土輸送泵應(yīng)性能可靠，保證連續(xù)灌注，一般應(yīng)有備用泵；輸送泵的額定揚程應(yīng)大于1.5倍的灌注頂面高度；輸送泵的出口泵壓不應(yīng)超出規(guī)范要求，以免鋼管壓裂；此外，輸送泵的額定速度應(yīng)滿足下式要求：

V≥1.2Q/t

式中：v——輸送泵的額定速度（m3/h）

t——混凝土的終凝時間（h）

Q——要求灌注的混凝土量（m3）

5.5 泵送工藝

影響管內(nèi)混凝土灌注質(zhì)量的因素是主要是泵送混凝土的配合比設(shè)計以及泵送工藝設(shè)計。合理的泵送工藝設(shè)計是管內(nèi)混凝土澆筑質(zhì)量的重要保證之一。

泵送工藝的主要流程：清洗管內(nèi)油污—濕潤內(nèi)壁—安設(shè)壓注頭和閘閥—泵送高標(biāo)號砂漿—泵送壓住管內(nèi)混凝土—拱頂排漿孔振搗混凝土—關(guān)閉壓注口處閘閥—拆除閘閥完成泵送。

工藝流程：（見圖1）

5.6 施工注意事項

要保證管內(nèi)混凝土的灌注質(zhì)量，應(yīng)注意以下幾個施工環(huán)節(jié)。

潤滑管壁，減小泵送過程混凝土與管壁之間的摩擦力，應(yīng)在泵送之前，應(yīng)用壓力水沖洗鋼管內(nèi)壁，必要時壓注適量的水泥漿后再壓注混凝土，直至拱頂鋼管排出合格的混凝土為止，然后關(guān)下壓注口的倒流截止閥，管內(nèi)混凝土灌注施工過程應(yīng)保持輸送泵儲料斗內(nèi)混凝土量不少于料斗容積的一半，以減少泵送時吸入空氣的數(shù)量，并保證施工連續(xù)進行，不得中斷。

輸送管管徑的選擇及布置。泵送壓注口一般對稱設(shè)置在拱腳附近，焊接泵送連接管，安裝倒流截止閥。輸送管的管徑取決于粗骨料的粒徑大小，泵送混凝土鋼管的直徑宜大于2倍的泵徑，應(yīng)在鋼管隔板處增加傳力鋼筋和采取保護混凝土澆筑密實的措施。

振搗設(shè)備布置。由于管徑較細，可在鋼管拱肋上每隔幾米設(shè)置一個附著式振搗器，邊灌注混凝土邊進行振搗，這將有利于排出管內(nèi)空氣，加強密實度。

排氣措施布置。向管內(nèi)泵送混凝土，排氣問題是至關(guān)重要的。由于混凝土在高速泵送過程中，管道出口呈射流狀態(tài)，混凝土帶出大量氣體，振搗后部分氣泡隨附漿上浮集于拱頂鋼管上部，這種與水液體性質(zhì)截然不同的的液體在管內(nèi)流動時波峰漫過排氣口時極可能導(dǎo)致排氣管堵塞。

6 質(zhì)量保證措施

（1）拱肋混凝土的施工順序應(yīng)根據(jù)設(shè)計要求進行，并按實際泵送距離和高度進行設(shè)備運行及混凝土壓注模擬試驗。

（2）一根管內(nèi)的混凝土要求由拱腳至拱頂對稱均衡地在混凝土初凝時間內(nèi)壓注完成。

（3）泵送混凝土?xí)r兩邊泵送速度應(yīng)加強協(xié)調(diào)，盡量對稱頂升，特別是接近拱頂時，要注意避免一邊上升過快越過拱頂，引起鋼管骨架的縱向振動。

（4）澆筑完成一根管后，帶其混凝土強度達到設(shè)計要求后，方可進行下跟管內(nèi)的混凝土澆筑。按照設(shè)計要求，鋼管混凝土先澆筑下弦管，再澆筑上弦管，橫向先澆筑外側(cè)管，再澆筑內(nèi)側(cè)管。

（5）鋼管混凝土拱頂?shù)墓軆?nèi)混凝土是最容易發(fā)生不密實現(xiàn)象，在進行泵送混凝土?xí)r，在拱頂焊一節(jié)溢流管，以使拱頂混凝土密實。待混凝土強度達到設(shè)計強度的50%后，按照設(shè)計要求進行補焊。

（6）壓注混凝土前，在拱肋上開口焊接管道，每個拱腳處焊接一進漿泵送管，采用加工的φ125mm的管道，其具體位置有計算確定，一般設(shè)在根部向上1.6m，拱肋中線外15cm。并配置輸送管進料閘閥，安裝在泵送插管尾部，以便混凝土澆筑結(jié)束后及時拆卸導(dǎo)管并防止混凝土發(fā)生倒流。

（7）壓注混凝土?xí)r，為充分排除管內(nèi)空氣，減少管內(nèi)壓力，每根管頂部設(shè)置3根排氣增壓管，其分別分布在拱肋中心頂部處及其兩側(cè)，并保持排氣增壓管頂部標(biāo)高基本一致。

（8）混凝土配合比，設(shè)備及材料數(shù)量是否滿足施工要求。

（9）混凝土輸送泵選擇，選擇混凝土輸送泵，需滿足一下要求。

混凝土輸送泵質(zhì)量可靠，能連續(xù)作業(yè)，保證混凝土不間斷頂升；輸送揚程大于1.5倍灌注拱頂高度；輸送泵的出口泵壓不宜超過規(guī)范要求，以免鋼管被壓裂；輸送泵的額定速度滿足要求。

7 管內(nèi)混凝土的質(zhì)量檢查

7.1 檢查的方法和標(biāo)準(zhǔn)

管內(nèi)混凝土最常見的質(zhì)量缺陷有：由于灌注過程中排氣不良或澆筑間斷而殘留在混凝土內(nèi)的空氣造成空腔；由于混凝土的水灰比過大、水泥用量過多、微膨脹量不足而造成的收縮裂縫；由于管內(nèi)銹蝕而造成混凝土與管壁粘結(jié)不良；由于配料不好、骨料堆積以及泵壓不足、灌注速度過快造成的混凝土疏松不密實等。

由于管內(nèi)混凝土外表有鋼管包裹，因此給檢驗、評定混凝土的質(zhì)量帶來一定的難度。為保證混凝土的質(zhì)量，施工中對事前確定的配合比應(yīng)嚴(yán)格控制，并按規(guī)定預(yù)留混凝土檢驗試件，以便事后檢查。

施工過程的質(zhì)量控制。由于施工現(xiàn)場影響混凝土質(zhì)量的因素很多，特別是現(xiàn)場砂的含水率變化很大，必然影響混凝土的水灰比，也影響混凝土的強度。這就要求按照事前確定的坍落度來間接控制混凝土的強度。

管內(nèi)混凝土的填充密實度應(yīng)大于99%。管內(nèi)混凝土填充密實度檢測應(yīng)以超聲波檢測為主，人工敲擊為輔。

錘擊敲打，可探明部位；鉆孔取樣，采用磁力電鉆；超聲波無損檢查。

超聲波檢測參考《超聲波檢測混凝土缺陷技術(shù)規(guī)程》（CECS21：2000）；

超聲波檢查的主要目的是檢查管內(nèi)混凝土是否均勻、混凝土與鋼管是否密貼、管內(nèi)混凝土是否存在空洞和冷接縫、混凝土的強度是否達到要求。

管內(nèi)混凝土澆筑實測項目以《公路工程質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)》（JTG F80-2004），對混凝土的強度、軸線偏位、拱圈高程、對稱點高差進行檢測。

7.2 質(zhì)量缺陷處理方法

對于在檢查過程發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象的，應(yīng)進行鉆孔復(fù)檢，存在不密實的部位采用鉆孔壓漿法進行補強，然后將鉆孔補焊封固。

8 結(jié)語

筆者通過在堰吉河大橋鋼管混凝土泵送施工生產(chǎn)實踐中發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用泵送混凝土施工，既方便了施工同時保證了施工質(zhì)量，確保了工期按時完成，以上總結(jié)在今后的施工過程中尚需完善，減少震動、降低噪音、提高泵送速度等還需進一步反復(fù)試驗。

參考文獻

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