冬季百米高空遠距泵送混凝土施工技術研究

楊志

摘 要：依托鄭盧高速公路大鐵溝特大橋混凝土施工，針對該橋120 m高墩和160 m大跨（大垂直泵送高度達137 m）高空作業施工的特點，為避免高強度混凝土的超高壓泵送因壓力過高而產生泄漏，導致混凝土離析、堵管等諸多問題，從混凝土機械設備的選擇、泵管的布設、混凝土配合比的優化、混凝土蒸汽養生等方面，對施工方案和施工工藝進行了優化，保證了施工安全和冬季混凝土的施工質量。

關鍵詞：混凝土；施工要點；關鍵施工技術；施工工藝

中圖分類號：TU755 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.03.087

1 工程背景

鄭盧高速公路大鐵溝特大橋位于山嶺區，地形為典型的“V”形溝，橋高達183 m，主橋為85 m+160 m+85 m預應力混凝土連續剛構橋，9#主墩墩高120 m，10#主墩墩高118 m，主墩墩身采用C40混凝土，現澆箱梁采用C55混凝土，混凝土最大垂直泵送高度達137 m，根據業主工期要求，主墩墩身、連續梁施工要貫穿整個冬季。

2 施工特點

施工特點主要有：①混凝土泵送距離長，最大垂直泵送高度達137 m；②對泵管進行合理布置，打破了傳統垂直泵送管道固定在墩身上的施工方法，把垂直泵管順塔吊固定連接，利用塔吊爬梯和工作平臺來維護泵管；③對混凝土的配合比進行優化，使其具有有良好的施工性能、易泵送、不泌水或泌水少，混凝土拌和物體積穩定，有利于裂縫控制，便于在混凝土工程中應用；④養護采用蒸汽養生，減少了混凝土的齡期，保證了混凝土的質量，大大加快施工進度。

3 施工工藝原理

施工工藝原理主要為：①通過采取合理的泵管布置方式，減少泵送阻力，選擇合適的混凝土泵送設備，優化混凝土施工配合比，保證混凝土泵送的連續性。澆筑后采用蒸汽養生的方法，減少混凝土齡期，保證施工質量，提高施工速度。②以耐久性為重要設計指標，通過混凝土配合比的優化，大幅度提高混凝土的性能。主要技術途徑是采用高性能外加劑，通過試驗、試配和優化來改善混凝土的工作性能，生產低水膠比、易泵送的混凝土，并控制混凝土的坍落度損失，提高混凝土的致密性和抗滲性。

4 百米高空垂直輸送混凝土機械設備的選擇

4.1 設備的泵送能力

在選擇混凝土泵送設備時，針對最大垂直泵送高度達137 m的實際，我們專門研究了HBTS80-13-90和HBTS80-16-110高壓泵拖泵，如表1所示。

HBTS80-16-110高壓泵出口壓力高達16 MPa，整機功率為110 kW，在高空混凝土泵送施工過程中，整機功率和出口壓力方面能夠達到雙重保證，理論泵送垂直高度達350 m，能夠保證泵送質量。

4.2 設備的可靠性

HBTS80高壓泵采用雙泵、雙回路開式液壓系統，系統簡單，元件壽命長，可靠性高，具體操作方式如下：①在日常泵送混凝土施工中，兩套泵組可同時工作，有效地提高了工作效率，也可分別作業，極大地提高了施工過程的可靠性。②在混凝土泵送過程中，當一套泵組出現故障時，可切斷該組，另一組保持50%的排量繼續工作，有效減少了因施工中斷造成的損失。

5 關鍵工序的施工工藝和操作要點

5.1 泵管的布設和安裝

5.1.1 泵管的布設

高壓管道根據現場施工平面布置圖進行布管，泵管選用直徑為150 mm的輸送管，應盡量減少彎管的使用數量。在底部平管布設時，布設長度應大于垂直泵送高度的1/4. 當泵送高度大于100 m時，垂直管道內的混凝土由于自重會產生極大的反壓，應在高空布置水平管道來抵消這部分壓力，確保泵送的順利進行。

5.1.2 泵管的安裝優化技術

為了保證墩身的外觀質量，減少表面預埋件數量，將泵管沿塔吊垂直布設，并用手拉葫蘆和特殊固定裝置U碼將其固定于塔吊標準節上。考慮到高空泵送過程中泵管對塔吊的沖擊力，我們經過檢算和論證后發現，此種方案不影響塔吊的安全作業，滿足施工要求。冬季施工時，應用保溫材料將混凝土輸送管道包裹嚴密，確保混凝土的施工質量。

5.2 混凝土配合比優化技術

5.2.1 原材料的選擇

5.2.1.1 粗骨料的選用

在適合高空泵送的高性能混凝土中，粗骨料宜采用二級配或三級配，質量標準應符合《普通混凝土用碎石或卵石質量標準及檢驗方法》的規定。其松散堆積密度大于1 350 kg/m3，表觀密度大于2 500 kg/m3，空隙率小于47%，含泥量小于1%，嚴格控制針片狀含量小于5%.

5.2.1.2 細骨料

混凝土采用中砂，符合《普通混凝土用砂質量標準及檢驗方法》標準。為提高泵送性能，2.5 mm篩孔的篩余量不得大于15%，0.315 mm篩孔的累計篩余量不宜小于85%.

5.2.1.3 水泥

根據高空泵送混凝土施工要求，所用水泥均符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》中的標準要求。

5.2.1.4 摻和料

可選用Ⅰ級粉煤灰（經試配、優化，摻量控制在膠凝材料的20%左右），可在泵送時潤滑管壁，在混凝土強度增長過程中抑制混凝土開裂，提高混凝土的后期強度。

5.2.1.5 外加劑

采用聚羧酸高效減水劑，該減水劑具有減水、增強、保塑和緩凝作用，減水率為25%.

5.2.2 配合比優化設計

高空泵送混凝土根據工程要求、結構形式和施工條件來確定所需流動性、不離析、少泌水的可泵性混凝土混合料。基本原則就是按照所采用的材料設計既能滿足工作性、強度及其他要求，又經濟合理。混凝土的可泵性表示其可壓縮性的大小，塑性大和易性好的混凝土，泵送性能也好。可泵性良好的混凝土有坍落度和壓力泌水總量兩個指標。坍落度的大小直接反映了混凝土流動性的好壞，泌水量反映了混凝土的穩定性和保水性。坍落度的大小直接影響著混凝土的澆筑和泵送，混凝土泵送壓力和摩阻力一般隨著混凝土坍落度的減小而增加，對于長距離高度高的泵送混凝土，坍落度一般控制在220 mm左右。坍落度過小會增大輸送壓力導致堵管；坍落度過大，高壓下混凝土易離析而造成堵管。因此，高強度混凝土提高可泵性的關鍵是降低混凝土的內聚性，減小流動阻力。我們對混凝土質量控制采取如下方法：①對于高強度可泵性混凝土，宜用中砂，細度模數為2.6～2.9，空隙率不超過40%，砂率宜在36%～42%之間。②水灰比控制在0.30～0.45之間。③采用JX-8聚羧酸高性能減水劑。聚羧酸高性能減水劑是繼以木鈣為代表的普通減水劑和以萘系為主要代表的高效減水劑等之后發展起來的高性能減水劑，其優點是減水率高，在保持相同坍落度的情況下，可減少20%～35%的用水量；增強效果好，混凝土的3 d強度可以提高50%～70%，28 d強度可以提高30%左右；和易性和流動性好，為長距離、大高度混凝土構件提供了可泵性。大鐵溝特大橋連續梁確定水膠比為0.29，坍落度達到230 mm，滿足泵送要求。試配28 d強度達到65.0 MPa。④使用的摻和料是粉煤灰，它除了取代部分水泥外，還取代了部分砂子，降低了砂率，減小了細集料對輸送管道的摩擦，具有流動性大、聚黏性良好、泌水少等特點。在混凝土中加入粉煤灰后，顯著地提高了混凝土的和易性， 又增加了漿體濃度，提高了混凝土的可泵性，節約了水泥。

溫度對混凝土坍落度損失如表2所示。

5.3 高空混凝土澆筑

5.3.1 施工準備工作

施工準備工作包括：①按照施工現場實際情況規劃出混凝土澆筑線路，并提前布設泵送管道；②根據混凝土泵送方量，聯系并協調混凝土拌和站安排混凝土罐車輸送混凝土，確保混凝土不積壓，不中斷。

5.3.2 坍落度的檢測和確認

將混凝土運送至施工現場后，每車混凝土均必須做坍落度檢驗測定。對于檢驗不合格的混凝土，應立刻退回攪拌站進行處理，確保混凝土澆筑質量。混凝土坍落度宜控制在210±10 mm左右。

5.3.3 混凝土振搗

混凝土在每層澆筑時，厚度為400～600 mm，以能振實為準。自由傾落高度控制在2 m以內，振搗時，振搗棒不得振碰鋼筋、模板和預埋件等。

5.4 混凝土蒸汽養生

冬季混凝土養護是冬季混凝土施工的重要環節，混凝土澆筑完畢即在頂面用棉被覆蓋，并將連續梁端部的棉門簾放下。采用蒸汽養生的辦法，保證冬季混凝土的澆筑施工質量。蒸汽養護每小時記錄一次。蒸汽養護結束后，立即噴涂養護劑。

5.5 其他操作要點

5.5.1 保證混凝土的入模溫度

在混凝土的運輸過程中，冬季要用棉布包裹罐車攪拌罐來保溫，夏季可在棉布上澆水來降溫，保證混凝土的入模溫度。

5.5.2 水溫控制

原材料加熱溫度的控制：混凝土攪拌用水的加熱溫度要控制在50～80 ℃之間，避免溫度超過80 ℃的水與水泥直接接觸。砂子的溫度宜控制在20～40 ℃之間。當使用混凝土出機溫度控制現澆混凝土采用綜合蓄熱施工時，混凝土的出機（罐）溫度一般不低于20 ℃。并根據其運輸方式和運輸距離予以調整。

外加劑摻量控制：外加劑進場后應先檢查材料說明，外加劑摻量的允許誤差應控制在相關要求內。

5.5.3 保證混凝土的連續供給

針對混凝土黏性好、凝結快的特性，為保證混凝土的均質性，攪拌車在向泵機喂料前反向高速轉動20～30 s，在高空泵送過程中，攪拌車應迅速、不停地攪拌，避免因混凝土在泵送過程中滯留過長而造成凝結堵管現象。

為保證混凝土供應的連續性，配備了2個混凝土拌和站，當其中一個出現問題時，另一個立即投入使用，并聯系了商品混凝土來應對突發事件。在混凝土的運輸過程中，我們配備了運輸線路保通員，共配備了8臺混凝土罐車負責混凝土的運輸，2臺在拌和站內待命。

5.5.4 保證混凝土的順利泵送

壓送前，應用水濕潤泵的料斗、泵室、輸送管道等與混凝土接觸的部分，檢查管路無異常后方可采用水泥砂漿潤滑壓送。開始泵送時，泵機應處于低速運轉狀態，注意觀察泵的壓力和各部分工作情況，待順利泵送后方可提高到正常運輸速度。當混凝土高空泵送困難、泵的壓力突然升高時，會導致管路產生振動，可用槌敲擊管路、找出堵塞的管段，并采用正反泵點動處理或拆卸清理，經檢查確認無堵塞后繼續泵送，以免損壞泵機。

6 結束語

該技術從混凝土機械設備的選擇、泵管的布設、混凝土配合比的優化、混凝土蒸汽養生等方面，對施工方案和施工工藝進行了優化，確保了高空泵送施工過程中的出口壓力和整機功率，打破了傳統垂直泵送管道固定在墩身上的施工方法，利用塔吊爬梯和工作平臺對泵管進行維護，有效保證了冬季百米高空遠距泵送混凝土施工的順利進行。

參考文獻

[1]中國建筑科學研究院.JGJ/T 10—1995 混凝土泵送施工技術規程[S].北京：中國建筑工業出版社，2003.

[2]中國建筑科學研究院.JGJ 55—2000 普通混凝土配合比設計規程[S].北京：中國建筑工業出版社，2001.

〔編輯：王霞〕