長距離下坡道泵送混凝土施工技術(shù)研究

【摘要】當(dāng)前基礎(chǔ)建設(shè)飛速發(fā)展，地下工程（地鐵工程，隧道工程，井巷工程等）也呈現(xiàn)出越來越廣泛應(yīng)用的趨勢，通過探究在地形復(fù)雜、交通不便地段，特別是山區(qū)沖溝及井下作業(yè)區(qū)的泵送混凝土配合比設(shè)計、管道鋪設(shè)、施工工藝控制等施工技術(shù)，可以解決長距離下坡道泵送混凝土施工中的管道堵管，強度偏低等問題，實現(xiàn)高性能混凝土在長距離0-20度傾斜的下坡管道中順暢泵送。

【關(guān)鍵詞】下坡道；泵送；配合比；管道鋪設(shè)

引言

在現(xiàn)代混凝土的輸送與澆注過程中，隨著建筑物體積與高度的增大，以及對質(zhì)量和進度要求的提高，混凝土泵送施工的應(yīng)用越來越廣泛。它能一次連續(xù)地完成水平運輸和垂直運輸，運距長、單位時間內(nèi)輸送量大、效率高、費用低、勞動力省、優(yōu)越性非常顯著。在高層建筑、橋梁、地鐵等工程中廣泛地應(yīng)用。目前在長距離下坡道泵送混凝土施工中經(jīng)常遇到混凝土管道堵塞，強度偏低等現(xiàn)象，一旦發(fā)生堵管，只能拆下堵管部分進行清理，造成了工期延長，材料浪費，更加嚴重的是影響到混凝土澆筑體的質(zhì)量。本文以重慶市軌道交通一號線（朝天門—沙坪壩段）工程為研究依托，旨在改進泵送混凝土施工的工藝技術(shù)，提高建筑工程施工水平和施工質(zhì)量。

1、泵送混凝土配合比設(shè)計原則

泵送混凝土配合比設(shè)計的原則是在比較經(jīng)濟的情況下配制的混凝土具有可泵性、工作性、耐久性。通過對混凝土的骨料級配、水膠比、砂率、最小膠凝材料用量等技術(shù)指標(biāo)的優(yōu)擇和精準(zhǔn)的配合比設(shè)計，將混凝土的屈服應(yīng)力減小到足以被因自重產(chǎn)生的剪應(yīng)力克服，使混凝土流動性增大，同時又具有足夠的塑性粘度，使骨料懸浮于水泥漿中，不出現(xiàn)離析和泌水問題，形成密實且均勻的膠凝結(jié)構(gòu)，最大程度滿足長距離下坡道泵送混凝土施工的可泵性。

以C30混凝土為例，我們在泵送混凝土配合比設(shè)計時首先考慮石子最大粒徑和最優(yōu)級配，其次選擇適應(yīng)性良好的泵送劑，第三，摻入粉煤灰作為摻合料。保證水泥漿量大于300L/M3，壓力泌水率比不大于95%，經(jīng)試配比選得出的泵送混凝土配合比數(shù)據(jù)如下：

2、施工技術(shù)研究

2.1 下坡道泵送混凝土施工難點分析。泵送混凝土一般采用活塞泵來輸送混凝土，它的排量與吸入效率有關(guān)，而吸入效率又與混凝土的和易性、泵體內(nèi)真空度和管道配型有關(guān)，由于重力作用，泵管中混凝土?xí)杂上绿剩斐晒軆?nèi)形成很多空氣柱，在泵壓的作用下，空氣柱對與之接觸的混凝土拌和物形成高壓空氣擠壓效用，高壓空氣的擠壓，使流動性好的混凝土漿液和靠漿液包裹被動移動的骨料分離，形成缺少漿液以粗骨料為主的混凝土，這部分混凝土流動性差，使之在彎頭、節(jié)點等障礙部位容易堵管，同時由于混凝土的離析，影響到澆筑混凝土的質(zhì)量。

2.2 混凝土管道自流臨界角。經(jīng)分析，在下坡道泵送混凝土過程中，混凝土本身自落的速度若超過輸送泵的泵送速度，可造成混凝土自流而形成離析，最后造成堵管。另一個主要原因是在停泵過程中，下坡段混凝土因自重自流，造成管道中形成空氣柱，在繼續(xù)泵送過程中，空氣柱相當(dāng)于一段彈簧，將泵送壓力吸收，造成泵送不動而卡管。為此，找到泵送混凝土下滑臨界角對解決向下泵送混凝土堵管問題至關(guān)重要。試驗得出C30泵送混凝土在不同坍落度下的自流臨界角（試驗管長10m，內(nèi)徑150mm）。

隨著設(shè)計坍落度不斷增大，自流臨界角不斷減小，由于坍落度的增大，泵送混凝土的流動性增大，成分之間的粘聚性減小，管道摩擦阻力減小。重慶市軌道交通一號線（朝天門—沙坪壩段）工程中下坡道混凝土泵送傾斜角為14.98度，即泵送混凝土坍落度在140mm時就會產(chǎn)生自流現(xiàn)象，考慮混凝土拌合物泵送后的工作性能，需要混凝土拌合物出機坍落度達到180mm，故為減少混凝土自流帶來的堵管現(xiàn)象，就必須合理選擇機械設(shè)備、精密布設(shè)輸送管道、安裝滯留彎角管，在管道下方安裝防離析器。

2.3 輸送泵選擇及管道布設(shè)。在泵送混凝土施工中，不合理的安放混凝土泵，不科學(xué)的布管以及不嚴格的施工操作，都會造成泵管堵塞和不必要的損失。應(yīng)根據(jù)混凝土輸送管路系統(tǒng)布置方案及澆筑工程量、澆筑進度以及混凝土坍落度、設(shè)備狀況等施工技術(shù)條件，確定混凝土泵的選型，本工程項目選用三一重工生產(chǎn)的HBT8018C-5型拖泵，輸送壓力10-18MPa，正常輸送量為65m3/h，技術(shù)參數(shù)滿足施工需要。

根據(jù)本工程施工通道情況，泵送混凝土施工在下坡道最長需要布設(shè)泵管約400m。正確的布管是保證順利進行泵送的必要條件，在布置時應(yīng)注意以下幾點：

2.3.1 選擇最短距離來布置管路，同一管路中混凝土斷面保持不變，不采用錐形、彎管、軟管，更應(yīng)避免使用彎度過大的彎頭。

2.3.2 在傾斜向下斜管上端設(shè)置氣閥，使管內(nèi)壓力平衡。向下配置的斜管底部應(yīng)有足夠長度的水平配管，以增強抵抗混凝土因自重可能下落的阻力，避免在管道中產(chǎn)生真空段。

2.3.3 輸送泵機出口不宜在水平面上變換方向，如受場地限制，宜用半徑 1m 以上的彎頭。否則壓力損失過大，出口處管道最好用木方墊牢。

2.3.4 配管如不能貼地布置，則應(yīng)在配管兩端設(shè)立支架，多采用腳手架支撐，彎管處及錐管處支架應(yīng)用混凝土固定。

2.3.5 夏季施工時，應(yīng)在管上蓋上麻袋或草墊，并用冷水澆濕。冬季則需要雙層棉毯包裹，避免混凝土坍落度損失過大造成堵管。

2.3.6 為解決混凝土自流和離析問題，混凝土泵送設(shè)備及管道需要設(shè)置阻滯帶（用45度或90度彎管和直管連接成“Ω”形狀）或者管道設(shè)置緩沖彎管（每間隔 100 m 用 R500 mm 的彎管對接成 S 形的緩沖彎）來減緩混凝土離析的程度。

2.4 下坡道泵送混凝土施工工藝。在開始泵送初期，保證混凝土能順利地進行，避免泵送初期發(fā)生堵管。在泵送過程中，保證混凝土泵送的連續(xù)性，避免混凝土在管道中發(fā)生離析、初凝，導(dǎo)致管道發(fā)生堵塞。在泵送完成后，有效地清洗管道，減少管道里混凝土的浪費，保證下次泵送混凝土施工的順利進行。這是泵送混凝土施工的三個階段，每個階段必須高度注意。

2.4.1 泵送前的準(zhǔn)備。輸送泵操作人員及維護人員徹底檢查輸送泵狀態(tài)，更換已損壞的易損件，固定輸送管道，對設(shè)備進行保養(yǎng)，在管道末端設(shè)置對廢料廢水處理的措施。

2.4.2 泵送開始。管道中裝海綿球→泵水0.5～1.5m3→管道中加入清洗活塞→泵純水泥稀漿→泵送砂漿→混凝土。

2.4.3 泵送過程。泵送速度的控制以泵機的液壓系統(tǒng)壓力進行調(diào)節(jié)，一般情況下液壓系統(tǒng)壓力不宜超過16MPa。泵送前要對混凝土進行坍落度檢測，合格方可泵送。開始泵送混凝土?xí)r應(yīng)將泵送速度降低，待混凝土從出口流出后逐步提高泵送速度。為保證泵送的連續(xù)性，當(dāng)下一車混凝土還沒到之前，可放慢混凝土輸送速度，直到下一車混凝土到達，方可進入正常泵送速度（確保管道內(nèi)的混凝土一直處于流動狀態(tài)）。當(dāng)混凝土供應(yīng)中斷，應(yīng)保證料斗內(nèi)的混凝土不低于攪拌軸，在等料過程中，泵機需每15min進行正反泵操作（避免管道內(nèi)的混凝土初凝）。泵送過程中應(yīng)盡可能減少停頓時間，泵送停止后立即關(guān)閉截止閥，每5min左右應(yīng)對“S”形管進行擺動操作2～3次。

2.4.4 管道清洗。采用往泵機料斗內(nèi)加水的方法來清洗輸送管道：泵送砂漿→拆下出料口錐管→從錐管大端加入清洗活塞2個→復(fù)位安裝錐管→泵水。

3、泵送混凝土堵管處理方案

在泵送混凝土過程中若發(fā)生堵管，應(yīng)一邊讓混凝土泵進行泵送-反泵操作，一邊沿著輸送管路尋找堵塞部位，一般情況是從泵的出口開始，未堵塞的管段會發(fā)生劇烈振動，而堵塞部位以后的管路則是靜止的。也可以用聽覺判斷，未堵塞段當(dāng)混凝土被吸動時，會有響聲，而堵塞部位以后段則沒有聲響。還可以用木錘敲打管道檢查，憑敲打時的手感和聲音判斷，堵塞部位會有發(fā)“悶”的聲音和密實的感覺。以下為在不同堵管原因下的處理辦法：

3.1坍落度不穩(wěn)定堵管。排除方法：控制混凝土至適合的坍落度。對于大落差，垂直向下的混凝土泵送施工，坍落度宜控制在 180- 200mm 為好，由于向下泵送混凝土過程中，管內(nèi)混凝土因自重而產(chǎn)生向下自流，粗骨料下落速度遠大于砂漿的流散速度，而造成混凝土的分層離析。所以若坍落度選擇過大，極易造成粗細骨料分離，而發(fā)生堵管現(xiàn)象。

3.2 骨料級配和砂率不合理堵管。排除方法：①改善砂石的級配和調(diào)整砂率，粗骨料宜選用表面光滑的圓形或近似圓形的骨料，卵石優(yōu)于碎石，采用 5- 20mm 的連續(xù)級配。②細集料采用細度模數(shù)為 2.5- 3.1 的中砂，有良好的級配，空隙率小。③泵送混凝土的砂率主要與骨料的種類和最大粒徑、砂的級配和水泥用量有關(guān)，，一般應(yīng)控制在38%- 45%。

3.3 間歇超時堵管。排除方法：由于混凝土在管內(nèi)間隙時間過長。混凝土漿體蒸發(fā)，混凝土內(nèi)水膜脫出，從管卡的接縫處向外漏水，此時表明混凝土已開始初凝。當(dāng)再泵送時，混凝土顆粒間的潤滑膜不能隨機械的推動力作用使混凝土回復(fù)到原來的和易性狀態(tài)，使混凝土在拐彎處的摩阻力急劇增加而堵管，需要加強施工現(xiàn)場組織安排，合理調(diào)配混凝土運輸車輛，均勻、持續(xù)的泵送混凝土。

4、實例應(yīng)用

采用長距離下坡道泵送混凝土施工技術(shù)后，車站結(jié)構(gòu)和區(qū)間隧道襯砌約14000m3混凝土施工工期較原計劃提前35天完成。相比混凝土運輸車運送混凝土到施工工點進行澆筑，節(jié)約費用約83.5萬元（其中管理費32.8萬元，機械費用12.2萬元，臨時工程措施費24萬元，燃油費8.3萬元，電費及其他6.2萬元），且節(jié)約工期35天，經(jīng)濟效益明顯。

該方案實施后不但取得了較好的經(jīng)濟效益，還取得了一定的社會效益，得到了業(yè)主和監(jiān)理的一致好評。通過該工程的實踐，總結(jié)的長距離下坡道泵送混凝土的施工技術(shù)研究是合理、可行的，能為今后其他同類工程建設(shè)提供參考和指導(dǎo)。

參考文獻：

[1]混凝土泵送施工技術(shù)規(guī)程（JGJ/T 10-2011），中國建筑工業(yè)出版社.