長距離下坡道泵送混凝土施工技術研究

【摘要】當前基礎建設飛速發展，地下工程（地鐵工程，隧道工程，井巷工程等）也呈現出越來越廣泛應用的趨勢，通過探究在地形復雜、交通不便地段，特別是山區沖溝及井下作業區的泵送混凝土配合比設計、管道鋪設、施工工藝控制等施工技術，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。

【關鍵詞】下坡道；泵送；配合比；管道鋪設

引言

在現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，以及對質量和進度要求的提高，混凝土泵送施工的應用越來越廣泛。它能一次連續地完成水平運輸和垂直運輸，運距長、單位時間內輸送量大、效率高、費用低、勞動力省、優越性非常顯著。在高層建筑、橋梁、地鐵等工程中廣泛地應用。目前在長距離下坡道泵送混凝土施工中經常遇到混凝土管道堵塞，強度偏低等現象，一旦發生堵管，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，提高建筑工程施工水平和施工質量。

1、泵送混凝土配合比設計原則

泵送混凝土配合比設計的原則是在比較經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指標的優擇和精準的配合比設計，將混凝土的屈服應力減小到足以被因自重產生的剪應力克服，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，不出現離析和泌水問題，形成密實且均勻的膠凝結構，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計時首先考慮石子最大粒徑和最優級配，其次選擇適應性良好的泵送劑，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%，經試配比選得出的泵送混凝土配合比數據如下：

2、施工技術研究

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，而吸入效率又與混凝土的和易性、泵體內真空度和管道配型有關，由于重力作用，泵管中混凝土會自由下淌，造成管內形成很多空氣柱，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量。

2.2 混凝土管道自流臨界角。經分析，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，在繼續泵送過程中，空氣柱相當于一段彈簧，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，內徑150mm）。

隨著設計坍落度不斷增大，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時就會產生自流現象，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象，就必須合理選擇機械設備、精密布設輸送管道、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。在泵送混凝土施工中，不合理的安放混凝土泵，不科學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。應根據混凝土輸送管路系統布置方案及澆筑工程量、澆筑進度以及混凝土坍落度、設備狀況等施工技術條件，確定混凝土泵的選型，本工程項目選用三一重工生產的HBT8018C-5型拖泵，輸送壓力10-18MPa，正常輸送量為65m3/h，技術參數滿足施工需要。

根據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，更應避免使用彎度過大的彎頭。

2.3.2 在傾斜向下斜管上端設置氣閥，使管內壓力平衡。向下配置的斜管底部應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，則應在配管兩端設立支架，多采用腳手架支撐，彎管處及錐管處支架應用混凝土固定。

2.3.5 夏季施工時，應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，混凝土泵送設備及管道需要設置阻滯帶（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，避免泵送初期發生堵管。在泵送過程中，保證混凝土泵送的連續性，避免混凝土在管道中發生離析、初凝，導致管道發生堵塞。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 泵送前的準備。輸送泵操作人員及維護人員徹底檢查輸送泵狀態，更換已損壞的易損件，固定輸送管道，對設備進行保養，在管道末端設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壓力進行調節，一般情況下液壓系統壓力不宜超過16MPa。泵送前要對混凝土進行坍落度檢測，合格方可泵送。開始泵送混凝土時應將泵送速度降低，待混凝土從出口流出后逐步提高泵送速度。為保證泵送的連續性，當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（確保管道內的混凝土一直處于流動狀態）。當混凝土供應中斷，應保證料斗內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（避免管道內的混凝土初凝）。泵送過程中應盡可能減少停頓時間，泵送停止后立即關閉截止閥，每5min左右應對“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生堵管，應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“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，管內混凝土因自重而產生向下自流，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，而發生堵管現象。

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，卵石優于碎石，采用 5- 20mm 的連續級配。②細集料采用細度模數為 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，，一般應控制在38%- 45%。

3.3 間歇超時堵管。排除方法：由于混凝土在管內間隙時間過長。混凝土漿體蒸發，混凝土內水膜脫出，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到原來的和易性狀態，使混凝土在拐彎處的摩阻力急劇增加而堵管，需要加強施工現場組織安排，合理調配混凝土運輸車輛，均勻、持續的泵送混凝土。

4、實例應用

采用長距離下坡道泵送混凝土施工技術后，車站結構和區間隧道襯砌約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），且節約工期35天，經濟效益明顯。

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

參考文獻：

[1]混凝土泵送施工技術規程（JGJ/T 10-2011），中國建筑工業出版社.