華麗高速公路新莊特大橋混凝土泵送施工方案

李宏金

摘要：以華麗高速公路新莊特大橋建設(shè)為例，分析研究了此種高墩橋梁混凝土泵送、布管、水洗等施工難點(diǎn)，特提出混凝土泵的選擇與設(shè)置的具體方法，并在布管、泵送、洗管等關(guān)鍵作業(yè)以及混凝土料的要求上，提出詳細(xì)的施工措施。實(shí)踐表明，該混凝土泵送施工方案高效可行，能夠滿足此種距離遠(yuǎn)、高差大的高墩橋梁施工需求。

Abstract： Taking Xinzhuang Extra Large Bridge of Huali Expressway as an example， this paper analyzes the construction difficulties of concrete pumping， pipe arrangement and water-washing of high-pier bridge， and puts forward the concrete method of selecting and setting concrete pump， and proposes detailed construction measures of pipe arrangement， pumping， pipe washing and other key operations and the requirements of concrete materials. The practice shows that the concrete pumping construction scheme is efficient and feasible， and it can meet the construction demand of high-pier bridge with long-distance and large height difference.

關(guān)鍵詞：特大橋；混凝土；泵送；布管；水洗

Key words： extra large bridge；concrete；pumping；pipe arrangement；water-washing

中圖分類號(hào)：U445 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）20-0094-04

1 工程概況

華麗高速公路建設(shè)項(xiàng)目的重點(diǎn)控制性工程——新莊特大橋橋梁橫跨U型溝谷，最大橋面高度178m，橋梁全長(zhǎng)1110.08m，最大墩高165m，橋面全寬12m，是目前云南省同類型公路系統(tǒng)中橋墩高度最高、跨度最大、樁基最深的大型橋梁，如圖1所示。

采用混凝土泵送技術(shù)是高墩橋梁建設(shè)中至關(guān)重要的一環(huán)，不僅具有機(jī)械化程度高、施工快捷的特點(diǎn)，而且具有修建的橋梁質(zhì)量好、施工占地少的優(yōu)點(diǎn)。但是針對(duì)這種距離遠(yuǎn)、高差大的施工領(lǐng)域，如何保證混凝土泵送效率和質(zhì)量，而不出現(xiàn)離析、堵管等的問題，是直接影響著橋梁等結(jié)構(gòu)物的質(zhì)量安全。本文以華麗高速公路新莊特大橋的建設(shè)為例，闡述其混凝土泵送施工方案與必要措施。

2 橋墩結(jié)構(gòu)形式

新莊特大橋主橋?yàn)?08+200×3+108鋼構(gòu)連續(xù)梁，橋墩結(jié)構(gòu)形式分為：

根據(jù)主墩墩高不同，采用兩種形式：

①主墩7#、8#、9#墩高為121m、152m、165m，采用雙薄壁空心墩與整體單箱三室變截面薄壁空心墩的組合形式，上段70m采用分離式雙薄壁。薄壁之間凈距為6.0m，單片薄壁外輪廓尺寸為8.5m×3.5m，壁厚橫橋向1.5m，順橋向0.8m；橋墩下段采用橫橋向變截面的單箱三室空心薄壁結(jié)構(gòu)，外輪廓橫橋向按80：1漸變，順橋向等厚度13.0m。內(nèi)箱室在橫隔板分隔的一段內(nèi)是等截面的，最小壁厚為1.5m。

②10#主墩墩高為87m，采用雙薄壁空心墩。

③過渡墩采用薄壁空心墩，墩身橫橋向?qū)?.9m，順橋向厚5.0m，順橋向、橫橋向壁厚均為60cm。

3 泵送施工難點(diǎn)

3.1 泵送難點(diǎn)

由于拖泵置于墩身底部平臺(tái)用于泵送C60高標(biāo)號(hào)混凝土以完成7#、8#、9#、10#等四個(gè)橋墩的澆筑。該工程高度達(dá)178m，另外保證水平的緩沖距離60m，現(xiàn)澆注橋梁分兩頭澆筑，單邊澆筑最遠(yuǎn)距離100m，根據(jù)泵送折算后實(shí)際泵送水平距離為700m，目前現(xiàn)場(chǎng)施工中，澆筑橋梁僅僅45m高度即出現(xiàn)泵送壓力達(dá)到16MPa，由此可見本工程的混凝土泵送難度更加增大。

3.2 布管難點(diǎn)

由于是垂直橋梁澆筑，梁柱上布管難以施展；加之最終垂直管道長(zhǎng)達(dá)200m，一旦堵管，當(dāng)拆開管道清堵后再次接管時(shí)會(huì)異常困難：往往需動(dòng)用幾十名強(qiáng)勞力，必要時(shí)高空作業(yè)，工作難度非常大，高空中在巨大的重力作用下下端的管子會(huì)發(fā)生很大的向下移動(dòng)。當(dāng)處理好堵管和接好管時(shí)由于花費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)，其它管內(nèi)的混凝土料因待料時(shí)間過長(zhǎng)發(fā)生變化，可能引發(fā)連鎖堵管，從而造成泵送失敗。

3.3 水洗難點(diǎn)

由于垂直高度178m，加上彎管及水平管等總布管的實(shí)際長(zhǎng)度會(huì)超過700m以上。當(dāng)混凝土澆注完后，管道內(nèi)仍有大量混凝土滯留在管中。以Ф125輸送管為例，每100m管道內(nèi)可貯存1.2m3混凝土料。管內(nèi)的混凝土料必須采用自動(dòng)水洗的辦法洗出去，這樣才能節(jié)約混凝土料，更重要的是100多根的管子必須一次性洗干凈。如果每次泵送完畢后不能將泵管清洗干凈，即使完成了混凝土料的泵送，也不能算泵送成功。并且該工程是連續(xù)施工，如上一次管內(nèi)還存有余料，下一次泵送肯定不會(huì)泵送成功，必將嚴(yán)重影響施工進(jìn)度，增加不必要的人力與物力的浪費(fèi)。

4 混凝土泵的選設(shè)

4.1 系統(tǒng)壓力分析

針對(duì)7#～10#墩，計(jì)算其需要鋪設(shè)的泵管長(zhǎng)度見表1所示。

混凝土泵送所需壓力P包含三部分：混凝土在管道內(nèi)流動(dòng)的沿程阻力造成的壓力損失P1、混凝土經(jīng)過彎管的局部壓力損失P2以及混凝土在垂直高度方向因重力產(chǎn)生的壓力P3。

①水平管壓力損失：

P1=Δpl·l=k1+k21+V2α2·l

式中：

Δpl—單位長(zhǎng)度的沿程壓力損失；

l—管道總長(zhǎng)度，垂直高度按182m，加上水平管道部分，總長(zhǎng)約按水平距離700m計(jì)；

k1—粘著系數(shù)，取k1=（3.0-0.10S）×102（Pa），S為塌落度，本工程S=22cm，則k1=100Pa；

d—混凝土輸送管直徑為125mm；

k2—速度系數(shù)，取k2=（4.0-0.10S）×102，則k2=200Pa；

—混凝土泵分配閥切換時(shí)間與活塞推壓混凝時(shí)間之比，其值約0.3；

V2—混凝土在管道內(nèi)的流速，當(dāng)排量達(dá)40m3/h時(shí)，流速約0.65m/s；

α2—徑向壓力與軸向壓力之比，其值約0.95。

綜上計(jì)算，得到P1=5.7MPa。

②彎管壓力損失：

設(shè)置90°彎管，含地面水平彎管、豎管緩沖彎管約六個(gè)；每套管道設(shè)置一個(gè)截止閥。每個(gè)90°彎管壓力損失0.1 MPa、每個(gè)截止閥壓力損失0.05MPa。

P2=6×0.1+1×0.05=0.65MPa

③豎管中混凝土自重壓力損失：

P3=ρgH=2500×9.8×180×10-6=4.4MPa

式中：

ρ—混凝土密度，取2500kg/m3；

g—重力加速度9.8m/s2；

H—泵送高度，按180m計(jì)算。

④混凝土泵送時(shí)理論計(jì)算所需要的壓力：

P≤P1+P2+P3=5.7+0.65+4.4=10.75MPa

4.2 高壓泵選用與設(shè)置

根據(jù)以上計(jì)算，確定出選用的高壓泵，具體參數(shù)見表2。

①7#、10#墩采用一級(jí)泵送，各采用一臺(tái)地泵施工，完成墩身及連續(xù)梁混凝土澆筑。

②8#、9#墩采用兩級(jí)泵送，各采用兩臺(tái)地泵施工，完成墩身及連續(xù)梁混凝土澆筑。

③7#、10#主墩及8#、9#主墩第一級(jí)地泵布置根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地形因地制宜，原則上布置在墩身大小里程側(cè)，盡量確保水平緩沖平管安裝距離S≥H/3m的位置。

④8#、9#主墩第二級(jí)地泵設(shè)置在主墩墩頂以下70m前后肢的墩身分離式處，此處平臺(tái)范圍為：8.5m×6m。

⑤地泵尺寸為：7.19m×2.1m×2.532m；滿足地泵安裝要求，但是缺乏水平緩沖管，需要按“弓”字型布管要求，同時(shí)加裝液壓截止閥。

5 泵送施工方案

為保證混凝土料的順利泵送，針對(duì)上述泵送施工難點(diǎn)，在布管、泵送、洗管等關(guān)鍵作業(yè)以及混凝土料的要求上，采取下列措施，從而高標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)要求建設(shè)完成部分橋墩，見圖2所示。

5.1 布管作業(yè)

①拖泵出口接一根特制的2m長(zhǎng)的錐管，之后接一根 3m直管，其兩端固定在基礎(chǔ)牢固的水泥墩中；

②水平布管H/3m，每根3m的泵管均需采用固定管卡固定在水泥墩上的澆筑預(yù)埋件（見圖3）上，以降低泵管的振動(dòng)與泵送壓力；

③在橋墩底部和水平管連接處，采用一根Ф125的R1000×90°彎管轉(zhuǎn)向，其前后再與兩根3m直管相聯(lián)；同時(shí)在水平3m直管處安裝一套液壓截止閥，以阻止垂直管道內(nèi)混凝土回流，并便于設(shè)備保養(yǎng)、維修與水洗；

④垂直泵送布管，兩端均需用固定管卡固定在牢靠的橋墩預(yù)埋件（見圖4）的卡箍上，7#、10#墩在約100m處，采用一道“弓”字型布管，即豎直向上用三根3m的直管和四個(gè)R1000×90°的彎頭，見圖5。

⑤橋梁水平澆筑過程中，需將水平管用固定管卡固定于橋梁預(yù)埋件（見圖3）的卡箍上；

⑥8#、9#墩的二級(jí)泵送出口用0.8m錐管，用水泥墩固定兩根90°彎管，按照“一根直管兩個(gè)卡”的方式布置水平管，再垂直向上，采用兩道“弓”字型布管。

圖6為布管作業(yè)的局部實(shí)物安裝圖。

5.2 泵送作業(yè)

①每次泵送時(shí)，必須先泵送水4m3左右。

②泵送完水后，停機(jī)拆開2m錐管，在錐管內(nèi)塞入已浸泡好的兩個(gè)海綿球。

③接好錐管，泵送水泥：砂子=1：1的砂漿4m3左右，起到潤(rùn)滑管子內(nèi)壁的作用。其中砂漿的水膠比需大于或等于0.6，以保障具有良好的潤(rùn)滑性和流動(dòng)性。

④泵送完砂漿后，將拖泵處在高壓小排量的狀況下以50%的排量泵送，使混凝土料在管道中的下流的初速度較小；當(dāng)最前端泵出砂漿后，再恢復(fù)到85%的排量泵送。

5.3 洗管作業(yè)

①在拖泵附近要設(shè)立大水池并配備大功率抽水泵，抽水泵的排量應(yīng)大于100m3/h；

②當(dāng)混凝土料泵送完，繼續(xù)泵送1～2m3的1：1砂漿，沖洗干凈料斗和輸送缸，用大功率抽水機(jī)向料斗加注水，要求料斗中水位在水洗過程中始終是滿的；

③在水洗之前，拆開錐管并塞入兩個(gè)以上的海綿球，之后接上錐管；

④啟動(dòng)水泵進(jìn)行水洗，直至前端沖去海綿球，否則將嚴(yán)重影響下一次混凝土料的泵送。

5.4 混凝土料要求

由于是超遠(yuǎn)距離高壓泵送，管道阻力很大，因此混凝土在輸送管內(nèi)承受的壓強(qiáng)很大，極易因壓力過大而泌水離析；同時(shí)泵送阻力與混凝土的流動(dòng)性有極大的關(guān)聯(lián)，故對(duì)混凝土料的要求如下：

①混凝土水泥用量必須大于330kg/m3。

②混凝土料中應(yīng)摻加水泥用量的15～20%的I級(jí)粉煤灰以增加混凝土料保水性，有效阻止壓力泌水。同時(shí)因粉煤灰的滾珠效應(yīng)也能大大降低泵送阻力。

③混凝土在進(jìn)入料斗時(shí)，要求坍落度在22～23cm之間。坍落度越大泵送阻力越小，切不可小于21cm，且經(jīng)時(shí)坍落度損失和壓力坍落度損失要小。

④混凝土料10s的相對(duì)泌水率應(yīng)控制在30%以內(nèi)。

⑤摻入的外加劑與水泥的適應(yīng)性應(yīng)確保在1h內(nèi)坍落度損失不超過2cm。

6 結(jié)束語

該混凝土泵送施工方案的工程實(shí)踐表明：采用本文提出混凝土泵的選擇與設(shè)置的方法和泵送的混凝土料要求，運(yùn)用布管、泵送、洗管等關(guān)鍵施工措施，能夠滿足此種距離遠(yuǎn)、高差大的橋梁建設(shè)施工需求，對(duì)解決類似高墩橋梁的施工難題具有一定的參考價(jià)值。

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