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，特提出混凝土泵的選擇與設置的具體方法，并在布管、泵送、洗管等關鍵作業以及混凝土料的要求上，提出詳細的施工措施。實踐表明，該混凝土泵送施工方案高效可行，能夠滿足此種距離遠、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：U445 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）20-0094-04

1 工程概況

華麗高速公路建設項目的重點控制性工程——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是高墩橋梁建設中至關重要的一環，不僅具有機械化程度高、施工快捷的特點，而且具有修建的橋梁質量好、施工占地少的優點。但是針對這種距離遠、高差大的施工領域，如何保證混凝土泵送效率和質量，而不出現離析、堵管等的問題，是直接影響著橋梁等結構物的質量安全。本文以華麗高速公路新莊特大橋的建設為例，闡述其混凝土泵送施工方案與必要措施。

2 橋墩結構形式

新莊特大橋主橋為108+200×3+108鋼構連續梁，橋墩結構形式分為：

根據主墩墩高不同，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構，外輪廓橫橋向按80：1漸變，順橋向等厚度13.0m。內箱室在橫隔板分隔的一段內是等截面的，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，墩身橫橋向寬7.9m，順橋向厚5.0m，順橋向、橫橋向壁厚均為60cm。

3 泵送施工難點

3.1 泵送難點

由于拖泵置于墩身底部平臺用于泵送C60高標號混凝土以完成7#、8#、9#、10#等四個橋墩的澆筑。該工程高度達178m，另外保證水平的緩沖距離60m，現澆注橋梁分兩頭澆筑，單邊澆筑最遠距離100m，根據泵送折算后實際泵送水平距離為700m，目前現場施工中，澆筑橋梁僅僅45m高度即出現泵送壓力達到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

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達200m，一旦堵管，當拆開管道清堵后再次接管時會異常困難：往往需動用幾十名強勞力，必要時高空作業，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發生很大的向下移動。當處理好堵管和接好管時由于花費時間長，其它管內的混凝土料因待料時間過長發生變化，可能引發連鎖堵管，從而造成泵送失敗。

3.3 水洗難點

由于垂直高度178m，加上彎管及水平管等總布管的實際長度會超過700m以上。當混凝土澆注完后，管道內仍有大量混凝土滯留在管中。以Ф125輸送管為例，每100m管道內可貯存1.2m3混凝土料。管內的混凝土料必須采用自動水洗的辦法洗出去，這樣才能節約混凝土料，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。并且該工程是連續施工，如上一次管內還存有余料，下一次泵送肯定不會泵送成功，必將嚴重影響施工進度，增加不必要的人力與物力的浪費。

4 混凝土泵的選設

4.1 系統壓力分析

針對7#～10#墩，計算其需要鋪設的泵管長度見表1所示。

混凝土泵送所需壓力P包含三部分：混凝土在管道內流動的沿程阻力造成的壓力損失P1、混凝土經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—單位長度的沿程壓力損失；

l—管道總長度，垂直高度按182m，加上水平管道部分，總長約按水平距離700m計；

k1—粘著系數，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，取k2=（4.0-0.10S）×102，則k2=200Pa；

—混凝土泵分配閥切換時間與活塞推壓混凝時間之比，其值約0.3；

V2—混凝土在管道內的流速，當排量達40m3/h時，流速約0.65m/s；

α2—徑向壓力與軸向壓力之比，其值約0.95。

綜上計算，得到P1=5.7MPa。

②彎管壓力損失：

設置90°彎管，含地面水平彎管、豎管緩沖彎管約六個；每套管道設置一個截止閥。每個90°彎管壓力損失0.1 MPa、每個截止閥壓力損失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計算。

④混凝土泵送時理論計算所需要的壓力：

P≤P1+P2+P3=5.7+0.65+4.4=10.75MPa

4.2 高壓泵選用與設置

根據以上計算，確定出選用的高壓泵，具體參數見表2。

①7#、10#墩采用一級泵送，各采用一臺地泵施工，完成墩身及連續梁混凝土澆筑。

②8#、9#墩采用兩級泵送，各采用兩臺地泵施工，完成墩身及連續梁混凝土澆筑。

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

④8#、9#主墩第二級地泵設置在主墩墩頂以下70m前后肢的墩身分離式處，此處平臺范圍為：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，針對上述泵送施工難點，在布管、泵送、洗管等關鍵作業以及混凝土料的要求上，采取下列措施，從而高標準嚴要求建設完成部分橋墩，見圖2所示。

5.1 布管作業

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

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埋件（見圖3）上，以降低泵管的振動與泵送壓力；

③在橋墩底部和水平管連接處，采用一根Ф125的R1000×90°彎管轉向，其前后再與兩根3m直管相聯；同時在水平3m直管處安裝一套液壓截止閥，以阻止垂直管道內混凝土回流，并便于設備保養、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埋件（見圖3）的卡箍上；

⑥8#、9#墩的二級泵送出口用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為布管作業的局部實物安裝圖。

5.2 泵送作業

①每次泵送時，必須先泵送水4m3左右。

②泵送完水后，停機拆開2m錐管，在錐管內塞入已浸泡好的兩個海綿球。

③接好錐管，泵送水泥：砂子=1：1的砂漿4m3左右，起到潤滑管子內壁的作用。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滑性和流動性。

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；當最前端泵出砂漿后，再恢復到85%的排量泵送。

5.3 洗管作業

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

②當混凝土料泵送完，繼續泵送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以上的海綿球，之后接上錐管；

④啟動水泵進行水洗，直至前端沖去海綿球，否則將嚴重影響下一次混凝土料的泵送。

5.4 混凝土料要求

由于是超遠距離高壓泵送，管道阻力很大，因此混凝土在輸送管內承受的壓強很大，極易因壓力過大而泌水離析；同時泵送阻力與混凝土的流動性有極大的關聯，故對混凝土料的要求如下：

①混凝土水泥用量必須大于330kg/m3。

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

③混凝土在進入料斗時，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，且經時坍落度損失和壓力坍落度損失要小。

④混凝土料10s的相對泌水率應控制在30%以內。

⑤摻入的外加劑與水泥的適應性應確保在1h內坍落度損失不超過2cm。

6 結束語

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

參考文獻：

[1]馮鐵.淺談特大橋混凝土泵送施工技術[J].城市建設理論研究：電子版，2012（15）.

[2]劉輝.淺談堰吉河大橋鋼管混凝土泵送施工[J].科技創新導報，2012（27）：132-134.

[3]JGJ/T 10-2011，混凝土泵送施工技術規程[S].北京：中國建筑工業出版社出版，2011.

[4]魏鵬程.水泥混凝土遠距離泵送淺析[J].工程技術（引文版），2017（2）：00122-00123.

[5]張振興.艱險峽谷山區高墩橋梁混凝土運輸方法研究[J].高速鐵路技術，2016，7（3）：49-53.

[6]李樹文，余紅福，龍葉天，等.Y型巨柱斜撐高位轉換結構頂升泵送混凝土施工技術[J].混凝土與水泥制品，2016（7）：72-76.