泵送混凝土在小斷面隧洞施工中的應(yīng)用

雷 維 岳， 范 春 艷， 張 智 勇

(中國水利水電第十工程局有限公司 勘測設(shè)計(jì)院，四川 都江堰 611830)

0 引 言

在一些引水工程或相關(guān)工程的隧洞施工中，常因隧洞斷面較小、長度長等設(shè)計(jì)特點(diǎn)，不適宜選用大型輪式罐車或其他大型機(jī)械直接入倉的方式澆筑。而泵送混凝土作為一種有效的混凝土拌合物運(yùn)輸方式，有著速度快，投入勞動(dòng)力少等優(yōu)點(diǎn)，通過在泵送混凝土的配合比設(shè)計(jì)過程中，使其工作性能達(dá)到施工要求，并在泵機(jī)選型上選擇能夠滿足施工需要的機(jī)械設(shè)備，以解決小斷面隧洞混凝土運(yùn)輸難的問題。

1 工程概述

雅安市銅頭引水工程取水口位于蘆山縣思延鄉(xiāng)境內(nèi)，工程取寶興河銅頭電站尾水徑流，干渠經(jīng)蘆山縣、天全縣等地，以解決沿線7個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)9.82萬畝耕園地灌溉和沿線6.71萬人的飲水等問題，同時(shí)也將作為雅安市區(qū)的應(yīng)急備用水源，是雅安市重點(diǎn)水利工程之一。在整個(gè)引水工程中的楊叉崗隧洞，全長2 500 m，分別由銅頭引水Ⅱ、Ⅲ標(biāo)同時(shí)施工。其中由銅頭引水工程III標(biāo)段承擔(dān)施工的洞長1 276.1 m，隧洞斷面為城門洞型，洞經(jīng)成型斷面面積僅為4.9 m2,寬×高=1.8 m×2.7 m。隧洞襯砌采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土襯砌，洞身、底板混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C25。若采用輪式罐車配合泵機(jī)入倉，輪式罐車運(yùn)輸速度低，同時(shí)運(yùn)輸量僅為0.5 m3，影響單倉混凝土澆筑效率，澆筑時(shí)間過長可能導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)冷縫，造成質(zhì)量問題。故選取泵送混凝土直接入倉方式。

2 泵送方案設(shè)計(jì)

在楊叉崗隧洞的整體襯砌施工中，選用定型模板1套，組合鋼模2套，泵送入倉。混凝土振搗時(shí)，分別通過鋼模臺(tái)車自帶的平板振動(dòng)器和組合模板的人工振搗器的振搗來實(shí)現(xiàn)。澆筑分為兩段接力澆筑，第一臺(tái)泵機(jī)安置于楊叉隧洞出1+276.10洞口位置，第二臺(tái)安置于楊叉隧洞出0+610位置。第二臺(tái)泵機(jī)待楊叉遂洞出0+000-楊叉遂洞出0+605襯砌澆筑完成后，將其移出洞外退場，混凝土兩臺(tái)泵機(jī)配管均在600 m以上同時(shí)作業(yè)。在此方案中，泵送混凝土的工作性能及混凝土泵車的選型成為整體泵送施工成敗與否的的關(guān)鍵點(diǎn)。

3 混凝土材料選用及配合

3.1 混凝土原材料

泵送混凝土原材料的質(zhì)量直接影響著泵送混凝土的工作效果，在原材料的選擇上應(yīng)在滿足質(zhì)量要求的基礎(chǔ)上，優(yōu)先考慮能取得良好工作效果的原材料。[1]

3.1.1 水泥

選用四川省峨勝水泥廠的低熱硅酸鹽水泥P·LH42.5，其比表面積317 m2/kg，密度3.01 g/cm3,初終凝時(shí)間分別為193 min、278 min,28 d抗壓強(qiáng)度44.7 MPa ,抗折強(qiáng)度8.4 MPa,安定性合格。

3.1.2 粉煤灰

選用攀枝花市利源粉煤灰廠生產(chǎn)的II級(jí)粉煤灰，其細(xì)度15.8%，燒失量7.1%，需水量比104%，游離氧化鈣0.79%,含水量0.1%，三氧化硫含量1.9%，密度2 510 kg/m3。

3.1.3 細(xì)骨料

選用雅安銅頭蘆山縣天然II區(qū)中砂。細(xì)度模數(shù)2.71；表觀密度2 700 kg/m3,堆積密度1 520 kg/m3，含泥量0.6%，吸水率1.3%，有機(jī)物合格。

3.1.4 粗骨料

選用雅安銅頭蘆山縣人工碎石。采用5～10 mm、10～20 mm碎石組成的合成級(jí)配，其中5～10 mm碎石占比40%，10～20 mm碎石占比60%；表觀密度2 690 kg/m3，孔隙率43%，吸水率0.62%，含泥量0.2%，針片狀顆粒含量2.9%。

3.1.5 外加劑

選用彭州市敖平晉川建材廠出產(chǎn)的JC聚羧酸高性能減水劑。減水率26.3%，泌水率比54%，1 h經(jīng)時(shí)變化量56 mm，含氣量2.4%，凝結(jié)時(shí)間之差初凝+54 min，終凝+57 min；3 d、7 d、28 d抗壓強(qiáng)度比分別為165%、157%、151%。

3.1.6 水

選用符合要求的飲用水。

3.2 泵送混凝土配合比設(shè)計(jì)

考慮到此次施工泵送的距離，在配合比設(shè)計(jì)上除了滿足設(shè)計(jì)的強(qiáng)度等級(jí)要求外，還要求混凝土在施工過程中的水化熱足夠低，以保證混凝土在經(jīng)過楊叉遂出1+276.1泵機(jī)泵送抵達(dá)第二臺(tái)泵機(jī)時(shí)，坍落度損失足夠小；另外要增強(qiáng)混凝土粘聚性，解決在泵送過程中的混凝土泌水、離析兩個(gè)關(guān)鍵問題。通過采用低熱硅酸鹽水泥、摻粉煤灰達(dá)到降低水化熱，達(dá)到了減少坍落度損失的效果。通過調(diào)整砂率，使用高性能減水劑，合理調(diào)整水膠比例、砂率及骨料級(jí)配以提高混凝土粘聚性的效果。[2]為了保證有足夠的膠凝材料，根據(jù)計(jì)算確定水灰比，并結(jié)合經(jīng)驗(yàn)選取0.45。

經(jīng)反復(fù)試配，調(diào)整得到楊叉崗泵送C25混凝土配合比(見表1)。

表1 楊叉崗泵送C25混凝土配合比

在坍落度的選擇上，通過泵送混凝土壓力泌水試驗(yàn)，得出不同坍落度的情況下，混凝土拌合物泌水量見楊叉崗泵送C25混凝土受壓泌水量(見表2)。低坍落度混凝土的泌水量較小，但粘滯系數(shù)較大,同時(shí)高坍落度混凝土泌水量大，有離析現(xiàn)象發(fā)生。同時(shí)要保證在經(jīng)過楊叉遂出1+276位置泵機(jī)泵送至楊叉遂出0+610后混凝土還有著較為良好的工作性能，最終選取180～220 mm坍落度為設(shè)計(jì)配合比坍落度。

4 泵機(jī)泵送能力計(jì)算

4.1 對(duì)配管的水平距離進(jìn)行計(jì)算[3]

在楊叉崗隧洞襯砌施工方案中，位于樁號(hào)楊叉遂出1+276.1單泵機(jī)水平距離配管665 m；垂直配管0根；錐形管0根，1 m長軟管1根，每根軟管換算長度20；變徑管個(gè)數(shù)1個(gè)，每個(gè)變徑管換算長度16。最終，楊叉遂出1+276.1位置一號(hào)泵機(jī)換算后配管的水平距離為：

表2 楊叉崗泵送C25混凝土受壓泌水量表

(1)L1=665+1×20+1×16=701 m；

位于樁號(hào)楊叉出0+610單泵機(jī)水平距離配管605 m；垂直配管0根；位于樁號(hào)楊叉遂出0+610單泵機(jī)水平距離配管605 m；垂直配管0根；錐形管1根，每根錐形管換算長度9；軟管根數(shù)0根；變徑管個(gè)數(shù)1個(gè)。最終楊叉遂出0+610位置二號(hào)泵機(jī)換算后配管的水平距離為：

(2)L2=605+1×9+1×20=634 m。

4.2 混凝土泵機(jī)的選擇

在泵機(jī)上，選用了由中聯(lián)重科生產(chǎn)的HBT110.26.390RS混凝土拖泵，并選擇配套的直徑125 mm的泵管。性能參數(shù)見HBT110.26.390RS混凝土拖泵參數(shù)表3。

表3 HBT110.26.390RS混凝土拖泵參數(shù)表

4.3 混凝土泵車最大輸送距離計(jì)算及驗(yàn)證[3]

泵送最大水平距離Lmax、泵車最大出口壓力Pmax及混凝土在水平輸送管內(nèi)流動(dòng)每米的壓力損失ΔPH之間的關(guān)系為：

Lmax=Pmax/ΔPH

K1=(3.00-0.01S)×102

K2=(4.00-0.01S)×102

則楊叉遂出1+276.1一號(hào)泵機(jī)中:

K1=(3.00-0.01×18)×102=282 Pa；

K2=(4.00-0.01×18)× 102=382 Pa；

0.8〗 ×0.9=17 945.86 Pa/m

該型號(hào)泵車輸送壓力為16 MPa/26 MPa(低壓/高壓)，為了保證泵送施工中混凝土的泵送穩(wěn)定，選取較低的工作壓力16 MPa。則該功率一號(hào)泵車的最大輸送距離為：Lmax=16 000 000/17 945.86=891.57 m，遠(yuǎn)大于換算后配管的水平距離701 m。

由于選用了低熱水泥，并摻和能降低混凝土水化熱的粉煤灰。經(jīng)實(shí)測，混凝土的坍落度損失在經(jīng)由第一臺(tái)泵機(jī)泵送600余米后僅有4～6 cm的損失。

則楊叉遂出0+610二號(hào)泵機(jī)中：

K1=(3.00-0.01×15)×102=285 Pa；

K2=(4.00-0.01×15)× 102=385 Pa；

0.8] ×0.9=19 739.52 Pa/m

也選取較低的工作壓力16 MPa,則該功率二號(hào)泵車的最大輸送距離為：Lmax=16 000 000/19 739.52=810.56 m，也遠(yuǎn)大于換算后配管的水平距離634 m。

5 泵送混凝土施工

5.1 做好防震防爆

在泵管連接過程中，要做好接頭處、彎管處的防震工作。在泵送混凝土前檢查泵管枕木是否有松動(dòng)現(xiàn)象，確保泵管在泵送過程中，不會(huì)出現(xiàn)較大偏移，導(dǎo)致有爆管情況發(fā)生。如有條件時(shí)，盡可能的將泵管在保持密閉的情況下，安裝在水下，能有效降低泵管工作時(shí)的熱量，從而降低混凝土坍落度損失；

5.2 嚴(yán)格按要求入倉

此次泵送混凝土施工中，采用商品混凝土，在混凝土送到施工現(xiàn)場后，應(yīng)將滾筒高速旋轉(zhuǎn)幾轉(zhuǎn)，使混凝土進(jìn)一步均勻，而后才能出料。現(xiàn)場工地試驗(yàn)室應(yīng)按規(guī)定要求檢測混凝土坍落度是否達(dá)到要求，是否有離析現(xiàn)象。確保入倉混凝土工作性能達(dá)到要求。水灰比調(diào)整應(yīng)由攪拌站試驗(yàn)檢測人員進(jìn)行，在現(xiàn)場嚴(yán)禁任意加水；

5.3 掌握好混合比例

在泵送混凝土正式澆筑開始前，應(yīng)依次泵送拌合用水1～2 m3，以檢查泵管氣密性；然后泵送同標(biāo)號(hào)水泥凈漿1 m3，使全泵管均勻掛漿，以減少混凝土與泵管之間的摩擦力；最后泵送1∶1的水泥砂漿0.5 m3，[4]有效填充泵管之間的空隙；

5.4 控制泵管溫度

在泵送混凝土施工過程中，應(yīng)隨時(shí)觀察整條泵管線路的運(yùn)行情況，其中要密切關(guān)注泵管溫度變化，應(yīng)采取噴水冷卻法對(duì)泵管進(jìn)行冷凝降溫。[5]且要求現(xiàn)場試驗(yàn)檢測人員密切關(guān)注中繼泵機(jī)處混凝土拌合物的工作性能，保證第二臺(tái)泵機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。

6 結(jié) 語

雅安市銅頭引水工程楊叉崗隧洞采用泵送混凝土襯砌施工方案后，有效的縮短了施工工期，確保了整體工程的施工進(jìn)度。全程1 276.1 m的澆筑過程中混凝土性能良好，無出現(xiàn)堵管現(xiàn)象，混凝土強(qiáng)度經(jīng)后期材料試驗(yàn)也能滿足設(shè)計(jì)要求。