冬季百米高空遠(yuǎn)距泵送混凝土施工技術(shù)研究

楊志

摘 要：依托鄭盧高速公路大鐵溝特大橋混凝土施工，針對(duì)該橋120 m高墩和160 m大跨（大垂直泵送高度達(dá)137 m）高空作業(yè)施工的特點(diǎn)，為避免高強(qiáng)度混凝土的超高壓泵送因壓力過(guò)高而產(chǎn)生泄漏，導(dǎo)致混凝土離析、堵管等諸多問(wèn)題，從混凝土機(jī)械設(shè)備的選擇、泵管的布設(shè)、混凝土配合比的優(yōu)化、混凝土蒸汽養(yǎng)生等方面，對(duì)施工方案和施工工藝進(jìn)行了優(yōu)化，保證了施工安全和冬季混凝土的施工質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：混凝土；施工要點(diǎn)；關(guān)鍵施工技術(shù)；施工工藝

中圖分類號(hào)：TU755 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.03.087

1 工程背景

鄭盧高速公路大鐵溝特大橋位于山嶺區(qū)，地形為典型的“V”形溝，橋高達(dá)183 m，主橋?yàn)?5 m+160 m+85 m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋，9#主墩墩高120 m，10#主墩墩高118 m，主墩墩身采用C40混凝土，現(xiàn)澆箱梁采用C55混凝土，混凝土最大垂直泵送高度達(dá)137 m，根據(jù)業(yè)主工期要求，主墩墩身、連續(xù)梁施工要貫穿整個(gè)冬季。

2 施工特點(diǎn)

施工特點(diǎn)主要有：①混凝土泵送距離長(zhǎng)，最大垂直泵送高度達(dá)137 m；②對(duì)泵管進(jìn)行合理布置，打破了傳統(tǒng)垂直泵送管道固定在墩身上的施工方法，把垂直泵管順?biāo)豕潭ㄟB接，利用塔吊爬梯和工作平臺(tái)來(lái)維護(hù)泵管；③對(duì)混凝土的配合比進(jìn)行優(yōu)化，使其具有有良好的施工性能、易泵送、不泌水或泌水少，混凝土拌和物體積穩(wěn)定，有利于裂縫控制，便于在混凝土工程中應(yīng)用；④養(yǎng)護(hù)采用蒸汽養(yǎng)生，減少了混凝土的齡期，保證了混凝土的質(zhì)量，大大加快施工進(jìn)度。

3 施工工藝原理

施工工藝原理主要為：①通過(guò)采取合理的泵管布置方式，減少泵送阻力，選擇合適的混凝土泵送設(shè)備，優(yōu)化混凝土施工配合比，保證混凝土泵送的連續(xù)性。澆筑后采用蒸汽養(yǎng)生的方法，減少混凝土齡期，保證施工質(zhì)量，提高施工速度。②以耐久性為重要設(shè)計(jì)指標(biāo)，通過(guò)混凝土配合比的優(yōu)化，大幅度提高混凝土的性能。主要技術(shù)途徑是采用高性能外加劑，通過(guò)試驗(yàn)、試配和優(yōu)化來(lái)改善混凝土的工作性能，生產(chǎn)低水膠比、易泵送的混凝土，并控制混凝土的坍落度損失，提高混凝土的致密性和抗?jié)B性。

4 百米高空垂直輸送混凝土機(jī)械設(shè)備的選擇

4.1 設(shè)備的泵送能力

在選擇混凝土泵送設(shè)備時(shí)，針對(duì)最大垂直泵送高度達(dá)137 m的實(shí)際，我們專門研究了HBTS80-13-90和HBTS80-16-110高壓泵拖泵，如表1所示。

HBTS80-16-110高壓泵出口壓力高達(dá)16 MPa，整機(jī)功率為110 kW，在高空混凝土泵送施工過(guò)程中，整機(jī)功率和出口壓力方面能夠達(dá)到雙重保證，理論泵送垂直高度達(dá)350 m，能夠保證泵送質(zhì)量。

4.2 設(shè)備的可靠性

HBTS80高壓泵采用雙泵、雙回路開式液壓系統(tǒng)，系統(tǒng)簡(jiǎn)單，元件壽命長(zhǎng)，可靠性高，具體操作方式如下：①在日常泵送混凝土施工中，兩套泵組可同時(shí)工作，有效地提高了工作效率，也可分別作業(yè)，極大地提高了施工過(guò)程的可靠性。②在混凝土泵送過(guò)程中，當(dāng)一套泵組出現(xiàn)故障時(shí)，可切斷該組，另一組保持50%的排量繼續(xù)工作，有效減少了因施工中斷造成的損失。

5 關(guān)鍵工序的施工工藝和操作要點(diǎn)

5.1 泵管的布設(shè)和安裝

5.1.1 泵管的布設(shè)

高壓管道根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工平面布置圖進(jìn)行布管，泵管選用直徑為150 mm的輸送管，應(yīng)盡量減少?gòu)澒艿氖褂脭?shù)量。在底部平管布設(shè)時(shí)，布設(shè)長(zhǎng)度應(yīng)大于垂直泵送高度的1/4. 當(dāng)泵送高度大于100 m時(shí)，垂直管道內(nèi)的混凝土由于自重會(huì)產(chǎn)生極大的反壓，應(yīng)在高空布置水平管道來(lái)抵消這部分壓力，確保泵送的順利進(jìn)行。

5.1.2 泵管的安裝優(yōu)化技術(shù)

為了保證墩身的外觀質(zhì)量，減少表面預(yù)埋件數(shù)量，將泵管沿塔吊垂直布設(shè)，并用手拉葫蘆和特殊固定裝置U碼將其固定于塔吊標(biāo)準(zhǔn)節(jié)上?？紤]到高空泵送過(guò)程中泵管對(duì)塔吊的沖擊力，我們經(jīng)過(guò)檢算和論證后發(fā)現(xiàn)，此種方案不影響塔吊的安全作業(yè)，滿足施工要求。冬季施工時(shí)，應(yīng)用保溫材料將混凝土輸送管道包裹嚴(yán)密，確?；炷恋氖┕べ|(zhì)量。

5.2 混凝土配合比優(yōu)化技術(shù)

5.2.1 原材料的選擇

5.2.1.1 粗骨料的選用

在適合高空泵送的高性能混凝土中，粗骨料宜采用二級(jí)配或三級(jí)配，質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合《普通混凝土用碎石或卵石質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及檢驗(yàn)方法》的規(guī)定。其松散堆積密度大于1 350 kg/m3，表觀密度大于2 500 kg/m3，空隙率小于47%，含泥量小于1%，嚴(yán)格控制針片狀含量小于5%.

5.2.1.2 細(xì)骨料

混凝土采用中砂，符合《普通混凝土用砂質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及檢驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)。為提高泵送性能，2.5 mm篩孔的篩余量不得大于15%，0.315 mm篩孔的累計(jì)篩余量不宜小于85%.

5.2.1.3 水泥

根據(jù)高空泵送混凝土施工要求，所用水泥均符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》中的標(biāo)準(zhǔn)要求。

5.2.1.4 摻和料

可選用Ⅰ級(jí)粉煤灰（經(jīng)試配、優(yōu)化，摻量控制在膠凝材料的20%左右），可在泵送時(shí)潤(rùn)滑管壁，在混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)過(guò)程中抑制混凝土開裂，提高混凝土的后期強(qiáng)度。

5.2.1.5 外加劑

采用聚羧酸高效減水劑，該減水劑具有減水、增強(qiáng)、保塑和緩凝作用，減水率為25%.

5.2.2 配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)

高空泵送混凝土根據(jù)工程要求、結(jié)構(gòu)形式和施工條件來(lái)確定所需流動(dòng)性、不離析、少泌水的可泵性混凝土混合料?；驹瓌t就是按照所采用的材料設(shè)計(jì)既能滿足工作性、強(qiáng)度及其他要求，又經(jīng)濟(jì)合理?；炷恋目杀眯员硎酒淇蓧嚎s性的大小，塑性大和易性好的混凝土，泵送性能也好?？杀眯粤己玫幕炷劣刑涠群蛪毫γ谒偭?jī)蓚€(gè)指標(biāo)。坍落度的大小直接反映了混凝土流動(dòng)性的好壞，泌水量反映了混凝土的穩(wěn)定性和保水性。坍落度的大小直接影響著混凝土的澆筑和泵送，混凝土泵送壓力和摩阻力一般隨著混凝土坍落度的減小而增加，對(duì)于長(zhǎng)距離高度高的泵送混凝土，坍落度一般控制在220 mm左右。坍落度過(guò)小會(huì)增大輸送壓力導(dǎo)致堵管；坍落度過(guò)大，高壓下混凝土易離析而造成堵管。因此，高強(qiáng)度混凝土提高可泵性的關(guān)鍵是降低混凝土的內(nèi)聚性，減小流動(dòng)阻力。我們對(duì)混凝土質(zhì)量控制采取如下方法：①對(duì)于高強(qiáng)度可泵性混凝土，宜用中砂，細(xì)度模數(shù)為2.6～2.9，空隙率不超過(guò)40%，砂率宜在36%～42%之間。②水灰比控制在0.30～0.45之間。③采用JX-8聚羧酸高性能減水劑。聚羧酸高性能減水劑是繼以木鈣為代表的普通減水劑和以萘系為主要代表的高效減水劑等之后發(fā)展起來(lái)的高性能減水劑，其優(yōu)點(diǎn)是減水率高，在保持相同坍落度的情況下，可減少20%～35%的用水量；增強(qiáng)效果好，混凝土的3 d強(qiáng)度可以提高50%～70%，28 d強(qiáng)度可以提高30%左右；和易性和流動(dòng)性好，為長(zhǎng)距離、大高度混凝土構(gòu)件提供了可泵性。大鐵溝特大橋連續(xù)梁確定水膠比為0.29，坍落度達(dá)到230 mm，滿足泵送要求。試配28 d強(qiáng)度達(dá)到65.0 MPa。④使用的摻和料是粉煤灰，它除了取代部分水泥外，還取代了部分砂子，降低了砂率，減小了細(xì)集料對(duì)輸送管道的摩擦，具有流動(dòng)性大、聚黏性良好、泌水少等特點(diǎn)。在混凝土中加入粉煤灰后，顯著地提高了混凝土的和易性， 又增加了漿體濃度，提高了混凝土的可泵性，節(jié)約了水泥。

溫度對(duì)混凝土坍落度損失如表2所示。

5.3 高空混凝土澆筑

5.3.1 施工準(zhǔn)備工作

施工準(zhǔn)備工作包括：①按照施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況規(guī)劃出混凝土澆筑線路，并提前布設(shè)泵送管道；②根據(jù)混凝土泵送方量，聯(lián)系并協(xié)調(diào)混凝土拌和站安排混凝土罐車輸送混凝土，確?；炷敛环e壓，不中斷。

5.3.2 坍落度的檢測(cè)和確認(rèn)

將混凝土運(yùn)送至施工現(xiàn)場(chǎng)后，每車混凝土均必須做坍落度檢驗(yàn)測(cè)定。對(duì)于檢驗(yàn)不合格的混凝土，應(yīng)立刻退回?cái)嚢枵具M(jìn)行處理，確?；炷翝仓|(zhì)量?；炷撂涠纫丝刂圃?10±10 mm左右。

5.3.3 混凝土振搗

混凝土在每層澆筑時(shí)，厚度為400～600 mm，以能振實(shí)為準(zhǔn)。自由傾落高度控制在2 m以內(nèi)，振搗時(shí)，振搗棒不得振碰鋼筋、模板和預(yù)埋件等。

5.4 混凝土蒸汽養(yǎng)生

冬季混凝土養(yǎng)護(hù)是冬季混凝土施工的重要環(huán)節(jié)，混凝土澆筑完畢即在頂面用棉被覆蓋，并將連續(xù)梁端部的棉門簾放下。采用蒸汽養(yǎng)生的辦法，保證冬季混凝土的澆筑施工質(zhì)量。蒸汽養(yǎng)護(hù)每小時(shí)記錄一次。蒸汽養(yǎng)護(hù)結(jié)束后，立即噴涂養(yǎng)護(hù)劑。

5.5 其他操作要點(diǎn)

5.5.1 保證混凝土的入模溫度

在混凝土的運(yùn)輸過(guò)程中，冬季要用棉布包裹罐車攪拌罐來(lái)保溫，夏季可在棉布上澆水來(lái)降溫，保證混凝土的入模溫度。

5.5.2 水溫控制

原材料加熱溫度的控制：混凝土攪拌用水的加熱溫度要控制在50～80 ℃之間，避免溫度超過(guò)80 ℃的水與水泥直接接觸。砂子的溫度宜控制在20～40 ℃之間。當(dāng)使用混凝土出機(jī)溫度控制現(xiàn)澆混凝土采用綜合蓄熱施工時(shí)，混凝土的出機(jī)（罐）溫度一般不低于20 ℃。并根據(jù)其運(yùn)輸方式和運(yùn)輸距離予以調(diào)整。

外加劑摻量控制：外加劑進(jìn)場(chǎng)后應(yīng)先檢查材料說(shuō)明，外加劑摻量的允許誤差應(yīng)控制在相關(guān)要求內(nèi)。

5.5.3 保證混凝土的連續(xù)供給

針對(duì)混凝土黏性好、凝結(jié)快的特性，為保證混凝土的均質(zhì)性，攪拌車在向泵機(jī)喂料前反向高速轉(zhuǎn)動(dòng)20～30 s，在高空泵送過(guò)程中，攪拌車應(yīng)迅速、不停地?cái)嚢瑁苊庖蚧炷猎诒盟瓦^(guò)程中滯留過(guò)長(zhǎng)而造成凝結(jié)堵管現(xiàn)象。

為保證混凝土供應(yīng)的連續(xù)性，配備了2個(gè)混凝土拌和站，當(dāng)其中一個(gè)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，另一個(gè)立即投入使用，并聯(lián)系了商品混凝土來(lái)應(yīng)對(duì)突發(fā)事件。在混凝土的運(yùn)輸過(guò)程中，我們配備了運(yùn)輸線路保通員，共配備了8臺(tái)混凝土罐車負(fù)責(zé)混凝土的運(yùn)輸，2臺(tái)在拌和站內(nèi)待命。

5.5.4 保證混凝土的順利泵送

壓送前，應(yīng)用水濕潤(rùn)泵的料斗、泵室、輸送管道等與混凝土接觸的部分，檢查管路無(wú)異常后方可采用水泥砂漿潤(rùn)滑壓送。開始泵送時(shí)，泵機(jī)應(yīng)處于低速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，注意觀察泵的壓力和各部分工作情況，待順利泵送后方可提高到正常運(yùn)輸速度。當(dāng)混凝土高空泵送困難、泵的壓力突然升高時(shí)，會(huì)導(dǎo)致管路產(chǎn)生振動(dòng)，可用槌敲擊管路、找出堵塞的管段，并采用正反泵點(diǎn)動(dòng)處理或拆卸清理，經(jīng)檢查確認(rèn)無(wú)堵塞后繼續(xù)泵送，以免損壞泵機(jī)。

6 結(jié)束語(yǔ)

該技術(shù)從混凝土機(jī)械設(shè)備的選擇、泵管的布設(shè)、混凝土配合比的優(yōu)化、混凝土蒸汽養(yǎng)生等方面，對(duì)施工方案和施工工藝進(jìn)行了優(yōu)化，確保了高空泵送施工過(guò)程中的出口壓力和整機(jī)功率，打破了傳統(tǒng)垂直泵送管道固定在墩身上的施工方法，利用塔吊爬梯和工作平臺(tái)對(duì)泵管進(jìn)行維護(hù)，有效保證了冬季百米高空遠(yuǎn)距泵送混凝土施工的順利進(jìn)行。

參考文獻(xiàn)

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〔編輯：王霞〕