华丽高速公路新庄特大桥混凝土泵送施工方案

李宏金

摘要：以华丽高速公路新庄特大桥建设为例，分析研究了此种高墩桥梁混凝土泵送、布管、水洗等施工难点，特提出混凝土泵的选择与设置的具体方法，并在布管、泵送、洗管等关键作业以及混凝土料的要求上，提出详细的施工措施。实践表明，该混凝土泵送施工方案高效可行，能够满足此种距离远、高差大的高墩桥梁施工需求。

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.

关键词：特大桥；混凝土；泵送；布管；水洗

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

中图分类号：U445 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）20-0094-04

1 工程概况

华丽高速公路建设项目的重点控制性工程——新庄特大桥桥梁横跨U型沟谷，最大桥面高度178m，桥梁全长1110.08m，最大墩高165m，桥面全宽12m，是目前云南省同类型公路系统中桥墩高度最高、跨度最大、桩基最深的大型桥梁，如图1所示。

采用混凝土泵送技术是高墩桥梁建设中至关重要的一环，不仅具有机械化程度高、施工快捷的特点，而且具有修建的桥梁质量好、施工占地少的优点。但是针对这种距离远、高差大的施工领域，如何保证混凝土泵送效率和质量，而不出现离析、堵管等的问题，是直接影响着桥梁等结构物的质量安全。本文以华丽高速公路新庄特大桥的建设为例，阐述其混凝土泵送施工方案与必要措施。

2 桥墩结构形式

新庄特大桥主桥为108+200×3+108钢构连续梁，桥墩结构形式分为：

根据主墩墩高不同，采用两种形式：

①主墩7#、8#、9#墩高为121m、152m、165m，采用双薄壁空心墩与整体单箱三室变截面薄壁空心墩的组合形式，上段70m采用分离式双薄壁。薄壁之间净距为6.0m，单片薄壁外轮廓尺寸为8.5m×3.5m，壁厚横桥向1.5m，顺桥向0.8m；桥墩下段采用横桥向变截面的单箱三室空心薄壁结构，外轮廓横桥向按80：1渐变，顺桥向等厚度13.0m。内箱室在横隔板分隔的一段内是等截面的，最小壁厚为1.5m。

②10#主墩墩高为87m，采用双薄壁空心墩。

③过渡墩采用薄壁空心墩，墩身横桥向宽7.9m，顺桥向厚5.0m，顺桥向、横桥向壁厚均为60cm。

3 泵送施工难点

3.1 泵送难点

由于拖泵置于墩身底部平台用于泵送C60高标号混凝土以完成7#、8#、9#、10#等四个桥墩的浇筑。该工程高度达178m，另外保证水平的缓冲距离60m，现浇注桥梁分两头浇筑，单边浇筑最远距离100m，根据泵送折算后实际泵送水平距离为700m，目前现场施工中，浇筑桥梁仅仅45m高度即出现泵送压力达到16MPa，由此可见本工程的混凝土泵送难度更加增大。

3.2 布管难点

由于是垂直桥梁浇筑，梁柱上布管难以施展；加之最终垂直管道长达200m，一旦堵管，当拆开管道清堵后再次接管时会异常困难：往往需动用几十名强劳力，必要时高空作业，工作难度非常大，高空中在巨大的重力作用下下端的管子会发生很大的向下移动。当处理好堵管和接好管时由于花费时间长，其它管内的混凝土料因待料时间过长发生变化，可能引发连锁堵管，从而造成泵送失败。

3.3 水洗难点

由于垂直高度178m，加上弯管及水平管等总布管的实际长度会超过700m以上。当混凝土浇注完后，管道内仍有大量混凝土滞留在管中。以Ф125输送管为例，每100m管道内可贮存1.2m3混凝土料。管内的混凝土料必须采用自动水洗的办法洗出去，这样才能节约混凝土料，更重要的是100多根的管子必须一次性洗干净。如果每次泵送完毕后不能将泵管清洗干净，即使完成了混凝土料的泵送，也不能算泵送成功。并且该工程是连续施工，如上一次管内还存有余料，下一次泵送肯定不会泵送成功，必将严重影响施工进度，增加不必要的人力与物力的浪费。

4 混凝土泵的选设

4.1 系统压力分析

针对7#～10#墩，计算其需要铺设的泵管长度见表1所示。

混凝土泵送所需压力P包含三部分：混凝土在管道内流動的沿程阻力造成的压力损失P1、混凝土经过弯管的局部压力损失P2以及混凝土在垂直高度方向因重力产生的压力P3。

①水平管压力损失：

P1=Δpl·l=k1+k21+V2α2·l

式中：

Δpl—单位长度的沿程压力损失；

l—管道总长度，垂直高度按182m，加上水平管道部分，总长约按水平距离700m计；

k1—粘着系数，取k1=（3.0-0.10S）×102（Pa），S为塌落度，本工程S=22cm，则k1=100Pa；

d—混凝土输送管直径为125mm；

k2—速度系数，取k2=（4.0-0.10S）×102，则k2=200Pa；

—混凝土泵分配阀切换时间与活塞推压混凝时间之比，其值约0.3；

V2—混凝土在管道内的流速，当排量达40m3/h时，流速约0.65m/s；

α2—径向压力与轴向压力之比，其值约0.95。

综上计算，得到P1=5.7MPa。

②弯管压力损失：

设置90°弯管，含地面水平弯管、竖管缓冲弯管约六个；每套管道设置一个截止阀。每个90°弯管压力损失0.1 MPa、每个截止阀压力损失0.05MPa。

P2=6×0.1+1×0.05=0.65MPa

③竖管中混凝土自重压力损失：

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计算。

④混凝土泵送时理论计算所需要的压力：

P≤P1+P2+P3=5.7+0.65+4.4=10.75MPa

4.2 高压泵选用与设置

根据以上计算，确定出选用的高压泵，具体参数见表2。

①7#、10#墩采用一级泵送，各采用一台地泵施工，完成墩身及连续梁混凝土浇筑。

②8#、9#墩采用两级泵送，各采用两台地泵施工，完成墩身及连续梁混凝土浇筑。

③7#、10#主墩及8#、9#主墩第一级地泵布置根据现场地形因地制宜，原则上布置在墩身大小里程侧，尽量确保水平缓冲平管安装距离S≥H/3m的位置。

④8#、9#主墩第二级地泵设置在主墩墩顶以下70m前后肢的墩身分离式处，此处平台范围为：8.5m×6m。

⑤地泵尺寸為：7.19m×2.1m×2.532m；满足地泵安装要求，但是缺乏水平缓冲管，需要按“弓”字型布管要求，同时加装液压截止阀。

5 泵送施工方案

为保证混凝土料的顺利泵送，针对上述泵送施工难点，在布管、泵送、洗管等关键作业以及混凝土料的要求上，采取下列措施，从而高标准严要求建设完成部分桥墩，见图2所示。

5.1 布管作业

①拖泵出口接一根特制的2m长的锥管，之后接一根 3m直管，其两端固定在基础牢固的水泥墩中；

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浇筑预埋件（见图3）上，以降低泵管的振动与泵送压力；

③在桥墩底部和水平管连接处，采用一根Ф125的R1000×90°弯管转向，其前后再与两根3m直管相联；同时在水平3m直管处安装一套液压截止阀，以阻止垂直管道内混凝土回流，并便于设备保养、维修与水洗；

④垂直泵送布管，两端均需用固定管卡固定在牢靠的桥墩预埋件（见图4）的卡箍上，7#、10#墩在约100m处，采用一道“弓”字型布管，即竖直向上用三根3m的直管和四个R1000×90°的弯头，见图5。

⑤桥梁水平浇筑过程中，需将水平管用固定管卡固定于桥梁预埋件（见图3）的卡箍上；

⑥8#、9#墩的二级泵送出口用0.8m锥管，用水泥墩固定两根90°弯管，按照“一根直管两个卡”的方式布置水平管，再垂直向上，采用两道“弓”字型布管。

图6为布管作业的局部实物安装图。

5.2 泵送作业

①每次泵送时，必须先泵送水4m3左右。

②泵送完水后，停机拆开2m锥管，在锥管内塞入已浸泡好的两个海绵球。

③接好锥管，泵送水泥：砂子=1：1的砂浆4m3左右，起到润滑管子内壁的作用。其中砂浆的水胶比需大于或等于0.6，以保障具有良好的润滑性和流动性。

④泵送完砂浆后，将拖泵处在高压小排量的状况下以50%的排量泵送，使混凝土料在管道中的下流的初速度较小；当最前端泵出砂浆后，再恢复到85%的排量泵送。

5.3 洗管作业

①在拖泵附近要设立大水池并配备大功率抽水泵，抽水泵的排量应大于100m3/h；

②当混凝土料泵送完，继续泵送1～2m3的1：1砂浆，冲洗干净料斗和输送缸，用大功率抽水机向料斗加注水，要求料斗中水位在水洗过程中始终是满的；

③在水洗之前，拆开锥管并塞入两个以上的海绵球，之后接上锥管；

④启动水泵进行水洗，直至前端冲去海绵球，否则将严重影响下一次混凝土料的泵送。

5.4 混凝土料要求

由于是超远距离高压泵送，管道阻力很大，因此混凝土在输送管内承受的压强很大，极易因压力过大而泌水离析；同时泵送阻力与混凝土的流动性有极大的关联，故对混凝土料的要求如下：

①混凝土水泥用量必须大于330kg/m3。

②混凝土料中应掺加水泥用量的15～20%的I级粉煤灰以增加混凝土料保水性，有效阻止压力泌水。同时因粉煤灰的滚珠效应也能大大降低泵送阻力。

③混凝土在进入料斗时，要求坍落度在22～23cm之间。坍落度越大泵送阻力越小，切不可小于21cm，且经时坍落度损失和压力坍落度损失要小。

④混凝土料10s的相对泌水率应控制在30%以内。

⑤掺入的外加剂与水泥的适应性应确保在1h内坍落度损失不超过2cm。

6 结束语

该混凝土泵送施工方案的工程实践表明：采用本文提出混凝土泵的选择与设置的方法和泵送的混凝土料要求，运用布管、泵送、洗管等关键施工措施，能够满足此种距离远、高差大的桥梁建设施工需求，对解决类似高墩桥梁的施工难题具有一定的参考价值。

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