长距离下坡道泵送混凝土施工技术研究

长距离下坡道泵送混凝土施工技术研究

当前基础建设飞速发展，地下工程（地铁工程，隧道工程，井巷工程等）也呈现出越来越广泛应用的趋势，通过探究在地形复杂、交通不便地段，特别是山区冲沟及井下作业区的泵送混凝土配合比设计、管道铺设、施工工艺控制等施工技术，可以解决长距离下坡道泵送混凝土施工中的管道堵管，强度偏低等问题，实现高性能混凝土在长距离0-20度倾斜的下坡管道中顺畅泵送。

标签：下坡道；泵送；配合比；管道铺设

引言

在现代混凝土的输送与浇注过程中，随着建筑物体积与高度的增大，以及对质量和进度要求的提高，混凝土泵送施工的应用越来越广泛。它能一次连续地完成水平运输和垂直运输，运距长、单位时间内输送量大、效率高、费用低、劳动力省、优越性非常显著。在高层建筑、桥梁、地铁等工程中广泛地应用。目前在长距离下坡道泵送混凝土施工中经常遇到混凝土管道堵塞，强度偏低等现象，一旦发生堵管，只能拆下堵管部分进行清理，造成了工期延长，材料浪费，更加严重的是影响到混凝土浇筑体的质量。本文以重庆市轨道交通一号线（朝天门—沙坪坝段）工程为研究依托，旨在改进泵送混凝土施工的工艺技术，提高建筑工程施工水平和施工质量。

1、泵送混凝土配合比设计原则

泵送混凝土配合比设计的原则是在比较经济的情况下配制的混凝土具有可泵性、工作性、耐久性。通过对混凝土的骨料级配、水胶比、砂率、最小胶凝材料用量等技术指标的优择和精准的配合比设计，将混凝土的屈服应力减小到足以被因自重产生的剪应力克服，使混凝土流动性增大，同时又具有足够的塑性粘度，使骨料悬浮于水泥浆中，不出现离析和泌水问题，形成密实且均匀的胶凝结构，最大程度满足长距离下坡道泵送混凝土施工的可泵性。

以C30混凝土为例，我们在泵送混凝土配合比设计时首先考虑石子最大粒径和最优级配，其次选择适应性良好的泵送剂，第三，掺入粉煤灰作为掺合料。保证水泥浆量大于300L/M3，压力泌水率比不大于95%，经试配比选得出的泵送混凝土配合比数据如下：

2、施工技术研究

2.1 下坡道泵送混凝土施工难点分析。泵送混凝土一般采用活塞泵来输送混凝土，它的排量与吸入效率有关，而吸入效率又与混凝土的和易性、泵体内真空度和管道配型有关，由于重力作用，泵管中混凝土会自由下淌，造成管内形成很多空气柱，在泵压的作用下，空气柱对与之接触的混凝土拌和物形成高压空气挤压效用，高压空气的挤压，使流动性好的混凝土浆液和靠浆液包裹被动移动的骨

料分离，形成缺少浆液以粗骨料为主的混凝土，这部分混凝土流动性差，使之在弯头、节点等障碍部位容易堵管，同时由于混凝土的离析，影响到浇筑混凝土的质量。

2.2 混凝土管道自流临界角。经分析，在下坡道泵送混凝土过程中，混凝土本身自落的速度若超过输送泵的泵送速度，可造成混凝土自流而形成离析，最后造成堵管。另一个主要原因是在停泵过程中，下坡段混凝土因自重自流，造成管道中形成空气柱，在继续泵送过程中，空气柱相当于一段弹簧，将泵送压力吸收，造成泵送不动而卡管。为此，找到泵送混凝土下滑临界角对解决向下泵送混凝土堵管问题至关重要。试验得出C30泵送混凝土在不同坍落度下的自流临界角（试验管长10m，内径150mm）。

随着设计坍落度不断增大，自流临界角不断减小，由于坍落度的增大，泵送混凝土的流动性增大，成分之间的粘聚性减小，管道摩擦阻力减小。重庆市轨道交通一号线（朝天门—沙坪坝段）工程中下坡道混凝土泵送倾斜角为14.98度，即泵送混凝土坍落度在140mm时就会产生自流现象，考虑混凝土拌合物泵送后的工作性能，需要混凝土拌合物出机坍落度达到180mm，故为减少混凝土自流带来的堵管现象，就必须合理选择机械设备、精密布设输送管道、安装滞留弯角管，在管道下方安装防离析器。

2.3 输送泵选择及管道布设。在泵送混凝土施工中，不合理的安放混凝土泵，不科学的布管以及不严格的施工操作，都会造成泵管堵塞和不必要的损失。应根据混凝土输送管路系统布置方案及浇筑工程量、浇筑进度以及混凝土坍落度、设备状况等施工技术条件，确定混凝土泵的选型，本工程项目选用三一重工生产的HBT8018C-5型拖泵，输送压力10-18MPa，正常输送量为65m3/h，技术参数满足施工需要。

根据本工程施工通道情况，泵送混凝土施工在下坡道最长需要布设泵管约400m。正确的布管是保证顺利进行泵送的必要条件，在布置时应注意以下几点：

2.3.1 选择最短距离来布置管路，同一管路中混凝土断面保持不变，不采用锥形、弯管、软管，更应避免使用弯度过大的弯头。

2.3.2 在倾斜向下斜管上端设置气阀，使管内压力平衡。向下配置的斜管底部应有足够长度的水平配管，以增强抵抗混凝土因自重可能下落的阻力，避免在管道中产生真空段。

2.3.3 输送泵机出口不宜在水平面上变换方向，如受场地限制，宜用半径 1m 以上的弯头。否则压力损失过大，出口处管道最好用木方垫牢。

2.3.4 配管如不能贴地布置，则应在配管两端设立支架，多采用脚手架支撑，弯管处及锥管处支架应用混凝土固定。

2.3.5 夏季施工时，应在管上蓋上麻袋或草垫，并用冷水浇湿。冬季则需要

双层棉毯包裹，避免混凝土坍落度损失过大造成堵管。

2.3.6 为解决混凝土自流和离析问题，混凝土泵送设备及管道需要设置阻滞带（用45度或90度弯管和直管连接成“Ω”形状）或者管道设置缓冲弯管（每间隔 100 m 用 R500 mm 的弯管对接成 S 形的缓冲弯）来减缓混凝土离析的程度。

2.4 下坡道泵送混凝土施工工艺。在开始泵送初期，保证混凝土能顺利地进行，避免泵送初期发生堵管。在泵送过程中，保证混凝土泵送的连续性，避免混凝土在管道中发生离析、初凝，导致管道发生堵塞。在泵送完成后，有效地清洗管道，减少管道里混凝土的浪费，保证下次泵送混凝土施工的顺利进行。这是泵送混凝土施工的三个阶段，每个阶段必须高度注意。2.4.1 泵送前的准备。输送泵操作人员及维护人员彻底检查输送泵状态，更换已损坏的易损件，固定输送管道，对设备进行保养，在管道末端设置对废料废水处理的措施。

2.4.2 泵送开始。管道中装海绵球→泵水0.5～1.5m3→管道中加入清洗活塞→泵纯水泥稀浆→泵送砂浆→混凝土。

2.4.3 泵送过程。泵送速度的控制以泵机的液压系统压力进行调节，一般情况下液压系统压力不宜超过16MPa。泵送前要对混凝土进行坍落度检测，合格方可泵送。开始泵送混凝土时应将泵送速度降低，待混凝土从出口流出后逐步提高泵送速度。为保证泵送的连续性，当下一车混凝土还没到之前，可放慢混凝土输送速度，直到下一车混凝土到达，方可进入正常泵送速度（确保管道内的混凝土一直处于流动状态）。当混凝土供应中断，应保证料斗内的混凝土不低于搅拌轴，在等料過程中，泵机需每15min进行正反泵操作（避免管道内的混凝土初凝）。泵送过程中应尽可能减少停顿时间，泵送停止后立即关闭截止阀，每5min左右应对“S”形管进行摆动操作2～3次。

2.4.4 管道清洗。采用往泵机料斗内加水的方法来清洗输送管道：泵送砂浆→拆下出料口锥管→从锥管大端加入清洗活塞2个→复位安装锥管→泵水。

3、泵送混凝土堵管处理方案

在泵送混凝土过程中若发生堵管，应一边让混凝土泵进行泵送-反泵操作，一边沿着输送管路寻找堵塞部位，一般情况是从泵的出口开始，未堵塞的管段会发生剧烈振动，而堵塞部位以后的管路则是静止的。也可以用听觉判断，未堵塞段当混凝土被吸动时，会有响声，而堵塞部位以后段则没有声响。还可以用木锤敲打管道检查，凭敲打时的手感和声音判断，堵塞部位会有发“闷”的声音和密实的感觉。以下为在不同堵管原因下的处理办法：

3.1坍落度不稳定堵管。排除方法：控制混凝土至适合的坍落度。对于大落差，垂直向下的混凝土泵送施工，坍落度宜控制在 180- 200mm 为好，由于向下泵送混凝土过程中，管内混凝土因自重而产生向下自流，粗骨料下落速度远大于砂浆的流散速度，而造成混凝土的分层离析。所以若坍落度选择过大，极易造

成粗细骨料分离，而发生堵管现象。

3.2 骨料级配和砂率不合理堵管。排除方法：①改善砂石的级配和调整砂率，粗骨料宜选用表面光滑的圆形或近似圆形的骨料，卵石优于碎石，采用 5- 20mm 的连续级配。②细集料采用细度模数为 2.5- 3.1 的中砂，有良好的级配，空隙率小。③泵送混凝土的砂率主要与骨料的种类和最大粒径、砂的级配和水泥用量有关，，一般应控制在38%- 45%。

3.3 间歇超时堵管。排除方法：由于混凝土在管内间隙时间过长。混凝土浆体蒸发，混凝土内水膜脱出，从管卡的接缝处向外漏水，此时表明混凝土已开始初凝。当再泵送时，混凝土颗粒间的润滑膜不能随机械的推动力作用使混凝土回复到原来的和易性状态，使混凝土在拐弯处的摩阻力急剧增加而堵管，需要加强施工现场组织安排，合理调配混凝土运输车辆，均匀、持续的泵送混凝土。

4、实例应用

采用长距离下坡道泵送混凝土施工技术后，车站结构和区间隧道衬砌约14000m3混凝土施工工期较原计划提前35天完成。相比混凝土运输车运送混凝土到施工工点进行浇筑，节约费用约83.5万元（其中管理费32.8万元，机械费用12.2万元，临时工程措施费24万元，燃油费8.3万元，电费及其他6.2万元），且节约工期35天，经济效益明显。

该方案实施后不但取得了较好的经济效益，还取得了一定的社会效益，得到了业主和监理的一致好评。通过该工程的实践，总结的长距离下坡道泵送混凝土的施工技术研究是合理、可行的，能为今后其他同类工程建设提供参考和指导。

参考文献：

[1]混凝土泵送施工技术规程（JGJ/T 10-2011），中国建筑工业出版社.