王征

山西路橋第二工程有限公司 山西臨汾 041000

自密實(shí)混凝土常被應(yīng)用于公路橋梁施工中，在其原材料組成中，細(xì)骨料常采用的是天然砂，但此類(lèi)材料的供應(yīng)量有限，機(jī)制砂逐步成為取代形式，以機(jī)制砂為原材料制備混凝土是可行的方法。針對(duì)機(jī)制砂混凝土泵送時(shí)可能堵管的情況，必須加強(qiáng)探討，合理應(yīng)用泵送施工技術(shù)。

1 工程概況

某公路橋梁起訖樁號(hào)K00+000～K8+400，全長(zhǎng)8.4km，本合同段沿線(xiàn)橋梁占比較大（達(dá)到路線(xiàn)總長(zhǎng)的33.48%），包含大橋2766m/6座，中橋4m/1座。大橋建設(shè)現(xiàn)場(chǎng)的地形條件特殊，缺乏平整性，不利于建設(shè)工作的順利開(kāi)展。交通條件較差，區(qū)域內(nèi)天然砂資源匱乏，由外部運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)時(shí)效率低、成本高，因此用機(jī)制砂取代天然砂，利用此材料拌制混凝土，以泵送的方式施工。

2 機(jī)制砂混凝土泵送施工技術(shù)要點(diǎn)

機(jī)制砂是現(xiàn)階段工程建設(shè)中較為常見(jiàn)的材料，其經(jīng)過(guò)開(kāi)采、破碎、過(guò)篩后制得，按比例摻入，通過(guò)與水泥等材料的混合料，形成滿(mǎn)足施工要求的混凝土。泵送時(shí)，注重如下幾項(xiàng)技術(shù)要點(diǎn)：

為降低泌水離析的發(fā)生概率，合理選擇原材料，經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)后確定具有可行性的材料以及具體用量，例如粉煤灰、減水劑等材料的使用方法，形成一套配合比，作為混合料拌和時(shí)的取料基準(zhǔn)。

為順利完成泵送施工，提前選擇材質(zhì)、壁厚、管徑均合理的管道，使用前清理干凈，以免管道堵塞?？紤]到機(jī)制砂混凝土泵送時(shí)易堵管的情況，摻入適量緩凝劑。若因材料質(zhì)量問(wèn)題或材料用量不當(dāng)?shù)仍蚨鹿?，及時(shí)以反泵循環(huán)的方式疏通，并適度敲打管道，避免混凝土在管道內(nèi)部凝固。但需嚴(yán)格控制反泵循環(huán)的次數(shù)，否則將迫使管內(nèi)混凝土的水泥漿被大量吸出，此時(shí)混合料趨于固結(jié)狀態(tài)，流動(dòng)性不足。通常，經(jīng)過(guò)5～8次反泵后若仍無(wú)效果，不再采取此方法，由專(zhuān)員拆除管道，做針對(duì)性的清理[1]。

3 原材料的選取及配合比

3.1 骨料的質(zhì)量要求

（1）細(xì)骨料。含量不小于15%，用0.315mm篩孔的篩處理，并加強(qiáng)清理，將粉塵含量降低至7%以?xún)?nèi)。

（2）粗骨料。泵送高度＜50m時(shí)，最大粒徑與輸送管徑的比值約1:2.5；泵送高度50～100m時(shí)，該比值調(diào)整在1:3～1:4區(qū)間內(nèi)；泵送高度＞100m時(shí)，以1:4～1:5為宜。

3.2 原材料的選取

水泥：P.042.5普通硅酸鹽水泥。

粗骨料：石灰?guī)r，強(qiáng)度107MPa，分5～10mm、10～20mm兩檔，配比為2:8。

細(xì)集料：考慮到現(xiàn)場(chǎng)天然砂匱乏的工程狀況，采用機(jī)制砂，細(xì)度模數(shù)3.6。

水：滿(mǎn)足施工要求的水。

摻和料：一級(jí)粉煤灰。

外加劑：重點(diǎn)考慮的是高效減水劑。

3.3 配合比

機(jī)制砂具有容重量大、含氣量小的特點(diǎn)，但也存在局限之處，即粘性和保水性均不足。為彌補(bǔ)機(jī)制砂的性能劣勢(shì)，拌和時(shí)摻入較多的水泥，以防坍落。對(duì)于本工程，具體配比如表1所示。

表1 機(jī)制砂混凝土施工配合比（kg）

4 機(jī)制砂混凝土泵送施工的硬件配套

為避免高壓離析泌水，泵送施工環(huán)節(jié)選擇的是性能較強(qiáng)的輸送泵，配套嚴(yán)密性較好的高壓泵管。以盡可能降低泵送阻力為基本目標(biāo)，合理布設(shè)泵管，使機(jī)制砂混凝土在管道內(nèi)高效流動(dòng)，提高泵送效率。

4.1 泵送設(shè)備的選擇

三一重工HBT80C混凝土泵，具體如圖1所示。設(shè)備性能良好，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，最大輸送高度達(dá)到150m，適用于復(fù)雜的施工環(huán)境。

圖1 混凝土泵

4.2 泵管布置的要求

（1）泵管的彎管、連接處較為薄弱，隨泵送時(shí)間的延長(zhǎng)，容易在內(nèi)外部因素的共同影響下破裂，因此采取加固措施；考慮到安裝和拆卸的便捷性要求，以騰空的方式架設(shè)，予以固定處理，以防失穩(wěn)。在日常泵送施工時(shí)，加強(qiáng)對(duì)管道且尤其是薄弱部位的檢查，必要時(shí)采取維修、更換措施，確保管道可正常使用。

（2）切實(shí)保證管道的密封性，提前以泵送凈水的方法檢查，判斷是否有漏水的情況，若有則予以處理。

（3）入倉(cāng)處的軟管以水平或垂直方向敷設(shè)，用繩索牽引固定，避免其在泵送施工中晃動(dòng)。

（4）遇冬季低溫施工環(huán)境時(shí)，以包裹保溫材料的方法對(duì)泵送管道加以防護(hù)，避免管道凍裂以及混凝土凍傷；而在夏季高溫施工階段，灑水降溫，采用此方法減小坍落度損失量，確?；炷量蓾M(mǎn)足泵送施工要求。

4.3 管道的布設(shè)方法

按照泵送阻力和逆流壓力均最小的基本要求布設(shè)，非必要時(shí)不采用彎管和軟管（原因在于容易受損），此外還需考慮到裝拆、故障檢維修等工作的便捷性要求。

分多種情況考慮：在山頭處施工樁基、承臺(tái)時(shí)，采用水平布管的方法；墩柱、系梁施工時(shí)，采用垂直向上布管的方法；在山腰處施工樁基、承臺(tái)時(shí)，采用傾斜向下的布管方法。無(wú)論采用何種布設(shè)方法，均對(duì)其可行性做出分析，即換算為水平布管輸送長(zhǎng)度，據(jù)此做進(jìn)一步的判斷，明確泵送能力是否達(dá)到要求，若有不足之處則予以調(diào)整。不同布管方法的作業(yè)要點(diǎn)存在差異，此處做如下分析：

（1）垂直向上布管。停泵時(shí)，存在于管內(nèi)的混凝土將由于自身的重力作用而改變既有狀態(tài)，產(chǎn)生逆流壓力，并且在高度增加之下，該壓力有隨之加大的變化，泵的排量難以穩(wěn)定在正常水平，混凝土發(fā)生離析，隨之出現(xiàn)堵管現(xiàn)象。為有效減小甚至完全避免逆流壓力，需要增設(shè)水平管，該管中混凝土與管壁存在摩擦力，在其作用下有效消除逆流壓力。在設(shè)置水平管后，若實(shí)際應(yīng)用效果有限，進(jìn)一步在出料口3～6m的位置增設(shè)插閥，其操作機(jī)制是在停泵時(shí)隨即關(guān)閉插閥，以免形成逆流壓力[2]。

（2）傾斜向下配管。混凝土在自重作用下自流，為規(guī)避此問(wèn)題，需適當(dāng)減小坍落度。若因?yàn)楣こ绦枨蠖褂幂^大坍落度的機(jī)制砂混凝土，有必要在泵管內(nèi)裝入海綿球，借助該裝置有效承受混凝土的流動(dòng)壓力。配管傾斜度超過(guò)4°～7°，在該傾斜的姿態(tài)下，若砼的流動(dòng)度較大，將由于自重而快速流動(dòng)，泵管內(nèi)難以被混凝土有效填充，形成空洞，混凝土有離析現(xiàn)象，隨之出現(xiàn)不同程度的堵管問(wèn)題。對(duì)此，在下瀉管上端設(shè)排氣閥，根據(jù)管道的實(shí)際使用條件靈活調(diào)控，內(nèi)部聚集空氣時(shí)及時(shí)開(kāi)啟排氣閥，溢出砂漿時(shí)隨即關(guān)閉，經(jīng)過(guò)適度的清洗后，繼續(xù)泵送施工進(jìn)程。高差超過(guò)20m時(shí)，較為合適的處理方法是在斜管下端設(shè)5倍高差水平管，借助該管道阻止混凝土下流，或用彎管、軟管代替，此類(lèi)管道的摩擦阻力較大，也能夠起到相同的作用。

5 機(jī)制砂混凝土泵送堵管的原因和預(yù)防措施

5.1 地泵輸送管水平距離不足而堵管

泵送時(shí)，分配閥環(huán)向吸入混凝土，隨混凝土高度的增加，垂直管內(nèi)逆流壓力加大，在該壓力作用下，迫使混凝土容積效率降低，隨之干擾泵的正常運(yùn)行狀態(tài)（排量受到影響），且垂直壓力偏大，此時(shí)砼反流現(xiàn)象明顯，容易堵管。

因此，配管時(shí)充分考慮到逆流壓力的控制要求，采用如下措施盡可能消除逆流壓力：

導(dǎo)管垂直布設(shè)時(shí)，在其下端與混凝土間設(shè)水平管，長(zhǎng)度通常為15m及以上。通過(guò)水平管的應(yīng)用，管內(nèi)混凝土與管壁存在摩阻力，該部分力將有效平衡逆流壓力，隨之優(yōu)化機(jī)制砂混凝土的泵送狀態(tài)。

垂直高度較大時(shí)，采用水平管克服逆流壓力的應(yīng)用效果相對(duì)有限，為突破該局限性，根據(jù)輸送泵管出口的實(shí)際特點(diǎn)增設(shè)合適尺寸的彎管，由此進(jìn)一步提高混凝土的阻力，通過(guò)多重阻力的作用，平衡逆流壓力。

5.2 地泵輸送管壁潤(rùn)滑不足而堵管

混凝土泵送施工時(shí)，先灌一車(chē)水，再向混凝土地泵料斗內(nèi)放水，水量得當(dāng)后開(kāi)始啟動(dòng)地泵，由該裝置帶動(dòng)水的運(yùn)行，將其輸送至墩身施工面處，此時(shí)隨即澆注砂漿，再正式泵送施工。地泵輸水的目的在于潤(rùn)濕管壁，提高管壁的潤(rùn)滑性，削減砂漿與管壁的摩擦阻力，以便高效灌注；而注入與混凝土同標(biāo)號(hào)的砂漿也有利于潤(rùn)滑管壁，以便混凝土泵送施工的順利進(jìn)行。但需注意，前述提及的方法存在操作繁瑣、細(xì)節(jié)較多的局限性，且隨著墩身高度的增加，配套輸送管道的長(zhǎng)度加大，部分水泥漿易附著在輸送管道管壁處（此現(xiàn)象在砂漿快到達(dá)墩身施工面時(shí)體現(xiàn)得尤為明顯），砂漿流動(dòng)性不足，管壁的摩阻力較強(qiáng)，加大堵管的發(fā)生概率。因此，在前期用水潤(rùn)濕管壁時(shí)，需要向水中摻入適量的水泥，兩者混合為水泥漿，增強(qiáng)管壁的潤(rùn)濕效果。

5.3 地泵輸送管道密封性不足而堵管

在布設(shè)混凝土地泵輸送管道時(shí)，采取加密固定措施，確保配套的水平管以及豎直管均具有足夠的穩(wěn)定性，否則管道在泵送過(guò)程中有明顯的晃動(dòng)，加劇接頭處橡膠墊圈的磨損，隨泵送時(shí)間的延長(zhǎng)，管道的密封性能不足，由于接頭橡膠墊圈受損而出現(xiàn)漏漿現(xiàn)象，并且在漏漿過(guò)程中漏氣也同步存在，管道內(nèi)的壓力不足，難以將混凝土推送至指定的高度處，局部混凝土大量堆積，隨之堵管。因此，在前期基礎(chǔ)配置時(shí)便要充分關(guān)注墊圈和管卡，采取有效的固定措施[3]。

5.4 混凝土間歇時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而堵管

混凝土長(zhǎng)時(shí)間滯留于導(dǎo)管內(nèi)，水分和外加劑大量蒸發(fā)，此時(shí)混凝土的性能受到影響，繼續(xù)泵送時(shí)，雖然存在推動(dòng)力，但難以改變混凝土顆粒的分布狀態(tài)（缺乏均勻性），此時(shí)導(dǎo)管拐彎部位的阻力大幅度增加，在某個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)超過(guò)泵的最高壓力，隨之堵管。

針對(duì)因混凝土施工間歇時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而誘發(fā)的堵管問(wèn)題，采取如下預(yù)防措施：由于某些原因而使混凝土泵送中斷時(shí)，及時(shí)將前一車(chē)混凝土放完并泵送到位，此后隨即使地泵暫停運(yùn)行，待后續(xù)混凝土運(yùn)輸?shù)綀?chǎng)后，恢復(fù)泵送施工；等待期間，定期啟動(dòng)地泵（間隔時(shí)間按10min考慮），每次輸送混凝土1～2min，基于此措施避免混凝土性能退化。地泵料斗的砼減少時(shí)，不宜打反泵，此時(shí)能夠留出30～60min的混凝土間歇時(shí)間，為后續(xù)施工創(chuàng)設(shè)良好的條件。

5.5 混凝土離析而堵管

離析是機(jī)制砂混凝土泵送時(shí)易出現(xiàn)的問(wèn)題，其指的是砂漿和骨料分離，部分骨料因缺乏裹覆性而下沉至底部，在此期間砂漿則有上升的變化，整個(gè)混凝土缺乏均勻性。在遠(yuǎn)距離泵送施工條件下，隨著坍落度的增加，堵管概率隨之加大，原因在于石子與砂漿未保持穩(wěn)定粘結(jié)的關(guān)系，嚴(yán)重時(shí)材料相互分離，相比于石子與管壁的摩擦力，砂漿與管壁的摩擦力更小，在該力學(xué)關(guān)系下，砂漿將在低阻力狀態(tài)下快速運(yùn)行，而石子的運(yùn)行速度較慢，隨時(shí)間的延長(zhǎng)，石子逐步聚集在輸送管內(nèi)，且在聚積量增加之下，石子與管壁的摩擦力繼續(xù)加大，該值超過(guò)地泵所能提供的最大推力時(shí)，發(fā)生堵管。

針對(duì)混凝土離析而引發(fā)的堵管問(wèn)題，采取如下預(yù)防措施：

加水量偏高以及減水劑用量偏高時(shí)，均容易造成混凝土離析。因此，從源頭上加強(qiáng)防控，根據(jù)施工配合比控制材料的用量，避免超量使用；拌和機(jī)制砂混凝土?xí)r定期檢測(cè)水泵以及減水劑輸送泵的運(yùn)行狀態(tài)，判斷其是否存在堵塞的情況，若有則予以處理。

混凝土運(yùn)輸至泵送現(xiàn)場(chǎng)后及時(shí)檢查，若有離析現(xiàn)象，不具備泵送的價(jià)值，不投入使用。

壓力表數(shù)值異常升高至極限壓力的2/3或更高時(shí)，采取如下措施：對(duì)于向上垂直泵送混凝土的情況，隨即反泵，將離析部分反吸至料斗內(nèi)，而后全面清理導(dǎo)管內(nèi)的雜物，待其恢復(fù)潔凈狀態(tài)后，繼續(xù)泵送；向下垂直或平行泵送時(shí)，確定異常的部位，將其拆開(kāi)做詳細(xì)的檢查，明確原因后予以處理，而后重裝，繼續(xù)投入使用。

泵送過(guò)程中堵管時(shí)，不宜采用泵強(qiáng)頂?shù)奶幚矸椒āＴ蛟谟?，堵塞段管道?duì)混凝土有軸向密封作用，導(dǎo)致混凝土中部分材料向后返流，受該部分材料的影響，出現(xiàn)導(dǎo)管堵塞問(wèn)題，未及時(shí)處理時(shí)其影響程度加劇，將使混凝土泵缸筒堵塞，因此缺乏可行性，不宜作為泵送堵管時(shí)的處理方法。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，部分工程中天然砂的取用條件較差，可采用機(jī)制砂予以代替，按比例摻入，制得機(jī)制砂混凝土。在實(shí)際施工中，泵送為重點(diǎn)環(huán)節(jié)，但易由于泵送管路布設(shè)不合理、機(jī)制砂性能偏低等原因而堵管。針對(duì)種種問(wèn)題，本文展開(kāi)分析，提出具體的泵送技術(shù)要點(diǎn)以及堵管的預(yù)防措施，希望給類(lèi)似的道路橋梁工程提供參考。