混凝土輸送泵長距離泵送技術的應用
2006-09-25 00:00
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摘 要： 通過對隧道二次襯砌機械配套施工模式的技術經濟分析，闡述了短隧道二次襯砌采用混凝土長距離泵送技術的可行性。為充分發揮混凝土輸送泵的效率提供了參考，也為隧道施工項目的安全質量和成本控制提出了較好的建議。
關鍵詞： 混凝土輸送泵；長距離泵送；應用
1 概述
泵送混凝土是指混凝土從攪拌運輸車或儲料斗中卸入混凝土泵的料斗，利用泵的壓力將混凝土沿管道直接輸送到澆筑地點的工藝。它具有輸送能力大、速度快、效率高、節省人力、能連續作業等特點。因此，我國目前的大體積基礎混凝土施工設計中（如隧道） ，一般要求采用此技術。
隧道襯砌施工一般采用“站（攪拌站生產混凝土）→車（混凝土輸送車運輸混凝土） →泵（混凝土輸送泵泵送混凝土） →模（模板臺車灌注混凝土） ”施作模式，這種模式的最大優點是作業靈活。但掘進長度在500m以下的隧道襯砌施工中宜去掉“車”這個環節，充分利用混凝土輸送泵的長距離泵送功能，達到質量上更優、資源配備更佳、使用上更可靠、效率更高的效果。目前，國內一些公路和水電項目中的短隧道襯砌已經應用了這種長距離泵送作業模式并取得了成功，但多數隧道施工隊伍更習慣于長大隧道襯砌施工的“站→車→泵→模”模式。
實施混凝土長距離泵送的關鍵是要熟練掌握混凝土輸送泵性能，并對混凝土拌合物的原材料、配合比及混凝土輸送管的布管形式等加以綜合考慮。下面以隧道襯砌施工為例闡述混凝土長距離泵送技術的應用。
2 掌握混凝土輸送泵的性能
操作員必須進行崗前培訓，熟悉和掌握混凝土輸送泵的結構原理和使用維護方法；必須掌握由現場技術人員編制的混凝土輸送泵安全操作規程；熟悉混凝土輸送泵的技術性能參數及混凝土輸送泵的工作特性（見圖1） 。
 混凝土輸送泵具有恒功率調節功能，即混凝土的輸送量是由混凝土的輸出壓力確定的，壓力小則輸送量大，輸送壓力大則量小。這種功能是主油泵的恒功率調節器在起作用，它能使泵的泵送能力處于經濟運轉狀態。混凝土的輸出壓力是由輸送距離產生的，它與輸送管的大小，實際布管形式及混凝土的坍落度等有關，基本上成正比關系。
3 生產出可泵性能良好的混凝土拌合物
3. 1 泵送混凝土原材料的選擇
（1）粗骨料。粗骨料的最大粒徑取決于輸送管內徑。粗骨料與輸送管內徑之比宜為1∶3 （碎石）或1∶2.5 （卵石） 。另外要求粗骨料采用連續級配，針片狀顆粒含量不大于10%。
（2）細骨料。細骨料（砂）對混凝土拌合物的可泵性能有很大影響。細骨料（砂）的細度模數宜為2. 3～3. 2，采用連續級配，其中粒徑在0. 315mm以下的細骨料所占的比例不應小于15%，最好達到20% ，這對改善可泵性非常重要。
（3）水泥。為防止混凝土在拌送過程中產生離析，水泥品種要求選擇保水性好、泌水性小的水泥，一般選硅酸鹽水泥及普通硅酸鹽水泥。
（4）外加劑。在泵送混凝土中添加外加劑（如減水劑）或摻入適量粉煤灰不僅對降低大體積混凝土的水化熱有利，還能改善混凝土的粘塑性和保水性，對泵送也是有利的。
3. 2 泵送混凝土的配合比
（1）坍落度的確定。要求混凝土有可泵性，即在泵壓作用下，混凝土能在輸送管道中連續穩定地通過而不產生離析的性能，它取決于拌合物本身的和易性。在實際應用中和易性往往根據坍落度來判斷，坍落度越小，和易性也越小，但坍落度太大又會影響混凝土的強度，因此，一般認為8cm～20cm較合適，對不同泵送距離，入泵時的塌落度應按表1選擇。
 （ 2 ）水泥用量。由于水泥砂漿起到潤滑管道和傳遞壓力的作用，水泥用量對可泵性非常重要。用量過少，混凝土和易性差，泵送阻力大，因此國外混凝土的最少用量一般為250 kg/m3 ～300kg/m3 ，但也不宜過多，否則不經濟。我國《鋼筋混凝土工程施工及驗收規范》（ GBJ204—83 ） 規定混凝土最少用量為300kg/m3。
（3）砂率。砂率表示混凝土中粗細骨料的關系。為保證可泵性，泵送混凝土的砂率一般要比非泵送混凝土高約2%～5% ，宜為38%～45%。
（4）水灰比。水灰比表示混凝土拌合物中水與水泥用量的比值。由于它的大小將影響混凝土坍落度的變化，故對混凝土的可泵性有較大的影響。一般泵送混凝土的水灰比宜為0. 4～0. 6。
3. 3 其它要求
強制式混凝土拌合機充分攪拌，并且在生產前和生產中經常檢查、調試計量部分和自動控制部分，保證設備正常使用和保證混凝土的生產質量符合設計要求。
4 泵送混凝土的布管
泵送混凝土的布管，一般根據工程施工場地特點，最大骨料粒徑、混凝土輸送泵的型號、輸送距離等進行選擇和配置。管道敷設時要求路線短、彎道少、接頭密、固定牢靠。
4. 1 不同布管的水平換算長度
通過不同布管的水平換算長度和混凝土輸送泵理論最大水平輸送距離相比較，可經濟合理地選擇混凝土輸送泵的型號。各種形式的輸送管水平換算長度的近似值見表2。
 計算公式：
L =Σli +ΣβV ·hi +βR /90°Σbi +βT ·t +βF ·f
式中： L 為水平換算長度， m； li 為各段水平管線、側斜向下管線和垂直向下管線的長度， m； hi 為各段垂直向上管線的長度， m； bi 為各段彎管的彎折角度， （ °） ； t為錐形管的件數； f為軟管長度， m；βV、βR、βT、βF 為換算長度系數，見表2。
其中，側斜向上管線的換算： 1）該段管線長度減去垂直向上的高度按li 處理； 2）垂直向上的高度按hi處理。
4. 2 垂直向上的布管要求
（1）垂直向上布管時，為減輕泵出口處反向壓力，嚴禁將垂直管道直接裝接在泵的輸出口上，應在垂直管架設的前端裝接長度不小于10m的水平管。如條件受限制時，可增加彎管或環形布管以滿足要求。
（ 2）當垂直向上輸送距離較大時，應在混凝土輸送泵Y字管出料口3m ～6m 處安裝逆止閥（亦稱插管） ，以防混凝土拌合物反流。
4. 3 側斜向下的布管要求
敷設側斜向下的管道時，當高差大于20m時，應在斜管下端安裝一段5倍高差長度的水平管，如條件受限制時，可增加彎管或環形布管以滿足要求。如斜管傾斜較大，必要時，應在斜管上端裝置排氣閥，以利排氣。
4. 4 防曬防寒要求
炎熱季節施工，宜用濕草袋等遮蓋混凝土輸送管，以避免陽光直射而造成管內混凝土坍落度損失；嚴寒冬季施工時，宜用保溫材料包裹混凝土輸送管，以防止管內混凝土受凍，并保證混凝土的入模溫度。
5 對操作的要求
5. 1 一般要求
（1）作業前認真檢查混凝土輸送泵各部件緊固、密封、潤滑、防護及電源、水源、液壓系統和安全裝置是否已按原廠說明書要求正確連接。
（2）泵送前應先用適量的與混凝土內成分相同的水泥漿或水泥砂漿潤滑輸送管內壁。
（3）作業時不準取下攪拌斗格網或亂動其他安全裝置。如發現不合格的骨料和雜物應挑出斗外。
（4）泵送混凝土應連續作業，必須暫停時，停機時間應控制在10min以內，最長不能超過30min。暫停時間內，應每隔2min反泵送一次。如時間再長時，應排空管道，以防混凝土固結。
（ 5）泵送時受料斗內應經常有足夠混凝土，防止吸入空氣形成阻塞。
（ 6）試驗人員應經常檢查原材料，看是否與試驗一致，并逐盤目測出料塌落度，并及時調整。
5. 2 管道清洗要求
（ 1）作業后，必須將料斗內和管道內的混凝土全部輸出，然后對泵機、料斗、管道進行沖洗，輸出的殘余混凝土可用于隧道鋪底、邊墻等混凝土施工。經濟的管道清洗方法是用水清洗（污水無法處理時用壓縮空氣清洗，本文不再介紹） ，每次可清洗260m以上管道。
（2）用水清洗的注意事項：
① 所用水泵的性能參數：壓力不低于4. 3MPa，流量不低于180L /min。
② 連接管采用變徑管，填塞物（橡膠活塞、海棉球、水泥袋卷等）一定要緊緊地放進比輸送管大一級的變徑管內。
③ 填塞物采用海棉球或水泥袋卷時，海棉球或水泥袋卷一定要浸透水泥漿。
④ 清洗輸送管距離較長時，清洗前要先壓入適量水泥砂漿。
⑤ 清洗時，人員應遠離管口，并設防護裝置以免沖出物傷人。
5. 3 管道堵塞的防止和處理
（1）管道堵塞的防止：嚴格按本文3節～5節的要求去做，一般能有效地防止管道堵塞。現場長距離泵送混凝土時最頭疼的問題是輸送管堵塞，而堵塞的原因往往又都有違本文所提及的要求。
（ 2）管道堵塞的處理：如出現輸送管堵塞應及時處理。必要時應拆管排除堵塞。
6 結束語
實踐證明，混凝土長距離泵送技術應用于500m以下的短隧道混凝土襯砌施工是可行的。但在實際使用中要注意：
① 在攪拌站與輸送泵之間必須設置中轉倉；
② 大于200m的長距離輸送要特別注重混凝土的配比和材料的選用，要有效地防止堵管；
③ 必須制定長距離輸送安全操作規程。 |
| 原作者： 楊友生 |
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