钢管拱泵送顶升法工艺

泵送顶升法工艺（一）、泵送顶升法基本原理钢管混凝土拱桥钢管内的混凝土应优先采用泵送顶升浇灌法，早期和跨径很小的钢管混凝土拱桥也有采用浇捣法施工的。泵送顶升法是在钢管拱脚部接近地面适当位置处开压注孔并焊上设有闸阀的钢管进料口与泵管相连，沿拱轴在钢管顶部设若干个排气孔，混凝土在泵压力作用下，由下而上顶升，靠自重挤压密实充填管腔，与钢管共同工作。泵送顶升高度较高时，可以采用分级泵送，但分级泵送时应注意在构造上和施工中保证分仓处顶部的混凝土密实。混凝土从进料支管出来后，在重力作用下填充支管口与隔板之间直至淹没进料支管口，此时粗骨料最先下降，所以泵送前要先泵送泵浆，以免粗骨料反弹以及接头处混凝土质量差。之后混凝土在泵送压力作用下向上流动，在流动过程中粗骨料逐渐向管壁运动，多余的浆液渗至管中间，形成“栓流”混凝土的运动规律，相似泥沙的运动规律。但混凝土由于存在粘性，粗骨料分层没泥沙明显，即“栓流”中也存在粗骨料，粗骨料的分布随着半径的增大粗骨料逐渐增多。混凝土在流动过程中主要是“栓流”在泵送压力作用下向前宏观上整体移动，当然在向上运动过程中，栓流与周围部分有各成分的相互交换（包括浆液、水分、空隙、骨料、水泥微团、水泥石等），但周围部分由于粘性和与钢管壁的表面张力作用，且周围部分受扰动小，凝结时间比“栓流”要早，基本不向前运动。但“栓流”从混凝土面流出后由于重力作用和压力损失又落向周围部分。通过从大直径钢管中混凝土流速分布示意图7-7可以看出，“栓流”存在，周围部分速度很小可以认为不流动，“栓流”的直径与混凝土的坍落度、与混凝土输送泵管及进料支管直径、钢管倾角、混凝土的凝结时间、粗骨料粒径有关，见图7-8[14]。图7-7大直径钢管砼流速分布示意图图7-7大直径钢管砼流速分布示意图d—栓流直径图7-8栓流图7-8栓流”微柱受力示意图G—“栓流”微柱主要承受自重力；P泵—泵送压力；P0—混凝土顶面气压；T—摩擦阻力；P径—周围混凝土给予的径向压力只有当微柱满足下式时才向前移动。P泵≥γhcosα+P0+2T（7－2）T=μAdu/dz（7－3）式中:γ—“栓流”混凝土的容重；μ—栓流混凝土的浆液的粘度系数；α—钢管拱肋在该截面的倾角；A—核心混凝土与周围部分的接触面积；du/dz—速度梯度。从式（7-2）中可以看出，随着混凝土面的不断上升，泵送压力需要不断加大，一方面是γh和T增大，另一方面到最后时P0已不是大气压强了，而是因为排气跟不上，P0>Pu（大气压强）所以也就是当排浆口有浆液流出时需要泵一下，停一下，并人工配合排浆、排气的原因。当混凝土灌注满时“栓流”已不存在，泵送压强骤然增大，浆液充分渗到周围部分，而周围部分的骨料也要进入核心部分，但相对来说钢管拱混凝土粗骨料随着半径增大逐渐增多，形成了一层层套箍，所以认为钢管内混凝土受钢管的套箍作用，而外层混凝土对内层混凝土也存在套箍作用，所以钢管混凝土的承压能力能够显著地提高。（二）泵送准备工作钢管混凝土泵送施工前应对结构应力、稳定、变形，特别是节点局部变形进行验算，进行专门的施工组织设计，严格按照设计程序进行施工，并确保施工有条不紊进行。混凝土配合比与添加剂的选择应事先经过试验确定。管内泵送混凝土应基本上达到免振捣的要求。要掌握桥址处水文、气温资料，选择气温相对稳定的时段浇注混凝土，灌注时环境气温应大于＋5℃，若环境气温高于40℃，钢管表面温度高于60℃时，应采取一定的措施降低钢管的表面温度。应对安装完成且拱脚已经固结的钢管拱肋进行焊接质量、几何尺寸检查、高程、轴线测量；对拱肋在混凝土浇注过程中的应力变形进行计算，从而确定钢管混凝土浇注的顺序，以及是否需要调载和相应的调载方案；对进场的设备、材料进行检查，保证质量和足够的数量，操作人员必须进行工作前的演练，同拌和设备和输送泵进行联动试车，施工用电应双回路供电或有备用发电机组。（三）输送泵选型泵送混凝土前，要进行混凝土输送泵的选型。应根据泵送高度、距离、输送速度计算最大泵送压力及泵送功率，确定选用输送泵的型号规格，及与之相匹配的混凝土拌和设备；混凝土输送泵应当性能可靠，保证能连续灌注，一般应有备用泵（及搅拌机）；输送泵的额定扬程应大于1.5倍灌注顶面高度；输送泵的出口泵压不宜超过规范要求，以免钢管被压裂；此外，输送泵的额定速度应满足式（7-4）的要求：v≥1.2Q/t（7-4）式中：v――输送泵的额定速度（m3/h）t――混凝土终凝时间（h）Q――要求灌注的混凝土量（m3）（四）泵送工艺影响管内混凝土灌注质量的因素主要是泵送混凝土的配合比设计以及泵送工艺的设计。合理的泵送工艺设计是管内混凝土浇注质量的重要保证之一。一般来说，泵送工艺的主要流程为：清洗管内油污→湿润内壁→安设压注头和闸阀→泵送高标号砂浆→泵送压注管内混凝土→拱顶排浆孔振捣混凝土→关闭压注口处闸阀→拆除闸阀完成泵送[6]。其工艺流程框图见图7-9。图7-9泵送工艺流程图图7-9泵送工艺流程图表7-14为我国几座钢管混凝土拱桥在进行混凝土灌注时的工艺参数。表7-14混凝土灌注工艺参数桥名跨径（m）弦管管径（m）泵送高度（m）泵送长度（m）泵送管与拱轴夹角（°）压注高差（m）泵送速度（m3/h）泵送压力（MPa）浙江乍嘉苏高速速公路桥61.88高1.2宽0.88（端圆形）4510~15广州丫髻沙大桥桥3600.758530439.8兰州雁盐黄河大大桥1271.2408030309.0徐州京杭运河大大桥2350.856218030≤230锡宜高速公路大大桥901.04025～30≤120～25深圳芙蓉大桥800.9548≤235武汉汉江五桥2401.0259.0三峡莲沱特大桥桥1141.24018025三峡九畹溪大桥桥1601.02520309.0上海苏州河桥64高1.2宽0.77（端圆形）187045≤16.9福州解放大桥800.816150≤5从钢管混凝土拱桥灌注混凝土的工艺流程可以看出，要保证管内混凝土的浇注质量，应注意以下几个施工环节的设计与操作[6][15]：为润滑管壁，减少泵送过程混凝土和管壁之间的摩擦力，应在泵送混凝土之前，先用压力水冲洗钢管内壁，必要时泵入适量水泥浆后再开始压注混凝土，直至拱顶钢管排浆管排出合格混凝土时停止，然后关下压注口的倒流截止阀，待混凝土终凝后即可拆除倒流截止阀，管内混凝土泵送施工过程应保持输送泵储料斗内混凝土量不少于料斗容量的一半，以减少泵送时吸入的空气数量，并保证施工连续进行，不得中断。输送管管径选择及布置。泵送压注口一般对称设置于拱脚附近，焊接泵送连接管，安装倒流截止阀。输送管的管径大小取决于粗骨料粒径的大小，泵送混凝土钢管的直径宜大于2倍的泵径，应在钢管隔板处增加传力钢筋和采取保护混凝土浇注密实的措施。根据对目前我国几座钢管混凝土拱桥施工情况的调查，灌注混凝土时采用的输送管管径大部分都采用125mm。输送管与拱肋的交角越小，则泵送的阻力越小，对钢管的冲击力越小。振捣系统布置。振捣可采用在开口处插入棒式振捣器和在钢管拱肋上每隔若干米设置一个附着式振捣器相结合的方法，边灌注混凝土边进行振捣，这将有助于排出管内空气，加强密实度。人工浇灌时，混凝土从浇筑段的上端灌入，但混凝土落差不宜太大以免混凝土离析。在钢管上开浇灌孔，孔径一般为200mm，通过漏斗下料，振捣可用插入式振捣棒振捣。为此，应在钢管上开设振捣孔，一般振捣孔和浇灌孔相隔设置，振捣孔直径视振捣棒大小而定，一般为150mm，浇灌孔的开孔距离不应大于振捣器的有效工作范围和2-3m的水平距离。排气措施布置。向管内泵送混凝土，排气问题是至关重要的。由于混凝土在高速泵送过程中，管道出口呈射流状态，混凝土内带有大量气体，振捣后部分气泡随浮浆上浮集于拱顶的钢管上部，这种与水液体性质截然不同的液体在管内流动时波峰漫过排气管口时极可能导致排气管堵塞。当排气管堵塞后，若再向肋腔内泵入混凝土，将引起管内空腔混凝土压缩，当管内焊缝达到极限强度时，拱肋钢管就会发生爆裂，引起重大事故。由此可见，在灌注混凝土过程中，合理排气系统的设置以及泵送操作将是管内混凝土质量的重要保证。一般随着混凝土在管内上升，管内的空气密度将不断增大，为减少空气压力，在钢管上每隔一段应开有排气孔；在拱顶隔仓板两侧上缘各设置一个直径10～20cm排浆管，排浆管高度1.5m左右或按设计要求。表7-15为我国几座钢管混凝土拱桥排气系统及泵送操作的情况。表7-15几座钢管混凝土拱桥排气系统及泵送操作序号桥名跨径（m）排气（浆）孔设设置泵送操作1浙江乍嘉苏高速速公路桥61.88拱顶设置一根ФФ150mmm高2m的排浆浆孔当混凝土压注到到离拱顶22m附近时,由两端输输送泵同时时压注改为为两泵交替替压注,间歇时间间为5minn,经过两个个回合的操操作,直至混凝凝土从排气气管口排出出时停止。2兰州雁盐黄河大大桥127排气孔每5m设设一个,孔径20mmm,露出拱管管200mmm,方向铅垂垂于管轴线线,在拱顶隔隔仓板两侧侧200mmm处对称称安设Ф125mmm高10000m的排气气孔3徐州京杭运河大大桥235在拱顶隔仓板两两侧对称设设置Φ200mmm高1.5mm的排浆孔孔当排浆孔有浆排排出时,放慢泵送送速度,每泵一下下需停一下下。停留时时人工配合合用竹竿等等在排浆口口抽插,使多余的的气体和浮浮浆排出,直至干净净混凝土溢溢出为止。然然后稳压,关闭进料料支管上防防回流阀门门,防止混凝凝土回流。临临时停泵期期间,应间隔10miin～15miin作正反泵泵数次,以防管道道内混凝土土离析。4锡宜高速公路大大桥90在拱肋顶隔仓板板的两侧550cm处处设Φ200mmm高2m的排浆浆孔当压注增压管排排出混凝土土后临时停停顿5～10miin,再向拱助助内补压少少量混凝土土后封堵压压注管,拆除、清清洗管道或或压注另一一根拱肋混混凝土。5深圳芙蓉大桥80拱顶设置一根ФФ150mmm高1m的排浆浆孔6三峡九畹溪大桥桥160在拱顶隔仓板两两侧对称设设置Φ80mmm高≥0.5mm的排浆孔孔泵送连续进行,,若供料不不及时反泵泵,然后再泵,以防混凝凝土在泵管管中停留时时间过长,造成堵管管。当排浆浆孔有浆排排出时,放慢泵送送速度,每泵一下下需停一下下,并人工配配合用竹杆杆等在排浆浆口抽插,使多余气气体和浆液液排出,直至泵不不动且无浆浆液排出为为止。然后后稳压,在进料支支管插166mm钢筋筋防止混凝凝土回流。7上海苏州河桥64拱顶设置一根ФФ200mmm高1m的排浆浆孔当冒浆孔有浆液液排出时,应放慢泵泵送速度,人工配合合用竹竿或或插入式振振捣插入排排气孔抽插插或振捣混混凝土,使浮浆和和气体排出出,直至无浮浮浆冒出,然后稳定2minn,停止泵送送。8福州解放大桥80在拱肋上每隔22m开一个个直径200mm的排排气口，拱拱顶设置一一根Ф150mmm高1m的排浆浆孔从拱肋两端同时时泵送顶升升混凝土至至拱顶，直直至浆管排排出气体和和混凝土，并并持压10～20miin。9三峡莲沱大桥114间隙停顿泵送，随随时清通排排气口，最最后低速低低压泵送，每每次泵1～2下，振捣1min，反复多多次，直至至气、水、稀稀浆排完。（五）质量保证措施为保证混凝土泵送施工顺利进行，应按实际泵送距离和高度进行设备运行及混凝土压注模拟试验。拱肋混凝土的施工顺序应根据设计要求进行。一根管内的混凝土要求由拱脚至拱顶对称均衡地在混凝土初凝时间内一次压注完成。混凝土从拱脚分管对称灌注，可利用隔仓分段灌注，以控制拱肋的应力和变形。管内混凝土泵送若有分段加载时，则每段从低处往高处泵送顶升。泵送混凝土可在钢管上每隔一段设置一个外部振捣器，有时也可不设。泵送混凝土时两边泵送速度应加强协调，尽量对称顶升，特别是接近拱顶时，要注意避免一边上升过快越过拱顶，引起钢管骨架的纵向振动。对于分管分次浇筑（单根钢管必须连续一次浇注完成），浇注一条钢管混凝土后，要待其强度达到设计强度要求后，方可进行下一条管内混凝土的浇注；若设计无明确规定，则管内混凝土强