淺談橋梁泵送混凝土的配合比設計與施工技巧
摘要：本文根據作者在工程實踐中的經驗數據以及部分文獻，初步闡述了橋梁泵送混凝土的配合比設計及施工方法。
關鍵詞：泵送,混凝土,配合比設計,施工技巧
1 前言
泵送混凝土是指用混凝土輸送泵沿管道輸送和澆筑的混凝土拌合物。
泵送混凝土施工具有其連續(xù)性和高效性的特點，尤其適用于橋梁等線狀大體積結構物和現場有障礙物的施工環(huán)境，在橋梁的樁基施工過程中采用泵送砼更有利于保障樁基的施工質量，因此在近年來的橋梁施工中已被普遍采用。
2 問題的提出
泵送混凝土具有以下特點：
(1)泵送混凝土對原材料和配合比的要求較高。
(2)泵送混凝土一般不宜采用快凝水泥，在澆筑有早強要求的構件時受到限制。
(3)泵送混凝土對連續(xù)性泵送的要求較高，在泵送過程中受因故停機造成的影響較大。
(4)在泵送混凝土的施工過程中容易因混凝土的堆積產生瞬間偶然集中荷載，對支架的要求比較高。
如何在配合比設計以及施工過程中解決上述四點問題成了橋梁施工技術人員使用泵送混凝土面對的首要問題。
3 泵送混凝土的配合比設計
泵送混凝土的配合比設計步驟如下：
(1)確定坍落度
我國規(guī)定泵送混凝土的坍落度宜為8～18cm。但根據以往施工的經驗，坍落度不宜低于14cm，坍落度可以根據現場施工條件按下表進行調整。
(2)確定粗集料粒徑
根據有關文獻的研究結果，認為三個石子在同一斷面處相遇最容易引起管道阻塞，粗集料應按下列公式計算
Dmax = Φ/n
(式中：Dmax ---- 粗集料最大粒徑;Φ ---- 混凝土泵輸送管內徑;n ----Φ與Dmax的對比值，碎石取n≤3，卵石取n≤2.5。)
另外，粗集料的外形也會影響可泵性，一般選擇一些表面比較光滑的圓形或近似圓形的粗骨料，以降低塞管的機會。
(3)確定水灰比
水灰比按下列公式計算
(式中：W/C ---- 水灰比;fch ----- 試配強度;k1 ---- 系數，碎石為0.46，卵石為0.48;k2 ---- 系數，碎石為0.52，卵石為0.61;f ---- 水泥實際強度，單位MPa，如無法取得實際強度時，f=kc.fk，其中fk為水泥標號，單位MPa，kc為水泥的標號富余系數，如富余系數無統(tǒng)計資料時可取kc=1.13)
泵送混凝土最大水灰比應根據施工環(huán)境條件和混凝土種類確定，一般在0.55～0.70之間。
(4)確定水泥用量
水泥砂漿在泵送混凝土中起的是潤滑輸送管道和傳遞壓力的作用，使混凝土處于可泵狀態(tài)。因此，泵送混凝土的水泥用量非常重要：水泥用量過少，混凝土的和易性差，泵送阻力大;水泥用量過多，混凝土的粘性增大，也會增大泵送阻力。因此應該在保證混凝土的強度和可泵性的前提下，盡量減少水泥用量。
根據以往在工程中的實踐經驗，下列數據用于工程實踐中比較合理。
在混凝土試配及施工中，可根據上表中的管徑和水平管換算長度中選取其中較大的數值作為水泥用量，一般情況下均可滿足和易性、可泵性的要求。
在計算水平管換算長度時，可根據下表進行換算
(5)確定用水量
用水量可根據已確定的水泥用量和水灰比按以下公式計算。
(式中：W0 ---- 用水量;C0 ---- 水泥用量; ---- 水灰比)
(6)確定砂率
泵送混凝土與普通混凝土相比，為確保其可泵性，宜適當提高砂率，我國規(guī)定砂率宜控制在40%～50%之間，且砂的0.315mm的篩余率不應大于85%，但砂率過高時，會影響混凝土的和易性和強度，因此應在保證可泵性的前提下盡量降低砂率。
(7)確定泵送劑
使用泵送劑可以在不大幅度地修正混凝土配合比和增加泵壓的情況下使混凝土拌合物獲得良好的可泵性，泵送劑通常以聚氧化乙烯、纖維素衍生物和藻酸鹽為原料，在工程中最常用的泵送劑為木質磺酸鈣減水劑。
但使用泵送劑亦有其弊端：早期強度不足。因此在澆筑有早強要求的橋梁構件時，應盡量避免使用，改為提高水泥用量和砂率，以改善混凝土的可泵性。
泵送劑按以下公式計算。
M0=C0 K0
(式中：M0 ---- 泵送劑用量;C0 ---- 水泥用量;K0 ---- 泵送劑占水泥重的百分數)
(8)計算砂石用量
砂石用量采用體積法計算，公式如下
(10)試配和調整
由于橋梁使用的混凝土一般標號比較高，因此在第一次試配制作試件的試壓報告出來以后如果結果不如理想，就必須重復試配，直至符合要求為止。
4、橋梁泵送混凝土的施工技巧
4.1水上泵送混凝土施工
水上泵送混凝土施工時，為避免澆筑間隔時間較長，造成施工軟弱層，尤其在水上樁基施工時，為了避免造成斷樁、瓶頸等施工質量事故，除了嚴格控制提管速度以外，還必須進行連續(xù)施工，因而工作強度高，混凝土泵的高效率正好符合這種要求。
當樁基或橋臺位于岸上或離岸較近時，可以直接布管或搭設臨時支架進行泵送混凝土的澆筑。
當樁基或墩臺離岸較遠時，就必須使用攪拌船，但由于水位的變化關系，特別是潮汐地區(qū)的潮差關系(一般為2～4m)，如果采用固定布管，必然會造成管道折斷，常規(guī)的解決方法是用一軟管連接混凝土泵或固定管道，讓其隨水位(或潮汐)的升降補償其高差，但此時必須對軟管進行水平管的換算，以調整混凝土的配合比，換算公式如下：
L=6×L1+L2+8×h
(式中：L ---- 換算水平管長度;L1 ---- 軟管長度;L2 ---- 軟管兩端之間的水平距離;h ---- 軟管兩端之間的垂直高差)
4.2橋梁上部結構泵送混凝土的施工
橋梁上部結構泵送混凝土的施工最主要的是解決支架與輸送管布管的問題。
4.2.1支架的施工
上部結構支架的施工應主要考慮以下四種荷載的作用影響：
(1)常規(guī)施工荷載
(2)混凝土澆筑后的均布荷載
(3)混凝土泵送到澆筑地點未攤鋪時單位集中荷載。
(4)泵送過程中輸送管對支架的沖擊荷載。
根據以往的施工經驗，我們把(1)、(2)兩種荷載作為支架計算的基本數據，而把(3)、(4)兩種荷載作為擬定支架保險系數的根據。
目前，在施工的過程中采用的常規(guī)支架有三種，第一種是滿堂式支架，第二種是用工字鋼、槽鋼以及木框等組成的鋼木支架，第三種是用貝雷架、軍用梁和鋼管樁搭設的裝配式鋼橋桁節(jié)拼裝支架。
使用滿堂式支架時，撓度對支架的影響不大，反而是泵送混凝土在瞬間堆積造成的支架下沉的影響較為明顯，因此在泵送混凝土施工前應先對支架進行預壓并調整直至符合要求。
使用鋼木支架可以加大支架跨徑，其跨徑最大可達10米，基本能滿足跨線施工時的通行要求。但由于鋼木支架使用的工字鋼和槽鋼的單根剛度和慣性矩較小，在施工的過程中會造成撓度，甚至有殘余變形，因此，施工前要先預壓，并調整支架、模板的木鍥，直至符合施工要求為止。
使用裝配式鋼橋桁節(jié)拼裝支架時，基本可以忽略殘余變形的作用，但必須對枋木、模板進行預壓，并調整支架、模板的木鍥，并適當預留預拱度，直至符合施工要求為止。
4.2.2泵送混凝土輸送管的布置
由于混凝土在泵送的過程中的壓力峰值會造成震動，會對橋梁現澆支架和構造鋼筋造成破壞，為了減少這種震動，在布管時首先考慮在輸送泵出口布置一段不小于10米(最好占總長的15%以上)的起步水平管，以減輕這種震動。
混凝土泵輸出口一般都有兩種接口(俗稱“喇叭頭”)，一種是直頭，一種是90°的彎頭。一般如果不是施工現場地形條件限制太大，不要使用90°的接口，避免在輸出口位置出現水頭損失和紊流而造成輸出口附近阻塞管道，甚至在混凝土泵的磨耗板(閘板)附近阻塞管道。
混凝土泵輸送管道在布管時不能直接布在鋼筋上，以免造成鋼筋的變形和幫扎的松脫，管道應布置在管道承托支架上，并且支架與模板的接觸面應盡量擴大。
4.2.3混凝土的澆筑
由于泵送混凝土的輸送速度較快，因此必須及時攤鋪和移管，避免因為混凝土在瞬間大量堆積而造成支架下沉。
在施工過程中應使用水準儀連續(xù)觀察支架的壓縮沉降變化情況，發(fā)現沉降不符合支架設計的情況，應立即停機，迅速攤鋪混凝土，檢查支架，并作出相應處理，確保一切符合要求后方可繼續(xù)進行施工。
5、小結
泵送混凝土在橋梁工程施工中的使用越來越廣泛，但泵送混凝土還存在一些問題，例如：由于管長、集料的差異，為保證施工質量，配合比設計一般偏向安全，無法準確控制標號，造成材料的浪費;泵送時受外因影響較大，無法杜絕塞管現象。但是，隨著機械、建筑材料等學科的發(fā)展及施工經驗數據的積累，可以預見，泵送混凝土在工程中的應用技術將日趨成熟。
