浅谈桥梁泵送混凝土的配合比设计与施工技巧

胡小敏

摘 要：本文根据作者在工程实践中的经验数据以及部分文献，初步阐述了桥梁泵送混凝土的配合比设计及施工方法。

关键词：泵送；混凝土；配合比设计；施工技巧

1 前言

泵送混凝土是指用混凝土输送泵沿管道输送和浇筑的混凝土拌合物。

泵送混凝土施工具有其连续性和高效性的特点，尤其适用于桥梁等线状大体积结构物和现场有障碍物的施工环境，在桥梁的桩基施工过程中采用泵送砼更有利于保障桩基的施工质量，因此在近年来的桥梁施工中已被普遍采用。

2 问题的提出

泵送混凝土具有以下特点：

（1）泵送混凝土对原材料和配合比的要求较高。

（2）泵送混凝土一般不宜采用快凝水泥，在浇筑有早强要求的构件时受到限制。

（3）泵送混凝土对连续性泵送的要求较高，在泵送过程中受因故停机造成的影响较大。

（4）在泵送混凝土的施工过程中容易因混凝土的堆积产生瞬间偶然集中荷载，对支架的要求比较高。

如何在配合比设计以及施工过程中解决上述四点问题成了桥梁施工技术人员使用泵送混凝土面对的首要问题。

3 泵送混凝土的配合比设计

泵送混凝土的配合比设计步骤如下：

（1）确定坍落度

我国规定泵送混凝土的坍落度宜为8～18cm。但根据以往施工的经验，坍落度不宜低于14cm，坍落度可以根据现场施工条件按下表进行调整。

（2）确定粗集料粒径

根据有关文献的研究结果，认为三个石子在同一断面处相遇最容易引起管道阻塞，粗集料应按下列公式计算

Dmax = Φ/n

（式中：Dmax ---- 粗集料最大粒径；Φ ---- 混凝土泵输送管内径；n ----Φ与Dmax的对比值，碎石取n≤3，卵石取n≤2.5。）

另外，粗集料的外形也会影响可泵性，一般选择一些表面比较光滑的圆形或近似圆形的粗骨料，以降低塞管的机会。

（3）确定水灰比

水灰比按下列公式计算

（式中：W/C ---- 水灰比；fch ----- 试配强度；k1 ---- 系数，碎石为0.46，卵石为0.48；k2 ---- 系数，碎石为0.52，卵石为0.61；f ---- 水泥实际强度，单位MPa，如无法取得实际强度时，f=kc.fk，其中fk为水泥标号，单位MPa，kc为水泥的标号富余系数，如富余系数无统计资料时可取kc=1.13）

泵送混凝土最大水灰比应根据施工环境条件和混凝土种类确定，一般在0.55～0.70之间。

（4）确定水泥用量

水泥砂浆在泵送混凝土中起的是润滑输送管道和传递压力的作用，使混凝土处于可泵状态。因此，泵送混凝土的水泥用量非常重要：水泥用量过少，混凝土的和易性差，泵送阻力大；水泥用量过多，混凝土的粘性增大，也会增大泵送阻力。因此应该在保证混凝土的强度和可泵性的前提下，尽量减少水泥用量。

根据以往在工程中的实践经验，下列数据用于工程实践中比较合理。

在混凝土试配及施工中，可根据上表中的管径和水平管换算长度中选取其中较大的数值作为水泥用量，一般情况下均可满足和易性、可泵性的要求。

在计算水平管换算长度时，可根据下表进行换算

（5）确定用水量

用水量可根据已确定的水泥用量和水灰比按以下公式计算。

(式中：W0 ---- 用水量；C0 ---- 水泥用量； ---- 水灰比)

（6）确定砂率

泵送混凝土与普通混凝土相比，为确保其可泵性，宜适当提高砂率，我国规定砂率宜控制在40%～50%之间，且砂的0.315mm的筛余率不应大于85%，但砂率过高时，会影响混凝土的和易性和强度，因此应在保证可泵性的前提下尽量降低砂率。

（7）确定泵送剂

使用泵送剂可以在不大幅度地修正混凝土配合比和增加泵压的情况下使混凝土拌合物获得良好的可泵性，泵送剂通常以聚氧化乙烯、纤维素衍生物和藻酸盐为原料，在工程中最常用的泵送剂为木质磺酸钙减水剂。

但使用泵送剂亦有其弊端：早期强度不足。因此在浇筑有早强要求的桥梁构件时，应尽量避免使用，改为提高水泥用量和砂率，以改善混凝土的可泵性。

泵送剂按以下公式计算。

M0=C0 K0

(式中：M0 ---- 泵送剂用量；C0 ---- 水泥用量；K0 ---- 泵送剂占水泥重的百分数)

（8）计算砂石用量

砂石用量采用体积法计算，公式如下

VS+G=1000L-( )

S0=VS+G.SP.ρs

G0=VS+G.(1-SO). ρg

（9）初步配合比

C0：S0：G0：M0：W0 = 1：

（10）试配和调整

由于桥梁使用的混凝土一般标号比较高，因此在第一次试配制作试件的试压报告出来以后如果结果不如理想，就必须重复试配，直至符合要求为止。

4、桥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时，为避免浇筑间隔时间较长，造成施工软弱层，尤其在水上桩基施工时，为了避免造成断桩、瓶颈等施工质量事故，除了严格控制提管速度以外，还必须进行连续施工，因而工作强度高，混凝土泵的高效率正好符合这种要求。

当桩基或桥台位于岸上或离岸较近时，可以直接布管或搭设临时支架进行泵送混凝土的浇筑。

当桩基或墩台离岸较远时，就必须使用搅拌船，但由于水位的变化关系，特别是潮汐地区的潮差关系（一般为2～4m），如果采用固定布管，必然会造成管道折断，常规的解决方法是用一软管连接混凝土泵或固定管道，让其随水位（或潮汐）的升降补偿其高差，但此时必须对软管进行水平管的换算，以调整混凝土的配合比，换算公式如下：

L=6×L1+L2+8×h

（式中：L ---- 换算水平管长度；L1 ---- 软管长度；L2 ---- 软管两端之间的水平距离；h ---- 软管两端之间的垂直高差）

4.2桥梁上部结构泵送混凝土的施工

桥梁上部结构泵送混凝土的施工最主要的是解决支架与输送管布管的问题。

4.2.1支架的施工

上部结构支架的施工应主要考虑以下四种荷载的作用影响：

（1）常规施工荷载

（2）混凝土浇筑后的均布荷载

（3）混凝土泵送到浇筑地点未摊铺时单位集中荷载。

（4）泵送过程中输送管对支架的冲击荷载。

根据以往的施工经验，我们把（1）、（2）两种荷载作为支架计算的基本数据，而把（3）、（4）两种荷载作为拟定支架保险系数的根据。

目前，在施工的过程中采用的常规支架有三种，第一种是满堂式支架，第二种是用工字钢、槽钢以及木框等组成的钢木支架，第三种是用贝雷架、军用梁和钢管桩搭设的装配式钢桥桁节拼装支架。

使用满堂式支架时，挠度对支架的影响不大，反而是泵送混凝土在瞬间堆积造成的支架下沉的影响较为明显，因此在泵送混凝土施工前应先对支架进行预压并调整直至符合要求。

使用钢木支架可以加大支架跨径，其跨径最大可达10米，基本能满足跨线施工时的通行要求。但由于钢木支架使用的工字钢和槽钢的单根刚度和惯性矩较小，在施工的过程中会造成挠度，甚至有残余变形，因此，施工前要先预压，并调整支架、模板的木锲，直至符合施工要求为止。

使用装配式钢桥桁节拼装支架时，基本可以忽略残余变形的作用，但必须对枋木、模板进行预压，并调整支架、模板的木锲，并适当预留预拱度，直至符合施工要求为止。

4.2.2泵送混凝土输送管的布置

由于混凝土在泵送的过程中的压力峰值会造成震动，会对桥梁现浇支架和构造钢筋造成破坏，为了减少这种震动，在布管时首先考虑在输送泵出口布置一段不小于10米（最好占总长的15%以上）的起步水平管，以减轻这种震动。

混凝土泵输出口一般都有两种接口（俗称“喇叭头”），一种是直头，一种是90°的弯头。一般如果不是施工现场地形条件限制太大，不要使用90°的接口，避免在输出口位置出现水头损失和紊流而造成输出口附近阻塞管道，甚至在混凝土泵的磨耗板（闸板）附近阻塞管道。

混凝土泵输送管道在布管时不能直接布在钢筋上，以免造成钢筋的变形和帮扎的松脱，管道应布置在管道承托支架上，并且支架与模板的接触面应尽量扩大。

4.2.3混凝土的浇筑

由于泵送混凝土的输送速度较快，因此必须及时摊铺和移管，避免因为混凝土在瞬间大量堆积而造成支架下沉。

在施工过程中应使用水准仪连续观察支架的压缩沉降变化情况，发现沉降不符合支架设计的情况，应立即停机，迅速摊铺混凝土，检查支架，并作出相应处理，确保一切符合要求后方可继续进行施工。

5、小结

泵送混凝土在桥梁工程施工中的使用越来越广泛，但泵送混凝土还存在一些问题，例如：由于管长、集料的差异，为保证施工质量，配合比设计一般偏向安全，无法准确控制标号，造成材料的浪费；泵送时受外因影响较大，无法杜绝塞管现象。但是，随着机械、建筑材料等学科的发展及施工经验数据的积累，可以预见，泵送混凝土在工程中的应用技术将日趋成熟。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。