钢管混凝土泵送顶升混凝土施工工艺

一、工程概况

钢管内灌注C45微膨胀混凝土，混凝土要求具有良好的泵送性能和微膨胀性，能够抵消混凝土收缩。

主跨φ426×20㎜钢管共439.892m ，φ426×12㎜钢管共1245.464m ，共压注混凝土210m3；φ203×10㎜钢管共813.844m ，水平布置的φ203钢管共369.078m ，灌注微膨胀水泥浆共9.1m3，竖向布置的φ203钢管共444.766m 不压浆。水平φ203钢

管单根最长8.7m ，需压浆0.25m3，最短3m ，需压浆0.1m3。

二、工艺原理

钢管混凝土的灌注采用泵送顶升压注法，利用混凝土输送泵的压力，在拱脚开压注口，在拱顶开出浆孔，将混凝土沿钢

管从下往上一次压注完成，保证混凝土的连续和均匀。

充分利用各种外加剂的特性来改善混凝土的性能，以提高混凝土强度、和易性和可泵性来补偿钢管混凝土干缩、温缩。

三、施工方法

1、配合比设计

由于钢管内有法兰致使钢管内径从402㎜突变为183㎜，混凝土泵送高度高达41m 、距离长达100m ，这些因素造成混凝土泵送阻力很大，因此钢管混凝土泵送施工难度大，对混凝土的技术性能提出了更高的要求。配合比设计应遵循以下指标：

(1)混凝土设计强度：C45；

(2)混凝土具有良好的可泵性，即坍落度大，和易性好、不泌水、不离析、自密性好；

(3)混凝土具有补偿收缩性，并满足下表要求：

(5)武汉三源EVA 膨胀剂（掺量10～14%）；

(6)山东淄博华伟NOF-AS 高效减水剂（掺量1.3～1.5%）。

2、补偿收缩混凝土限制膨胀率的计算及确定：

补偿收缩混凝土性能指标的确定，一是在不影响抗压强度的条件下膨胀率尽量增大，二是干缩落差要小。混凝土外加剂应用技术规范GB50119-2003中规定补偿收缩混凝土的膨胀性能，以限制条件下的膨胀率和干缩率表示。因为混凝土收缩受到

限制才会产生裂纹，而混凝土膨胀在限制条件下才能产生预压应力。

计算公式为：

ζc=μ×Es×ε2

注：a. （μ——配筋率，Es ——钢筋弹性模量，ε2——限制膨胀率）；

b. 膨胀试件尺寸为100mm×100mm×300mm ，中间预埋两端带钢板的Φ10mm钢筋，配筋率μ=0.007854，钢筋的弹性

模量取Es≈2×105Mpa；

c.ζc=0.007854×10-2×2×105×ε2=1.57ε21=1.57×103×ε2（Mpa ）根据GB50119-2003中规定掺膨胀剂的补偿收缩混凝

土水中养护14d 的限制膨胀率≥0.015%，相当于在结构中建立的预压应力大于0.2Mpa ；

d. 补偿收缩混凝土的限制膨胀率最好控制在0.02%～0.03%即预压应力为0.24～0.47Mpa 。

3、混凝土的运输方案及混凝土泵的选择

a. 混凝土的运输方案

方案1：桥台顶至拱座顶的落差为42m ，水平距离约为40m ，若在桥台附近布置一台混凝土泵向下泵送混凝土，在拱座顶再布置一台混凝土泵接力，则倾斜向下配管长度约为60m ，根据《混凝土泵送施工技术规程JGJ/T10-95》的要求，应在斜管下端设5倍高差长度的水平管，由于现场地形狭窄，即使设置弯管或环形管也很难实现，所以采用两台混凝土泵接力输送混凝

土的方案不现实，应予以否定。

方案2：根据拱座基础灌注经验，我们仍可采用串筒输送混凝土至拱座顶。由于自溜距离较长，混凝土到达拱座时部分离析，和易性差。因此我们可以在拱座顶放置一台混凝土泵，泵上方设置一个容量为2m3、带搅拌装置的贮料斗用于将溜槽溜

下的混凝土拌和均匀。然后将混凝土放入泵车内泵入钢管内。

备用管道、电焊机、气割设备的作用是当堵管发生或泵不上去的时候在混凝土到达位置开孔焊接带闸阀泵管，然后连接

备用管道继续压注直至管顶。备用管道用钢筋固定在拱肋上。

根据拱座施工经验，已有的搅拌站的生产能力每小时可以搅拌出15～18m3混凝土，能够满足钢管混凝土的连续压注。

b. 混凝土泵的选择

输送泵的额定泵送能力应不小于灌注速率或实际混凝土供应量的2倍；输送泵的额定压力须满足最大泵送压力，即静压力和泵送压力叠加之和。输送泵的额定扬程应大于1.5倍的灌注顶面高度，本桥要求输送泵的额定扬程大于80m 。

顶升压力计算：根据流体力学能量方程知ΔP＝γh＋∑p，∑p为各种压力损失总和。

γh＝2500×9.807×41≈1MPa。∑p很复杂，有待进一步计算。

综合以上因素暂时选择HBTS60－13－90拖式混凝土高压输送泵，分配阀为S 形摆管阀，最大理论输出量60m3，出口处最大压力为13MPa ，电机功率为90KW ，数量4台，两岸各一台备用（宜昌台侧采用两台内燃泵、万州台侧采用两台电力泵）。

4、模拟试验

为进一步掌握混凝土输送系统的匹配情况及混凝土自身性能，灌注前进行模拟试验：用φ426×12㎜钢管余料对接成41m 长的一段管路，内部设置四个法兰盘，法兰盘连接形式同钢拱肋节段连接方式。布设位置在万州侧边坡上放置。焊接成型的钢

管利用缆索吊运输安放。钢管利用钢管脚手架竖直支立固定，并设置三向缆风绳将钢管拉住。混凝土输送泵设置在拱座上，混

凝土利用溜槽输送到储料斗里，经储料斗拌和后泵入钢管。

试验要达到的目的：（1）验证混凝土的质量能否满足施工要求；（2）验证混凝土输送方案是否合理；（3）验证混凝土泵选择

是否恰当，选出混凝土泵；（4）验证压注后钢管混凝土的密实性；（4）检验施工组织的效率。

5、压注施工

（1）骨架φ426×12（20）㎜钢管内混凝土压注施工

A ．出浆孔、排气孔及压注头制作

骨架合拢后在拱顶处每根钢管的顶部开一个φ125㎜的孔，外焊φ168㎜钢管（长120㎝），用δ＝12㎜钢板作加劲板，

钢管竖直向上，作排气出浆孔。

为减小混凝土在钢管内流动时的空气阻力，同时在施工时观察管内混凝土的情况，沿钢管纵向每隔30m 设置一个排气孔，排气孔采用φ50㎜钢管，拱肋钢管上按φ50㎜钢管内径开孔，用δ＝12㎜钢板作加劲板。当排气孔冒混凝土时，应用螺杆

堵住排气孔，φ50㎜钢管上端预制内螺纹，并配制相应螺栓（或者用木塞塞紧）。

加劲板焊接骨架钢管采用周边焊，焊缝高12㎜。

下弦管压注头设在离拱脚约7.5m 处的钢管侧面，详见图3，与钢管轴线呈30°～50°夹角，上弦管压注头设在离拱脚约

2.5m 处的钢管顶部，与轴线的角度同下弦管，压注头安装M125截止阀，出渣孔设在拱座上钢管最低点，采用M70截止阀或

钢板螺栓连接封闭。

B ．截止阀制作

M125截止阀自加工成栅栏阀，将2m 的125㎜高压泵管一分为二，切口角度按照与主弦管相交的角度来切。然后在泵管上间隔开4个约18㎜的孔，孔开在安装后泵管的顶部。用12㎜的钢板焊接一个加固板，并焊接4个16的螺母，拧入4根16的螺栓，

螺栓头部磨尖利于插入混凝土中，尾部焊接螺母拧入用。

C ．加载设计及压注顺序

压注时采取多点对称压注的施工方法。先下后上，先压注φ426㎜钢管，再压注φ203㎜钢管。加载设计原则为：

设计要求：8根钢管分两次压注，第一次压注完成下弦4根钢管，第二次压注完成上弦4根钢管。而且，每次压注结束时4根钢管内的混凝土均不得初凝。根据实验室混凝土试件在标养室测定的初凝时间约为15小时，如果压注顺利的话完全能够

在初凝前压注4根。

根据对称受力原则，应同时压注两根钢管。若根据受力计算可知一根钢管内填充混凝土后对拱肋未产生塑性变形，则可以先压注一根钢管，然后再压注对称的另一根钢管，即实现单根压注循环。一根钢管应采用两台泵车同时对称泵送，混凝土宜

连续灌注，一气呵成。必须停歇时，最终灌注完成时间不得超过第一盘入管混凝土的初凝时间。

设计要求，第一次压注的两根钢管混凝土的强度均达到设计强度的90%以上才允许给拱肋加载，所以每次加载需要间隔一定时间后进行，间隔时间以同条件养护试件压后的强度来定。同条件养护试件制作方法：用试模制作试件后不拆除，先用黄油将接缝密封，再用钢板将顶面密封，放置在室外并禁止人员扰动也不浇水，尽量模拟实际情况。灌注φ203钢管微膨胀水泥浆

在主弦管压注后再进行。一次灌注多少根φ203钢管，由监控单位进行加载计算。

D ．压注施工

临时堵塞出渣孔，用混凝土泵从两侧向拱顶压注清水，水至拱顶由出浆孔冒出后，打开拱脚处的排渣闸阀，让管内水及

渣物流出，沉积在管底的渣物用勺子从出渣口伸进去一点一点掏出来，然后焊接封闭出渣孔。

人工从灌注孔灌注压注口以下的管内混凝土，用振捣棒从灌注孔插入振捣。混凝土灌至稍低于压注口位置时停止灌注。立即清理灌注孔并用钢板封闭灌注孔。灌注管的做法是：在灌注管顶部预先环焊δ＝16㎜钢板，并设置4个φ22㎜的螺栓孔，封闭钢板对应设置4个φ22㎜的螺栓孔，封闭时中间挤压橡胶皮垫密封。泵车的泵管预先与栅阀泵管拼接好。需要注意的是，

在开始压注前，将截止阀螺栓拧出，并在螺栓孔中塞满黄油，再将螺栓拧入后但不穿入泵管内，以便压注后螺栓能顺利插入混凝土中。待焊缝冷却后压注少量混凝土过压注口。两边从排气孔用漏斗注入约0.5m3水泥砂浆（即将混凝土配合比中石子扣除），然后继续压注混凝土直至拱顶。水泥砂浆的目的是减小混凝土与管壁之间的摩擦力，压注过程中根据排气孔观察到的情况随时补浆。压注过程中保持慢速、均匀、对称、抵压的压注状态，通过锤击的方法了解混凝土的高程，以调整混凝土的压注速度，使两端的混凝土面高差保持在1m 范围以内。混凝土接近拱顶面时，严格控制速度防止混凝土超过拱顶截面时振动而引起钢管骨架纵向失稳。混凝土到达拱顶，拱顶出浆孔有混凝土溢出且无气泡冒出时，停止泵送。关闭压注口阀门且不得漏浆，拆除输

送泵接头。

E ．施工要点

a 、当混凝土浇灌到钢管顶部时，可用振捣棒从出浆孔对混凝土稍作振捣。溢出的混凝土用木板制作的槽箱接住并及时清

理转移。

b 、泵送顶升用混凝土必须按设计要求，在混凝土坍落度测试符合要求后方可进行顶升施工。由于意外原因在现场停置时

间过长，坍落度损失严重的混凝土不得用于顶升施工。坍落度的测量分别在出搅拌机口和入泵前进行。

c 、本桥钢管混凝土压注过程中不需振捣，以防堵管。压注口以下部分钢管混凝土靠人工灌注，为保证此部分混凝土密实，

采用插入式振捣棒插入钢管振捣。

d 、顶升施工时用于润滑输送管的水泥砂浆不得替代混凝土留在钢管内，必须排出。

e 、为防止混凝土回流，在压注口设置截止阀，泵送顶升时开启，结束时关闭。泵管连接必须安全可靠。为保证施工安全，

磨损严重的泵管不得使用。

f 、钢管开孔时割下的圆形板编号保存，混凝土灌注完成后再将其焊上。

g 、泵送混凝土因故暂停时，须每隔2～3min 抽动一下泵的活塞，防止混凝土假凝引起阻塞。

h 、混凝土泵送过程中，随时检查控制拱轴线变化，尤其是混凝土分别到达拱跨的1/4及1/2处。

i 、根据《桥涵》规范要求，输送泵的泵压不宜超过4MPa ，以免钢管被压裂。本桥钢拱肋主弦管要比泵管承压能力大的

多，所以只需根据计算得出的泵压配好泵管即可。同时考虑输送泵的选择及备用几个压注口。

F ．出现非正常现象的应急处理措施

a 、混凝土离析、泌水：在混凝土拌制、水平运输、泵送和布料浇灌的全过程中由于操作不当，造成混凝土的匀质性被破坏则出现混凝土离析。离析的混凝土容易堵管，强度也会降低。处理措施为一是靠搅拌站的搅拌质量来保证；二是混凝土运输要用搅拌运输车；三是在泵车上设置带搅拌装置的料斗保证入泵混凝土拌和均匀，若混凝土骨料分离比较严重，料斗内灰浆明

显不足时，应将分离的骨料清除或另加砂浆或将此部分混凝土弃掉不用；四是泵送尽可能连续。

b 、泵管堵管处理：在出现堵管征兆时，应及时采取措施，可有效防止堵管。在正常情况下，泵送油压最高值不会达到设定压力。若泵送油压很快达到设定压力，正常泵送循环自动停止，主油路溢流阀发出溢流的响声，就表明发生了堵塞。此时可频繁地进行反泵操作，将管道混凝土吸回一部分到料斗里，通常可排除堵管。若不行，说明已堵牢。此时，在一边进行正泵——反泵操作，一边让其他人员沿着输送管路寻找堵塞部位，一般从泵的出口开始，未堵塞的部位会剧烈振动，而堵塞部位之后的管路是静止的，还可以用木锤敲打判断。用木锤敲打堵塞部位有时可以使堵塞的骨料瓦解而恢复通畅，但不准用铁锤等砸损管

道。若敲打无效，可将堵塞段管件拆下，清除混凝土后再装回去，即可继续泵送。

骨架钢管堵塞处理：堵管的原因可能是管道润滑不足，摩擦阻力太大造成，或者是由于停歇时间太长，混凝土水分倒流造成失水严重形成堵管。本桥可能出现堵塞的位置应该在法兰盘。此时可用木锤判断堵管位置，在堵管上部约0.5m 处现开压注口，并立即焊接带截止阀压注管，将备用管道接上继续压注。同时，为节约时间，计划预先在第3节段的拱脚位置开压注口并

焊接泵管备用。

c 、压注过程中出现线形变化的处理：压注前要模拟压注进行钢拱肋受力计算。压注过程中对钢拱肋的应力应变随时检测并进行数据分析。本桥钢拱肋设计刚度够大，但可能会由于压注速度过快出现振动引起失稳破坏或者两岸压注进度控制不均出现拱肋受力不均引起线形变化，此时一方面要控制保持合理的压注速度，另一方面控制两岸均衡加载，还可以预先准备一些配

重，当拱顶拱起超出允许值时，可立即停止压注并在拱顶位置加配重以实现平衡确保线形。

G ．机具设备

3、泵送顶升工艺的工作压力较大，施工中必须防止混凝土输送管爆裂，截止阀短管发生开焊脱落，排气孔封闭时应加强，

必要时焊接封闭。

4、压注时须由专人指挥，确保拱两端压注速度均衡一致，保证拱肋对称受力。

5、发现拱顶大量涌出混凝土时应立即停泵控制泵压。

6、压注过程中应随时观测拱肋轴线变形及钢管应力及应变变化。

7、管道坡度设置应尽量保持平缓，管道接头必须连接紧密，弯管位置要固定，磨损严重的泵管不用在泵送管路中。

8、钢管混凝土压注时间选择温度较低的时候进行，可选择在清晨。钢管表面温度高于60度时，须用水冲降温。

9、每次压注完成后要对泵管彻底进行清洗，不要在管内粘结残余混凝土。

10、施工机械设备应完好，并配足易损件。施工前要对搅拌站、装载机、输送泵、发电机等进行全面彻底检查维护。

五、安全保证措施

1、施工前要对操作人员进行安全交底，对钢管混凝土施工中的危险源进行辨识。

2、顶升前全面检查水平输送管接头的可靠性，顶升开始时水平钢管上要覆盖草袋，以防因泵送压力过大而发生爆管伤人，

泵送时现场人员要远离泵管。

3、高空作业人员要系好安全带，穿防滑鞋，防止高空坠落。在排气孔观察混凝土上升情况的人员要带眼罩保护眼睛，防

止混凝土喷出伤眼。

4、混凝土泵车、装载机须由设备持证专人操作，严紧其它人员无证违章作业。

5、吊运泵车时要全面检查缆索吊各组成设备是否运转正常，下放至拱座顶过程中下面不得站人。

6、特殊工种人员必须持证上岗。

7、施工用电检查工作要到位，新布用电线路必须由电工按规定敷设。

8、搅拌机料斗槽清理时，料斗应可靠置于轨道上，并尽可能下放。防止料斗掉下伤人。

9、串筒维护人员作业区域为锚喷后的坡面上，陡峭且易滑，所以必须设置可靠的安全措施，可绑上长一些的安全绳或搭

设支架铺竹条板作为操作平台。

10、拱肋上的备用管道须与拱肋钢管或腹杆固定牢固。

六、文明施工及环境保护措施

1、钢管混凝土施工前要对所有人员进行文明施工及环保交底，明确那些环节、部位须重点注意。

2、泵送混凝土或压浆过程中，拱座顶、出浆孔、排气孔、出渣孔等部位会产生废弃混凝土、水泥浆或废渣或污水，须针对性采取措施。如在拱座顶会有废弃混凝土，可预先在拱座斜面上设置溜槽，将混凝土送至拱座补块前的缺口处，并及时清洗拱座顶防止污染；在排气孔、出浆孔等会有混凝土涌出，须在下方设置一些方槽，接住下落的混凝土，防止混凝土落入落布溪污染河道或伤人；在出渣孔会有带锈渣的污水排出，须设置一个方形漏斗吊挂在出渣口，用污水管道将污水引到坡底预先修好

的沉淀池沉淀后排放。

3、混凝土、水泥浆等对钢结构的污染应及时清洗干净。

4、堵管后产生的废弃混凝土应及时清走或就地加固地面。清洗串筒、泵管泵车的的污水用污水管道送到坡底的沉淀池沉

淀后排放。

5、搅拌站水泥袋等杂物须及时清理运走。

6、现场吃饭的一次性餐盒等杂物须有专人回收，不得弃在现场。