四川洞松電站施工中泵送混凝土堵管原因分析及對(duì)策

白宏潔，盧 輝

（1.黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 開(kāi)封 475004；2.中國(guó)水利水電第十工程局勘測(cè)設(shè)計(jì)院，四川 都江堰 611830）

0 引言

隨著建筑工期的不斷縮短與建筑物高度的逐漸增高，泵送混凝土用量劇增。泵送混凝土以其機(jī)械化程度高、輸送能力大（水平運(yùn)輸距離可達(dá)800 m，垂直運(yùn)輸距離可達(dá)300 m）、效率高、節(jié)省人力、能連續(xù)作業(yè)等特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于鐵路、交通、水利、高層建筑等混凝土工程施工。

泵輸送混凝土?xí)r，混凝土在管道中心形成柱狀流體，流動(dòng)時(shí)呈懸浮狀態(tài)[1]。 由于泵管中存在壓力，部分水泥沙漿被擠向泵管外層，在粗骨料與管壁之間形成一個(gè)潤(rùn)滑層，使粗骨料順利通過(guò)泵管。 當(dāng)混凝土在輸送管內(nèi)的局部摩擦阻力(混凝土內(nèi)部摩擦力和混凝土對(duì)管壁的摩擦力)過(guò)大時(shí)，其后的骨料運(yùn)動(dòng)速度將受其影響而滯緩，以致粗骨料集結(jié)，而其周?chē)纳碀{被擠走，余下的間隙由較小粒徑的骨料填充。 由于骨料周?chē)饾?rùn)滑作用的水泥漿層被破壞，導(dǎo)致混凝土輸送阻力加大，運(yùn)動(dòng)速度逐漸減慢，直至運(yùn)動(dòng)停止而發(fā)生堵管現(xiàn)象。 堵管故障在混凝土施工過(guò)程中經(jīng)常會(huì)發(fā)生，而對(duì)泵送混凝土堵管機(jī)理的較好把握和對(duì)堵管現(xiàn)象的較準(zhǔn)確判斷，是解決好堵管故障的前提。 筆者試結(jié)合洞松水電站廠區(qū)樞紐工程的混凝土泵送實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，探討泵送混凝土堵管的相關(guān)問(wèn)題。

1 工程概況

洞松水電站廠區(qū)樞紐工程位于四川省甘孜州碩曲河中下游的鄉(xiāng)城縣香巴拉鎮(zhèn)、尼斯鄉(xiāng)及洞松鄉(xiāng)境內(nèi)，是碩曲河干流“一庫(kù)五級(jí)”開(kāi)發(fā)方案的第四梯級(jí)水電站。 電站裝機(jī)容量180MW（3×60 MW），設(shè)計(jì)引用流量102.3 m3/s，額定水頭197 m。 該水電站主要建筑物由首部大壩樞紐、引水系統(tǒng)和廠區(qū)樞紐工程組成。 洞松水電站廠區(qū)樞紐工程主要包括884 m長(zhǎng)的引水隧洞、調(diào)壓井、壓力管道及廠區(qū)土建與金屬結(jié)構(gòu)安裝工程。 該工程的泵送混凝土施工，輸送距離在100 m 左右，泵型為中聯(lián)重科混凝土泵機(jī)，輸送管尺寸為125 mm，每段長(zhǎng)度為3 m。

2 堵管故障判斷及排除

根據(jù)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，堵管常發(fā)生在進(jìn)料口、分配閥出料口、S 管閥處、管道等幾個(gè)部位。因此，在發(fā)生堵管時(shí)，可以重點(diǎn)從這幾個(gè)部位進(jìn)行檢查。 一旦確定了堵管部位，就可以有針對(duì)性地加以排除。

2.1 進(jìn)料口堵塞

泵送運(yùn)動(dòng)及液壓系統(tǒng)均正常且無(wú)異音和振動(dòng)，但料斗內(nèi)有較大骨料或結(jié)塊，在進(jìn)料口處卡住或拱起時(shí)，很可能是進(jìn)料口發(fā)生了堵塞。 這時(shí)，可以進(jìn)行泵機(jī)反向運(yùn)轉(zhuǎn)，以阻止混凝土料的拱起，使混凝土回到料斗，重新攪拌，再正向泵送。 如果反向不成，則需人工清理。

2.2 分配閥出料口堵塞

泵送系統(tǒng)運(yùn)行突然中斷，且伴有異響，產(chǎn)生較強(qiáng)烈的振動(dòng)，但管道內(nèi)無(wú)相應(yīng)振動(dòng)，很可能是分配閥出料口處發(fā)生了堵塞。 這時(shí)，可以向料斗內(nèi)倒入15～30 L 水泥漿，并反復(fù)正反向開(kāi)動(dòng)泵機(jī)，以打開(kāi)通路。 如果未能打通，則只能人工拆下出料口連接管，清除掉分配閥處已堵塞的混凝土。

2.3 管閥S 處堵塞

泵送完混凝土后，如果未及時(shí)用高壓水沖洗，致使管內(nèi)殘留混凝土，日積月累，殘留混凝土就會(huì)逐漸加厚、堆積固結(jié)，此時(shí)就容易在S 管閥處形成堵塞。S 管閥處是經(jīng)常發(fā)生堵塞的主要部位之一。如果經(jīng)判斷確定屬于此類堵塞問(wèn)題，只能人工將此段S 管閥處拆開(kāi)，將堵塞的混凝土清除，再將管段連接起來(lái)繼續(xù)泵送。 由于此類堵塞主要是前次泵送后S管閥處清洗不干凈所致。 因此，需要在每次泵送混凝土結(jié)束后，用高壓水將泵體和S 管沖洗干凈。 沖洗無(wú)效時(shí)，可采用釬鎬把殘?jiān)サ?，直至徹底清除為止?/p>

2.4 管道堵塞故障

當(dāng)輸送壓力逐漸增加， 而料斗中的料位不下降、管道出口不出料，泵發(fā)生振動(dòng)、管路也伴有強(qiáng)烈的振動(dòng)和位移時(shí)，可判定是管道堵塞。

發(fā)生管道內(nèi)的堵塞時(shí)，泵機(jī)操作手可反復(fù)正反向運(yùn)轉(zhuǎn)泵機(jī)。 同時(shí)，安排人員沿混凝土輸送管路用錘子或石塊等間隔性地敲打管道，根據(jù)聲音來(lái)大致判斷管道的堵塞部位（一般而言，未被堵塞的管道敲擊時(shí)發(fā)出的聲音清脆且有回響；堵塞段的管道敲擊時(shí)發(fā)出的聲音沉悶且無(wú)回響）。 在敲打過(guò)程中，如果管道內(nèi)堵塞段不長(zhǎng)，或許能通過(guò)振動(dòng)使堵塞的骨料變松散而使泵送暢通。 若不能使管道暢通，則不可用鐵錘等過(guò)度敲擊，以免損壞管道。 如果判斷出的堵管位置距澆注倉(cāng)面不遠(yuǎn)，可以將堵塞段管道拆下，清除其中已堵塞的混凝土，再重新連接管路，即可繼續(xù)泵送。 如果堵管位置距澆注倉(cāng)面較遠(yuǎn)，同樣應(yīng)拆下堵塞段管道，并清除其中已堵塞的混凝土，再重新連接管路，繼續(xù)泵送。 但在重新連接管路前，應(yīng)先將堵塞段以后管道中的混凝土清除（可用高壓水或壓縮空氣吹出），再接管泵送，否則可能發(fā)生空管處的氣塞現(xiàn)象，造成二次堵管。 當(dāng)不能迅速判斷堵管部位時(shí)， 應(yīng)盡快組織人力把全部管道逐節(jié)拆卸，清除其中的混凝土，并用水沖洗干凈。 在此過(guò)程中，拆管和重新連接管路速度要快，盡量控制在40 min 以內(nèi)， 以免管道內(nèi)混凝土凝結(jié)而增加已堵塞混凝土的清除難度。

3 堵管故障原因分析

造成堵泵與堵管的原因有很多，大體可從人為因素、混凝土質(zhì)量因素、其他因素等方面加以分析。

3.1 人為因素

3.1.1 泵型、輸送管尺寸選擇不當(dāng)

在安排泵送前，應(yīng)到現(xiàn)場(chǎng)觀察地形、水平距離及垂直高度等泵送條件，選擇合適的混凝土泵。 輸送管尺寸要根據(jù)粗集料等的要求選取規(guī)格。 當(dāng)泵送高度在50 m 以下時(shí)，粗集料的最大粒徑與輸送管徑之比為：對(duì)碎石不宜大于1∶3，對(duì)卵石不宜大于1∶2.5。當(dāng)泵送高度在50～100 m 時(shí)，粗集料的最大粒徑與輸送管徑之比為：對(duì)碎石不宜大于1∶4，對(duì)卵石不宜大于1∶3。 當(dāng)泵送高度在100 m 以上時(shí)，粗集料的最大粒徑與輸送管徑之比為：對(duì)碎石不宜大于1∶5，對(duì)卵石不宜大于1∶4[2]。 結(jié)合粗骨料粒徑進(jìn)行輸送管初定時(shí)，管徑尺寸與粗集料粒徑的關(guān)系可參考表1。

表1 混凝土輸送管管徑與粗集料粒徑關(guān)系表Table 1 Relation of concrete delivery pipe diameter and coarse aggregate diameter

3.1.2 管道的連接、布置不合理

施工人員在進(jìn)行管道的連接與布置的過(guò)程中，應(yīng)遵行以下原則[3]，否則會(huì)增大泵送施工中堵管的幾率。

（1）管路布置盡可能使距離最短，彎、錐管最少。 （2）管路接頭應(yīng)連接牢固，保證各管卡接頭處的可靠密封、不漏漿，以免沙漿外泄，造成堵管。 （3）管路布置應(yīng)先澆最遠(yuǎn)處，然后依次拆管后退，減少泵送過(guò)程中接管的影響。 （4）在布置彎管的地方，盡量使用轉(zhuǎn)彎半徑大的彎管，以減小輸送阻力和壓力損失，避免堵管。 （5）向上布置管路，一般不使用垂直向上的90°的彎管，而用鋼管搭設(shè)腳手架斜道，減少輸送阻力和堵管。 （6）向下的管路布置，在垂直向下的管路下端布置一緩沖水平段或管口朝上的傾斜坡段，以減少混凝土自落產(chǎn)生離析而造成堵塞。 （7）水平管路長(zhǎng)度應(yīng)不少于垂直管路長(zhǎng)度的15%。 當(dāng)垂直高度較高時(shí)，應(yīng)在靠近泵機(jī)水平管路處加裝通止閥門(mén)，防止停機(jī)倒流造成堵管。 （8）末端軟管彎曲不得超過(guò)70°，不得強(qiáng)制扭曲。 當(dāng)采用二次布管法時(shí)，應(yīng)預(yù)先鋪設(shè)好要連接的輸送管，并要保證新的管道潤(rùn)濕且不宜過(guò)長(zhǎng)。

3.1.3 泵送前未潤(rùn)滑管道或潤(rùn)滑不到位

此項(xiàng)因素是導(dǎo)致洞松電站廠區(qū)泵送混凝土施工中堵管的原因之一。 泵送開(kāi)始前，施工人員用水潤(rùn)濕了管道內(nèi)壁，并用1∶2 的沙漿進(jìn)行潤(rùn)滑。但由于輸送距離較遠(yuǎn)，混凝土攪拌機(jī)械容量較小，施工人員在未與技術(shù)人員溝通的情況下，僅僅攪拌了一鍋沙漿（不足0.5m3），以致沙漿輸送量過(guò)少，沒(méi)能對(duì)整個(gè)管路進(jìn)行較好的潤(rùn)滑，尤其是對(duì)于接近倉(cāng)面的部分管道，根本就沒(méi)有沙漿通過(guò)。 這就增加了下一步輸送混凝土?xí)r堵管的幾率。 因此，在泵送混凝土施工過(guò)程中，為了盡可能避免輸送泵發(fā)生堵管，混凝土泵送前一定要對(duì)管道進(jìn)行潤(rùn)滑處理。 首先，應(yīng)用一定量的水潤(rùn)濕管道內(nèi)壁，再泵送適量沙漿進(jìn)行潤(rùn)滑。沙漿可采用1∶1 或1∶2 水泥沙漿，或與混凝土內(nèi)除粗集料外的其他成分相同配比的同強(qiáng)度等級(jí)沙漿。 泵送沙漿前，一定要將管道內(nèi)的水全部放掉，否則，在泵送沙漿時(shí)，可能會(huì)使沙漿離析而堵管。

3.1.4 料斗內(nèi)混凝土量控制不當(dāng)

泵送過(guò)程中，料斗內(nèi)混凝土務(wù)必在攪拌軸中線以上，否則易吸入空氣、產(chǎn)生氣阻現(xiàn)象，而使泵送無(wú)力，產(chǎn)生堵管現(xiàn)象。 但料斗格篩上不應(yīng)堆滿混凝土，否則混凝土難以流入料斗，且不易清除超徑集料及雜物。停頓時(shí)，料斗要保留足夠混凝土，并適時(shí)攪拌。另外，在攪拌機(jī)出料口和泵機(jī)料斗處，應(yīng)安排專人負(fù)責(zé)看管，并對(duì)進(jìn)入料斗內(nèi)的混凝土量進(jìn)行控制。

3.2 混凝土質(zhì)量因素

3.2.1 石子級(jí)配不合格，針片含量超標(biāo)

就洞松水電站廠區(qū)泵送混凝土施工過(guò)程而言，經(jīng)過(guò)對(duì)堵管?chē)?yán)重的幾個(gè)倉(cāng)號(hào)所采用的粗集料進(jìn)行復(fù)檢，針片狀顆粒都存在超標(biāo)情況。 后經(jīng)對(duì)粗集料針片狀指標(biāo)的較好控制，改善了泵送效果。

根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，粗集料內(nèi)針片狀顆粒含量不宜大于10%[2]。 當(dāng)針片狀顆粒過(guò)多時(shí)，會(huì)增加集料的表面積，需要更多的漿體去包裹集料。 當(dāng)針片狀顆粒達(dá)到一定量時(shí)，所需包裹的沙漿量不足，會(huì)造成混凝土干澀，泵送時(shí)易出現(xiàn)堵管現(xiàn)象。 當(dāng)泵送高強(qiáng)度等級(jí)、高層及有抗折要求的混凝土?xí)r，針片狀含量更應(yīng)注意。

3.2.2 骨料級(jí)配和沙率不合理

在洞松電站廠區(qū)泵送混凝土施工中，沙率過(guò)小是導(dǎo)致起初澆注的幾個(gè)倉(cāng)號(hào)發(fā)生堵管的主要原因之一。 其施工現(xiàn)場(chǎng)使用的是粗沙，并且沙率僅有35%，遠(yuǎn)低于泵送混凝土對(duì)沙率不低于40%的基本要求。沙率過(guò)小，使沙子結(jié)合的水泥量較少，這樣就不能在混凝土料與管壁之間形成較好的潤(rùn)滑層，以致混凝土料內(nèi)部以及混凝土料和管壁之間的摩擦阻力較大、輸送困難而導(dǎo)致堵管。根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)原材料及設(shè)備等的實(shí)際情況，經(jīng)重新擬定配合比，調(diào)整沙率，緩解了堵管狀況。 但是，也不能使沙率過(guò)大。 沙率過(guò)大，消耗水泥漿量就會(huì)較多，從而導(dǎo)致混凝土流動(dòng)性下降，影響泵送效果。 因此，在泵送混凝土施工中，應(yīng)該控制好骨料級(jí)配，并合理選擇沙率，以減少輸送管堵塞的幾率。

3.2.3 坍落度控制不合理

坍落度過(guò)大或過(guò)小，都容易造成泵管的堵塞，因此，較好地控制坍落度對(duì)防止堵管發(fā)生是很重要的。洞松電站廠區(qū)樞紐泵送施工中，第一倉(cāng)混凝土就發(fā)生了堵管現(xiàn)象，其主要原因就是攪拌機(jī)用水量計(jì)量?jī)x器損壞，以致加水過(guò)多。 之后在調(diào)整用水量過(guò)程中，又出現(xiàn)了坍落度較小的情況，管道內(nèi)混凝土泵送不暢，壓力表顯示管道內(nèi)輸送壓力值一度超過(guò)30MPa(正常泵送壓力大致在10MPa 左右)，出現(xiàn)堵管現(xiàn)象。根據(jù)泵送混凝土的施工經(jīng)驗(yàn)，坍落度的過(guò)大或過(guò)小很容易造成管道堵塞，是堵管的主要原因之一。 當(dāng)坍落度過(guò)大(＞23cm)時(shí)，混凝土已接近離析狀態(tài)，如果機(jī)械的磨損比較嚴(yán)重或分配閥關(guān)閉不嚴(yán)，就容易產(chǎn)生漏漿，或由于骨料的重力作用，粗骨料逐漸下沉，而產(chǎn)生分層離析。這樣，混凝土在管內(nèi)稍加停歇就會(huì)出現(xiàn)堵管，造成中、遠(yuǎn)距混凝土泵送無(wú)法進(jìn)行。 當(dāng)坍落度過(guò)小(＜8cm)時(shí)，管道內(nèi)摩擦阻力大，導(dǎo)致泵送壓力增加。 同時(shí)，如果坍落度過(guò)小，混凝土被吸入時(shí)非常困難，吸入量少，并吸入空氣。 這些問(wèn)題導(dǎo)致流速不均，管內(nèi)運(yùn)動(dòng)混凝土中潤(rùn)滑膜的作用降低，出口處常出現(xiàn)一段段柱狀混凝土，并摻雜著熱氣，即通常所說(shuō)的“放炮”現(xiàn)象。因此，為了避免混凝土輸送泵堵管現(xiàn)象的發(fā)生，應(yīng)該結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)的具體條件，嚴(yán)格控制好用水量等指標(biāo)， 使混凝土的坍落度與泵送要求相適應(yīng)。

3.3 其他因素

3.3.1 環(huán)境溫度

環(huán)境溫度32℃以上時(shí)，因太陽(yáng)光直射，輸送管管壁溫度最高可達(dá)70℃以上，管內(nèi)溫度可達(dá)73℃。這使混凝土中的水分蒸發(fā)，特別是管壁的潤(rùn)滑膜，托浮力逐漸下降，造成堵管。環(huán)境溫度－12℃以下時(shí)，部分水泥顆粒表面水膜超出防凍劑的作用范圍，形成結(jié)晶狀態(tài)，使管內(nèi)混凝土達(dá)不到懸浮流動(dòng)狀態(tài)，流動(dòng)性變差，造成堵管。

3.3.2 攪拌車(chē)、泵機(jī)等機(jī)械故障

當(dāng)采用攪拌車(chē)運(yùn)送混凝土?xí)r，如果攪拌車(chē)滾筒內(nèi)攪拌葉片磨損嚴(yán)重，會(huì)造成部分粗集料下沉到底部。 在泵送到此部分混凝土?xí)r， 混凝土中粗集料過(guò)多，易發(fā)生堵泵或堵管。 當(dāng)混凝土泵機(jī)存在滑閥磨損過(guò)大、活塞密封不嚴(yán)、輸送缸磨損過(guò)大或液壓系統(tǒng)調(diào)整不當(dāng)?shù)葐?wèn)題時(shí)，也會(huì)造成一定程度的泵送堵管現(xiàn)象。

總之，在泵送混凝土施工過(guò)程中，如果發(fā)生了輸送管堵管情況，可以從上述幾個(gè)主要因素分析堵管原因。 同時(shí)，也可考慮外加劑（減水劑、泵送劑等）的使用是否合適[4]、泵機(jī)操作手是否熟練等因素。

4 堵管故障的預(yù)防及解決措施

針對(duì)上述堵管故障的影響因素，結(jié)合工程實(shí)踐，可大致總結(jié)出一些解決泵送混凝土堵管現(xiàn)象的方法。

4.1 操作方面

（1）根據(jù)泵送現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件和骨料粒徑，選擇合適的泵型和輸送管尺寸。 （2）壓送前應(yīng)用適量的水濕潤(rùn)泵的料斗、泵室、管道等與混凝土接觸的部分，然后先送沙漿（用量足夠），后送混凝土，以防止堵塞。（3）壓送應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，若因某種原因壓送中斷、時(shí)間超過(guò)30 min，或壓送發(fā)生困難時(shí)，輸送泵應(yīng)做間隔推動(dòng)，每4～5min 進(jìn)行4 個(gè)左右行程的正反轉(zhuǎn)，防止混凝土離析或堵塞。 （4）設(shè)計(jì)與安裝管道時(shí)，應(yīng)遵循管道設(shè)計(jì)與布置的原則，盡可能避免90°和S 彎，以減少混凝土泵送阻力，防止堵塞。 （5）入料斗上應(yīng)設(shè)專人看管，及時(shí)將大石塊及雜物撿出，防止其進(jìn)入料斗內(nèi)，堵塞出料口及管道。 （6）泵機(jī)操作手應(yīng)注意運(yùn)行狀況。 當(dāng)遇到混凝土壓送困難、泵的壓力升高、管路產(chǎn)生振動(dòng)時(shí)，不得強(qiáng)行壓送，應(yīng)放慢壓送速度或反轉(zhuǎn)泵機(jī)，以防止堵塞。

4.2 混凝土質(zhì)量方面

（1）選用的骨料針片狀、超遜徑等指標(biāo)應(yīng)符合規(guī)范要求。骨料粒徑應(yīng)適合輸送管的尺寸要求，一般不應(yīng)大于輸送管徑的1/4。 （2）泵送混凝土要嚴(yán)格按規(guī)定設(shè)計(jì)配合比，嚴(yán)格控制坍落度。 （3）添加合適的外摻劑（減水劑、泵送劑等）、粉煤灰等也可提高可泵性，減少堵管的發(fā)生[4]。

4.3 其他方面

（1）在炎熱的夏天，應(yīng)選用草袋覆蓋管道，并每隔15 min 澆水一次。 泵送混凝土前，應(yīng)用冷水使管內(nèi)降溫，防止在泵送過(guò)程中，混凝土由于溫度過(guò)高、水分蒸發(fā)、潤(rùn)滑層破壞而導(dǎo)致坍落度損失過(guò)快，產(chǎn)生堵管。 （2）在低溫環(huán)境下泵送施工時(shí)，應(yīng)用草袋、布袋等保溫材料將管路包裹起來(lái)，盡可能將混凝土入泵溫度保持在-12℃以上。 有條件的話，可以使施工現(xiàn)場(chǎng)封閉，加以取暖設(shè)施，給攪拌車(chē)滾筒加防凍套?；炷猎谳斔凸芡Ｐ怀^(guò)30 min， 盡量保持泵送的連續(xù)性。 （3）當(dāng)攪拌車(chē)、泵機(jī)等施工設(shè)備出現(xiàn)故障而有可能導(dǎo)致堵管發(fā)生時(shí)，應(yīng)找出故障并及時(shí)處理。

5 結(jié)語(yǔ)

泵送混凝土在施工方面特有的優(yōu)點(diǎn)，使它正隨著建筑事業(yè)的發(fā)展而發(fā)展。 對(duì)于造成泵送混凝土堵管的原因，可能遠(yuǎn)不止文中所列那些，但在泵送施工過(guò)程中，如果能參考上述分析和處理措施，掌握好每一個(gè)細(xì)節(jié)，從每一次堵泵與堵管及其解決過(guò)程中不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，一定可以降低其發(fā)生的可能性，有效避免由于混凝土泵送過(guò)程中堵泵與堵管而引起的一系列問(wèn)題。

[1] 趙志縉，趙帆.混凝土泵送施工技術(shù)［M］. 北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1998：36-52.

[2] 崔長(zhǎng)江.建筑材料［M］. 鄭州：黃河水利出版社，2004：87.

[3] 馬保國(guó).新型泵送混凝土技術(shù)及施工［M］. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006：238-256.

[4] 楊華全，李文偉.水工混凝土研究與應(yīng)用［M］. 北京：中國(guó)水利水電出版社，2005：101-102.