水環式真空泵在管內混凝土真空輔助泵送中的應用

水環真空泵 羅業鳳 廣西壯族自治區公路橋梁工程總公司

  合江長江一橋為主跨530m 的中承式鋼管混凝土桁架拱橋,拱肋管內混凝土設計為C60高性能自密實微膨脹混凝土,采用真空輔助泵送法施工。經過工藝試驗和實橋施工證明:拱肋鋼管內抽真空時采用水環式真空泵,施工方便快捷、達到的真空度高、經濟性好,非常適合應用于鋼管混凝土拱橋管內混凝土真空輔助泵送工藝中。

  鋼管混凝土拱橋是鋼管混凝土結構中最為活躍的分支,近年來得到了迅猛的發展,取得了豐碩的理論研究成果。管內混凝土灌注是鋼管混凝土拱橋施工的關鍵技術之一,也是研究的熱點問題,真空輔助灌注手段在管道壓漿施工中取得了良好的效果,要應用到鋼管混凝土灌注中去,其關鍵設備———真空泵如何選擇,真空技術網(http://www.bdfwqmh.cn/)認為這個是首先需要解決的問題。

  水環式真空泵廣泛應用于工業生產當中,如真空過濾、真空引水、真空送料、真空蒸發、真空濃縮、真空回潮和真空脫氣等,水環真空泵結構簡單,制造精度要求不高,容易加工。但傳統的水環真空泵多屬于抽真空泵,所能獲得的極限真空度為-0.02~-0.04 MPa,隨著技術的進步,部分水環式真空泵能獲得的極限真空可達到-0.09 MPa,能適用于更多的場合,也可嘗試應用于鋼管混凝土真空輔助灌注工藝中去。

1、工程概況

  合江長江一橋是國家高速公路網成渝地區環線和四川省高速公路網規劃線路上的重要橋梁工程,主橋為跨徑530m 的鋼管混凝土中承式拱橋,采用無支架纜索法吊運和斜拉扣掛懸拼法安裝鋼管拱肋,泵送混凝土技術灌注管內混凝土。橋梁拱肋為鋼管混凝土桁架結構,凈跨徑500 m,凈矢跨比1/4.5,拱軸系數1.45。拱頂截面徑向高為8.0m;拱腳截面徑向高為16.0m,肋寬為4.0 m;弦管為ϕ1320×22(26、30、34)mm 鋼管,內灌C60混凝土(圖1)。

合江長江一橋整體布置圖

圖1 合江長江一橋整體布置圖(單位:m)

  為了提高鋼管混凝土的質量,采用真空輔助技術進行管內混凝土的灌注,經過比選,采用水環式真空泵作為抽真空設備,首先通過工藝試驗驗證了真空泵的性能,最后在實橋施工中進行了應用。

2、工藝試驗

  試驗拱段并列設置在離橋址約200m 的長江岸邊,由5根10m 長的ϕ660mm 的大直徑鋼管焊接而成。真空試驗拱段的抽真空系統連接在主拱段的出漿管上,由真空泵、閥門、儲漿筒、真空表等設備組成,其布置如圖2所示。試驗采用OVMSZ-2型真空泵,具體指標見表1。

抽真空系統布置圖

圖2 抽真空系統布置圖

表1 OVMSZ-2型真空泵技術性能參數

OVMSZ-2型真空泵技術性能參數

  分別對1臺真空泵單獨工作和2臺真空泵同時工作時的抽真空性能進行了測試,試驗結果見圖3。從試驗結果可知,雖然試驗所用真空泵額定真空度為-0.04MPa,但實際可抽至超過-0.08MPa。在抽至額定真空度-0.04 MPa之前,抽氣速率基本保持為額定抽氣速率;超過額定真空度之后,抽真空速率隨管內負真空度增加降低較快。抽至-0.04和-0.08 MPa,單機約需11和50min,雙機需5和21min,可節省一半以上時間。

抽真空試驗結果

圖3 抽真空試驗結果

  單機和雙機工作能達到的極限真空度為-0.086MPa。

3、拱肋鋼管混凝土真空輔助灌注施工

  3.1、鋼管混凝土灌注簡介

  合江長江一橋鋼管混凝土灌注的數量為8根,每根上弦管的混凝土灌注方量為746m3,每根下弦管為718m3,具體拱肋分布及灌注順序如圖4所示。

拱肋混凝土灌注順序

圖4 拱肋混凝土灌注順序

  每次灌注一根弦管,每根弦管分兩個半拱從兩岸分別進行3級泵送,每個半拱的方量為350~380m3。

  參考工藝試驗和真空管道壓漿施工的經驗,設定管內混凝土灌注施工時的真空度為-0.08MPa。

  3.2、真空泵選擇

  根據試驗結果、實橋施工抽真空的方量、施工進度要求以及經濟性分析,選擇淄博產2BEA-252型水環式真空泵作為抽真空設備,其性能參數見表2。

表2 2BEA-252型水環式真空泵技術性能參數

2BEA-252型水環式真空泵技術性能參數

  3.3、管內混凝土灌注過程中真空泵工作情況

  鋼管混凝土灌注過程中,兩岸半拱管內混凝土灌注上升超過每一級進漿管約3 m 后,分別開始抽真空,真空負壓達到-0.08 MPa后停止泵機并觀測管內真空負壓變化情況,當大于-0.076 MPa時,重啟泵機并使管內壓力重新回到-0.08MPa。以第一根拱肋重慶岸一級泵送時抽真空為例,抽真空方量約為360m3,在24′4″達到-0.08MPa負壓狀態,抽真空記錄見圖5。

重慶岸一級泵送抽真空記錄

圖5 重慶岸一級泵送抽真空記錄

  由上可知,在進行合江長江一橋拱肋管內混凝土灌注時,每次抽真空的時間不超過30min,對整個施工進度影響很小(整個灌注施工時間為10~12h);抽真空后可達到指定的-0.08 MPa真空度,對鋼管混凝土的灌注質量改善明顯。

4、結語

  合江長江一橋拱肋管內混凝土真空輔助灌注的大型工藝試驗和實際施工,證明了水環式真空泵可滿足大型鋼管結構的抽真空要求,同時具備施工方便快捷、造價較低等優點,可作為大型鋼管混凝土拱橋管內混凝土真空輔助泵送施工時優先選擇的抽真空設備。