摘要：针对我公司武汉杨泗港长江大桥主塔柱高度大、混凝土强度高等特点，普通型混凝土输送泵已很难满足要求，选用多大泵压、具体型号比较经济适用是公司必须考虑的事情。本文主要从超高压混凝土输送泵的选型和使用维护角度需注意的要点来重点阐述，积累相关经验，为后续公司类似工程特点混凝土输送泵的选用和维护提供参考和借鉴。
关键词：超高压：混凝土输送泵：选用及维护
1、工程概况
杨泗港长江大桥总长约4.32公里，是武汉第一座双层公路桥，位于武汉白沙洲大桥和鹦鹉洲大桥之间。大桥采取一跨跨越长江的方案，跨度长达1700m，为国内跨度最大的悬索桥。我公司承接的汉阳端主桥墩高度为230余米，混凝土强度等级C60，属于高强混凝土，泵送方量为29000m3（包含中上横梁）。施工方案中考虑到考虑砼罐车输送间歇，要求泵送施工速度不低于40m3/h，管道中途不更换，一泵到顶。
2、设备选型
泵送设备的选型受泵送高度、泵送方量、混凝土配比等因素的影响，如：混凝土泵出口压力的选择受泵送高度的影响；混凝土管道的选择受泵送方量的影响；混凝土配比则直接影响易损件的寿命以及施工的顺利进行。由于高强混凝土的粘着系数K1及速度系数K2存在多方面不确定性，《混凝土泵送施工技术规程》JGJ/T 10-2011中推荐的S.Morinaga公式明确备注：高强混凝土泵送阻力宜通过试泵测算，本附录不适用。通过查阅国内高建筑、高塔、高强混凝土泵送等工程资料可知：
表1：Φ125管道泵送高强混凝土管道压力损失
由上表数据可知：C60高强混凝土水平压力损失值范围为0.013-0.021MPa/m，本工程取△PH=0.021MPa/m。现对泵送至至230米所需混凝土泵的出口压力进行计算如下。
已知条件：（1）混凝土密度取2400kg/m³；
（2）水平管道长度为垂直泵送高度的1/4~1/5，此取60米；
（3）弯管压力损失：12*0.021=0.252MPa；（1根90°弯管的压力损失类比12米水平管道压力损失）；
经过计算：（1）每米输送管混凝土自重产生的压力：
P米=ρɡ=2400*10=0.024MPa；
（2）输送管混凝土（垂直230m）自重产生的压力为：
P垂=230*（0.021+0.024）=10.35MPa；
（3）混凝土水平管道压力损失P平=60m*0.021=1.26MPa
（4）平台浇筑布管或布料机管道压力损失：布料机压力损失包含19m直管和10个弯管（3节臂），本工程虽未使用，但应考虑后续工程使用，P布=19*0.021+10*0.252=2.919MPa
（5）弯管总压力损失：弯管总计7个（水平弯管3个以内，垂直S弯需要4个），其压力损失为P弯=7*0.252=1.764MPa
因此，垂直泵送C60高强混凝土至230米高出口压力计算值：
P＞P垂+ P平+P布+ P弯=10.35+1.26+2.919+1.764=16.293MPa
泵送设备选型需留有20-30%的泵送压力富余量以应对混凝土泵送性能的波动，本工程选型时取最大值，则有16.293*1.3=21.18MPa，结合泵送方量不低于40m3/h要求，不同的制造厂家出厂相应配置的产品。
图1 泵送方量-泵送压力曲线图
理论上高压泵送系统压力15~16MPa才进入恒功率状态，而此时换算成混凝土泵送出口压力可达到7~8MPa，按每分钟13次泵送计算，也可以达到40m3/h。本工程最终通过招标确定选用的HBT110.26.372RS型超高压混凝土输送泵，即：最大理论输送量110m m3/h时，出口压力26MPa，功率为372kw。当处于最大输送量112 m3/h时，出口压力16MPa，可实现低压大输送量的快速泵送；当切换成输送量73m3/h时，最大出口压力达到26MPa，可实现高压小输送量的高扬程、远距离输送。
3、泵管选型及论证
超高压泵送中，混凝土输送管是一个非常重要的因素。考虑到本工程施工用是C60以上的高强度混凝土，粘度大，泵送压力高。为了能够确保本工程的顺利施工，混凝土输送管选用内径规格Φ140*7（125规格）的超高压输送管，壁厚7mm为耐磨合金钢复合材料（45Mn2），内表面高频淬火，达到高强度、高硬度。根据规范，磨损超过原厚度50%应报废，可用测厚仪定期进行测量。混凝土输送管所承受的最大压力集中于水平管道，故主要计算校核这一部分管道。抗压强度σb=885MPa（GB/T 8162-1999）。高压混凝土泵出口压力：Pmax =26MPa。
表2 125规格超高压输送管-壁厚表
（1）计算输送管最小壁厚t0
混凝土输送管最小许用壁厚计算公式：
δmin= Pmax*D/ 2*σb（δ/D≤0.08）；δ表示壁厚；D为外径。
选用泵管δ/D=7/140=0.05≤0.08，故有：
t0=（Pmax*D）/（2*σb）=（26*140）/（2*885）=2.06mm
（2）确定输送管道壁厚t
在施工过程中，管道所承受的压力不仅仅来自混凝土泵的压力，综合考虑各类施工中的各种情况，为保证输送管的可靠性，在设计管道时，取安全系数k=2.0（1.5~3.0）
故输送管理论壁厚 t=k*t0=4.42mm
根据规格类型选用壁厚7mm的高压耐磨输送管能满足要求。
（3）验算输送管承受压力
Pb=（2*δ*σb）/（D*k）=（2*7*885）/（140*2.0）=44.25MPa＞26MPa；
结论：选用承受高压的水平管道Φ140*7（125规格）符合要求。
4、设备主要零部件选用
4.1 液压泵
液压泵是混凝土输送泵的“心脏”，根据产地不同有国产液压泵和进口液压泵；根据液压泵的结构形式有齿轮泵、叶片泵、柱塞泵。不同形式的液压泵适合于不同的压力等级、齿轮泵因为造价较低、适应性强，在初期的混凝土输送泵上被广泛采用，但因其承受压力较小、脉冲阻力大，通常配置在低压泵上，或只用在中高压的辅油路系统；柱塞泵分斜盘式和斜轴式，因其适应的压力范围大，目前被广泛采用。整体来说，进口的质量相对而言要可靠，但价格要高出很多，从设备的寿命周期成本考虑，本工程选用德国力士乐或者日本川崎的斜盘式柱塞泵。
4.2 液压阀
液压阀是液压泵的“助手”，包括换向阀、单向阀、切换阀、减压阀、安全阀等等。如果一个液压阀组出现故障，则会影响整机的动作，因此选购时不仅看“心脏”，还要看其“助手”，实现配置最佳。国产的换向阀、卸荷阀产品较优。但在顺序阀、减压阀等技术难度大、可靠性要求高的阀类上，以选用进口为佳，比如德国哈威、力士乐、美国伊顿、威格仕等世界知名品牌。
4.3 电气元件
超高压混凝土输送泵上的电气元件有接触器、断路器、继电器灯光，它们按逻辑程序动作，控制相关元件的工作。国产电气元件在价格上虽然占优势，但可靠性和寿命与进口或合资品牌的元件质量仍有差距。如法国施耐德的接触器、德国西门子的断路器、日本欧姆龙的小型继电器，都是同类产品中的佼佼者。为了减少电气触点多带来的故障，要求通过可编程控制器PLC进行控制，实现无触点程序控制，用微电脑编写故障检测程序，显示故障原因，方便系统的操作和维护。
5、使用维护
由于频繁的泵送作业，泵送单元的运动部件磨损较快，而正确的维护保养，将提高工效，并延长易损件的使用寿命。因此可按照制造生产厂家提供的《混凝土泵维护保养手册》要求维护保养，分为五个阶段：日常保养、工作50小时后的保养、工作100小时后的保养、工作500小时后的保养以及工作750小时后的保养，各阶段侧重性不同的系统和零部件。
集团公司下发的《施工现场机械设备月度检查表-混凝土泵》中也具有极强的使用维护指导作用，可细化作为日常点检表使用。做好设备的维护保养，延长设备寿命周期，为企业降低成本。
表3 超高压混凝土输送泵维护点检表
6、结束语
综上所述，选购混凝土输送泵时，要多查看工程实际情况，认真分析，选择适用的混凝土输送泵参数。本文通过对武汉杨泗港长江大桥主塔高强度混凝土泵选用及维护进行研究，查阅相关规范和工程实践经验，总结在泵送高度大、混凝土强度高等特点时超高压混凝土输送泵选购和维护时特别注意的几点，为后续公司混凝土输送泵选型及其他相类似的机械设备选用和维护提供参考和借鉴，确保公司选购的设备能够充分发挥效用，并通过维护延长设备的使用寿命周期，为公司降本增效。
参考文献：
[1]《混凝土泵送施工技术规程》JGJ/T 10-2011
[2]《建筑施工机械与设备混凝土输送管型式与尺寸》JB/T11187-2011
[3]《结构用无缝钢管》GB/T8162-1999
[4]《混凝土泵维护保养手册》2014年1月第2版
[5]《超高压混凝土泵操作手册》2017年7月第2版
论文作者:王海涛
论文发表刊物:《基层建设》2018年第34期
论文发表时间:2019/1/7
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