1、. 高速鐵路水泥乳化瀝青砂漿充填層專用泵送灌注設備及工程應用0 前言目前，高速鐵路水泥乳化瀝青砂漿灌注施工時，都是采用吊車將攪拌好的砂漿中轉吊至橋梁或路基等灌注地點，由于吊車吊距有限，因此需頻繁移動砂漿攪拌車和吊車，這樣不僅增加了吊車來回吊裝作業的安全風險（尤其是晚間施工時），還浪費人力物力，嚴重影響施工進度。并且遇到高橋墩或長隧道時，施工更加困難。針對這種情況，幾家知名企業和科研院所最新研發生產了水泥乳化瀝青砂漿專用泵，并在京滬高速鐵路施工現場和寧杭客專試驗段得到成功應用。該泵送設備可直接采用砂漿攪拌車的備用電源，不需再外接電源，使用方便，操作簡單，清洗容易，故障率低；泵送時對水泥乳化瀝青砂

2、漿的各項性能影響較小；可直接將砂漿泵送至灌注地點，而且泵送效率高、運距遠，滿足各種施工工況要求；能在有效保證砂漿質量的前提下，大幅提高施工效率，加快施工進度，減少砂漿車移動頻次，確保灌注施工的連續性，節省人力物力，減少材料浪費，降低工程成本，促進文明施工。1 水泥乳化瀝青砂漿泵送車簡介水泥乳化瀝青砂漿專用泵是根據高速鐵路板式無砟軌道水泥乳化瀝青砂漿的性能特點與施工要求，經過前期廣泛論證、現場充分試驗、后期不斷優化而聯合開發的并于施工現場成功應用的專用泵送設備。其顯著特點是該泵送設備采用了與水泥瀝青砂漿這種高敏感性材料適應性良好的先進的專用泵壓系統以及獨特的管路系統：不僅最大程度地降低了泵送施工

3、對水泥乳化瀝青砂漿工作性能以及后期力學性能與耐久性能的負面影響（經大量試驗證明泵送前后水泥乳化瀝青砂漿的各項性能指標均無明顯變化，均滿足技術要求）；而且泵送效率高、運距遠（水平輸送距離可達300m以上，垂直輸送高度可達100m以上），滿足橋梁、路基、隧道段等各種施工工況要求；使用方便，操作簡單，清洗容易；可直接接入砂漿攪拌車的備用電源，不需再外接電源，可靠度高，故障率低。 該專用泵車已在京滬高速鐵路和寧杭客專三標段試驗段得到了成功應用（某標段內的每臺砂漿攪拌車均分別配備了一臺專用泵），在有效保證砂漿質量的前提下，大幅提高了施工效率，加快了施工進度，便于流水作業，在作業面足夠的情況下，采用該專用

4、泵創下單日正線灌注139塊軌道板的記錄（當日連續作業17小時）； 圖1 砂漿攪拌后投入泵車泵送圖2 泵送砂漿入橋上中轉斗圖3 泵送管道分布圖2 水泥乳化瀝青砂漿泵特點2.1 泵機特點2.1.1 采用浮動密封，能自動補償泵機的磨損間隙，密封效果良好。2.1.2 泵機關鍵部件采用高硬耐磨合金材料，壽命更長。 2.1.3 主油泵采用變量柱塞泵，泵送速度可自行調節。2.1.4 采用全液控換向，安全可靠性高，且換向沖擊小。 2.1.5 具有反泵功能，最大限度地減少管道堵塞。 2.1.6 泵機出口壓力高，能滿足遠距離施工的輸送要求。2.1.7 液壓油冷卻采用先進的風冷散熱系統，無需接水源，使用簡便。2.2

5、 效益分析采用該專用泵進行水泥乳化瀝青砂漿的泵送，能大幅提高施工效率、有效降低施工成本，減少砂漿材料損耗、節省大量人力物力。假設一個灌板作業隊共需灌注5000塊軌道板，該作業隊一工班工作8小時，灌滿一塊軌道板板腔實際所需砂漿為0.5方。在灌注工況和施工工序滿足要求、原材料供應及時充足、設備無故障的情況下，從施工效率、材料損耗、所需工期、所需設備、所需勞動力、安全風險等方面，將泵送施工與吊車中轉兩種施工方式進行綜合對比分析，同時，計算出泵送施工與吊車中轉兩種施工方式的經濟效益對比情況，見表1所示。表1 泵送施工與吊車中轉兩種施工方式的經濟效益對比施工方式按工序要求所需專用設備（臺）按工序要求所需

6、額外勞動力（人）施工效率（塊/小時）5000塊板所需工期（天）每塊板所需砂漿（方）5000塊板所需砂漿（方）安全風險評估泵送施工砂漿泵砂漿車操作手操作，無額外人員10630.5022510低吊車中轉吊車中轉斗裝卸中轉斗至少需3人、吊車司機1人61050.5122560很高對比結果節省勞動力4人提高施工效率60%以上縮短工期42天單塊軌道板節省砂漿0.01方共節省砂漿50方砂漿大幅降低現場施工安全風險經濟效益節省3.5萬元節省3.4萬元節省3.4萬元節省30元節省15萬元（1）設備費泵送施工：按采購一臺新的砂漿泵計算，12萬元/臺；砂漿泵在施工結束后，作為企業固定資產，在使用過程中，作為折舊費計

7、算，假設按50%折舊（高于國家規定的折舊比例），即設備使用費用為6萬元。吊車中轉：按租賃一臺25T吊車計算，900元/臺/天；按105天施工工期計算，吊車租賃費用共計9.5萬元。因此，在設備費方面，泵送施工比吊車中轉施工至少節省3.5萬元。（2）人員費無需額外工序而節省的人員費：假設每人每工班工資80元，由此可計算出泵送施工比吊車中轉施工節省的額外工序人員費為80（元/天/人）4（人）105（天）=3.4萬元；縮短工期而節省的人員費：假設每人每工班工資80元，固定工序（封邊、灌注、封堵排氣孔）所需人員為10人，共縮短工期42天，由此可計算出泵送施工比吊車中轉施工因工期縮短而節省的人員費為80（

8、元/天/人）10（人）42（天）=3.4萬元；（3）材料費灌注5000塊軌道板，泵送施工比吊車中轉施工共節省砂漿50方，單方砂漿價格為3000元/方，因此，材料費共節省50（方）3000（元/方）=15萬。由此可見，從設備費、人員費、材料費等方面綜合考慮，灌注5000塊軌道板，泵送施工比吊車中轉施工共節省25.3萬元。其中，一臺砂漿泵的價格甚至低于采用吊車中轉砂漿時所付出的吊車臺班費用或者因此所節省的砂漿材料費用。.;2.3 主要技術參數表2 砂漿泵的主要技術參數（3）主要技術參數項目單位技術指標備注理論輸出量m3/h10完全滿足現場灌注砂漿的施工需求輸送管內徑mm51/64適用于泵送水泥乳化

9、瀝青砂漿的高耐磨、耐壓、耐油、耐堿、易清洗的專用軟管（內徑51mm、20m一節）及快速接頭。最大輸送距離水平/垂直m300/100實際距離受布管方式、砂漿狀態等因素影響。砂漿擴展度mm240能夠輕松泵送滿足技術條件要求的砂漿砂漿流動度s60140（CRTS型）最大顆粒粒徑mm8砂漿中不得有結塊干料或殘留硬化砂漿電壓/頻率V/Hz380/50可直接接入砂漿攪拌車的備用電源箱，不需再外接電源。清洗方式高壓水洗清洗方便容易外形尺寸（長寬高）mm3900 1350 1450方便運輸、轉運且容量較大3 工程應用 3.1 泵送前后新拌砂漿性能的影響不同施工溫度、不同泵送距離，泵送運輸對新拌砂漿各項性能的影

10、響如表3所示。表3 新拌水泥乳化瀝青砂漿泵送前后的性能指標對比（摘錄部分數據）項目序號泵送距離(m/m)流動度(s)擴展度(s/mm)含氣量(%)單位容積質量(kg/m3)拌和物溫度()水平/垂直泵前泵后泵前泵后泵前泵后泵前泵后泵前泵后110/3001081056/3156/3106.36.91917190824.324.321001016/3156/3205.95.91908190824.224.2392947/3208/3156.76.8191519152929492957/3158/3156.86.8191519152929584935/3255/3257.16.819081921262

11、5.5620/30096936/3205/3257.06.5191119062525.5786875/3255/3206.96.81925192525.525891836/3256/3206.97.01915190825.525.5982856/3155/3206.86.6190619162222101041076/3057/3056.87.21904190621221130/3001141106/3055/3106.86.71886190022221298955/3205/3157.36.41915190827.527.51389956/3155/3157.26.91916190227.52

12、7.51491885/3205/3157.07.2189619052727.51596926/3207/3206.87.11902188827.5281640/30086895/3206/3258.17.51863187030.5311790955/3205/3205.15.51905191033341889948/3158/3105.95.719171920323219991035/3257/3207.66.91889190332332089935/3256/3256.36.2189418873233.5（1） 泵送前后砂漿工作性能的對比泵送前后水泥瀝青砂漿的流動度、擴展度對比結果如圖4、5

13、、6所示。圖4 泵送前后水泥瀝青砂漿的流動度對比結果圖5 泵送前后水泥瀝青砂漿的擴展度時間對比結果圖6 泵送前后水泥瀝青砂漿的擴展度對比結果從圖中可以看出，泵送前后的新拌水泥瀝青砂漿，對于流動度而言，最大差值為9s，平均差值僅為1.1s；對于擴展度而言，擴展至280mm的時間最大相差2s，最終擴展度最大相差5mm。且泵送前后砂漿的工作性能差別并沒有因泵送距離的增大而有明顯變化。由此可見，經過長距離泵送后，水泥瀝青砂漿的工作性能無明顯變化，無明顯變稀或變稠趨勢，均滿足灌注施工要求。（2） 泵送前后砂漿含氣量對比泵送前后水泥瀝青砂漿的含氣量和單位容積質量的對比結果如圖7、8所示。圖7 泵送前后水泥

14、瀝青砂漿的含氣量對比結果圖8 泵送前后水泥瀝青砂漿的單位容積質量對比結果從圖中可以看出，對于含氣量而言，泵送前后的新拌水泥瀝青砂漿間的最大差值為0.9%；對于單位容積質量而言，最大相差14 kg/m3。且泵送前后砂漿的含氣量變化情況并沒有因泵送距離的增大而有明顯變化。由此可見，經過長距離泵送后，水泥瀝青砂漿的含氣量無明顯變化，無明顯變大或變小趨勢，均滿足灌注施工要求。（3） 泵送前后砂漿溫度的對比泵送前后水泥瀝青砂漿的溫度對比結果如圖9所示。圖9 泵送前后水泥瀝青砂漿的溫度對比結果從圖中可以看出，泵送前后水泥瀝青砂漿溫度的最大差值為1，平均僅相差0.25。由此可見，經過長距離泵送后，水泥瀝青砂

15、漿的溫度無明顯變化，均滿足灌注施工要求。綜上所述，通過對不同施工溫度、不同泵送距離水泥瀝青砂漿泵送前后的流動度、擴展度、含氣量、單位容積質量和溫度等性能指標的現場實測與分析表明，經過長距離泵送后，新拌水泥瀝青砂漿各項性能指標均未發生明顯變化，均滿足灌注施工要求。這主要得益于兩方面原因：一方面是泵送設備選型合理、泵送工藝制定恰當；另一方面是因為改進后的水泥瀝青砂漿從各原材料到成品砂漿的穩定性得到了有效切實的改善，其環境適應性、抗機械剪切能力、氣泡穩定性和壓力穩定性的改善確保了砂漿在高壓下（最高6MPa）泵送300m時，其性能仍是穩定的。3.2 泵送施工對硬化砂漿性能的影響不同泵送距離，泵送運輸對

16、砂漿硬化體各項性能的影響如表4所示。表4為不同施工環境下所成型水泥瀝青砂漿試件的性能對比，表中各指標都是按客運專線鐵路CRTS型板式無砟軌道水泥乳化瀝青砂漿暫行技術條件規定的測試方法、以6個砂漿試件的測試結果進行科學平均計算得出的。由表4可以看出，經過長距離泵送，水泥瀝青砂漿硬化體的膨脹率、分離度、強度、彈性模量、抗凍性、抗疲勞性所受影響程度不大，且都滿足客運專線鐵路CRTS型板式無砟軌道水泥乳化瀝青砂漿暫行技術條件的相關要求。而且，從表中數據可以看出，經泵送后所成型砂漿試件的強度、彈性模量、抗凍性和抗疲勞性都高于未經泵送時取樣成型的砂漿。綜上所述，泵送運輸后，新拌水泥瀝青砂漿的各項性能指標與

17、硬化砂漿性能指標并沒有發生明顯的變化，均滿足客運專線鐵路CRTS型板式無砟軌道水泥乳化瀝青砂漿暫行技術條件的相關要求。表4 經泵送后硬化水泥瀝青砂漿的性能與未經泵送砂漿性能的比對 項目序號泵送距離m/m膨脹率%分離度%強度28d彈性模量MPa28d抗凍性剝落量(g/m)/相對動彈模量(%)28d抗疲勞性10000次循環加載是否斷裂1d抗折/抗壓7d抗折/抗壓28d抗折/抗壓水平/垂直泵前泵后泵前泵后泵前泵后泵前泵后泵前泵后泵前泵后泵后泵后泵前泵后110/3001.21.00.90.71.6/3.11.7/3.54.2/11.94.5/12.66.2/19.46.7/20.08650870040

18、0/97360/98否否220/3001.51.10.80.71.7/3.41.7/3.64.0/10.84.2/11.75.9/18.66.2/19.285008700420/97350/99否否330/3000.60.61.01.12.1/4.02.1/4.14.9/13.85.0/14.56.5/20.66.9/22.089009100300/98260/99否否440/3001.41.80.81.01.7/3.52.0/3.94.4/12.64.7/13.16.2/20.16.6/20.888409000340/98320/98否否3.3 泵送施工對砂漿揭板效果的影響采用該水泥瀝青砂漿

19、材料及泵送設備，于京滬高鐵土建三標中國水利水電建設集團公司施工現場和寧杭客專三標段中鐵17局線下工藝性實驗基地，進行了水泥乳化瀝青砂漿的灌揭板工藝性試驗將泵送至橋上（垂直泵送30m、水平泵送300m）的水泥乳化瀝青砂漿進行灌注揭板檢查試驗，揭板檢察情況如圖10、11所示。經揭板檢查評估：經泵送輸送的水泥乳化瀝青砂漿表面情況良好，砂漿充盈飽滿、膨脹適宜、與軌道板四周接觸良好，無起皮、發泡層、裂紋、瀝青析出、泌水或流水痕跡，表面10mm及以上氣泡面積之和為0.015%（小于0.2%的限值要求）、無貫穿氣孔；砂漿斷面均勻密實，氣泡分布合理，無分層、夾層、離析或氣泡聚集現象，30cm斷面內無大于3mm

20、和1mm氣泡，無肉眼可見瀝青顆粒。經評審組檢查評估，一致認定經泵送輸送后灌注的水泥乳化瀝青砂漿揭板驗收合格，該泵送工藝適用于水泥乳化瀝青砂漿的現場大規模施工。圖5 砂漿斷面氣泡均勻圖5 砂漿表面顏色均勻4 操作規程根據各施工單位水泥瀝青砂漿泵送施工的現場實施作業情況，為確保泵送的順利進行以及泵送設備本身的低故障率，結合工程實踐經驗，對該泵送設備的操作規程按作業前的準備、作業中與作業后的要求等三方面進行了如下總結歸納：4.1作業前的準備（1）水泥瀝青砂漿攪拌車與泵送設備離施工工作面應盡可能近，且對施工干擾小。（2）了解施工工作面以及施工要求，所泵送水泥瀝青砂漿的工作性能需應滿足泵送與灌注要求。（

21、3）干料中結塊最大直徑不得大于輸送管道的1/4。（4）檢查電器設備是否完好，各種儀表是否正常，各部位操作開關、按紐、手柄在規定的位置。（5）檢查水箱水量，并觀察有無油污和渾濁現象，必要時候應該重新注滿干凈水。（6）檢查液壓油，潤滑油油位、油質、油量，確保符合要求。（7）檢查料斗內有無雜務，積渣；網格篩與攪拌葉片是否完好。（8）檢查閥內各部位間隙，超限時應該予以調整，檢查各連接部位是否松動。（9）檢查傳動鏈的松緊程度，使其保持在規定的位置。（10）輸送管的布置，盡量減少彎管數量，各個管道連接一定要嚴密，輸送管道和輸送泵都要支撐穩固，以減少泵送振動。（11）為應對可能發生的堵管或者其他故障，準備好各種檢修以及管道清洗用具，并安排好相應的應急措施。（12）在下斜坡輸送砂漿時，根據傾斜角采取相應措施，防止砂漿自流導致的堵管和抽真空現象。（13）按照要求進行空轉運行。（14）向砂漿料斗內加入一定量的清水，以洗潤料斗、分配閥以及輸送管道。（15）正式泵送灌注前，向料斗加入一定量的水泥瀝青砂漿，泵送砂漿以潤滑整個管道，并觀察輸送管道有無滲漏現象。4.2 作業中的要求（1）新拌砂漿加入料斗前，斗中