埃塞亞環(huán)路工程是埃塞俄比亞首都亞的斯亞貝巴環(huán)城公路工程。項(xiàng)目中標(biāo)價(jià)為4.59億比爾（合6725萬美元），因其特殊的地理位置及較大的資金投入，成為埃塞政府的重點(diǎn)工程，有著重要的政治意義和經(jīng)濟(jì)意義。

亞環(huán)路全長33.36km，管道工程縱向平行設(shè)置四條管線，共126km。整個(gè)管道工程的投資巨大，約占合同總價(jià)的1/4。比例這么大的管道工程在我們國家鋪路筑橋史上是罕見的。另外，由于埃塞市場沒有現(xiàn)成的鋼筋混凝土排水管生產(chǎn)廠家，所以無法直接從市場上購買。再加上施工區(qū)域內(nèi)的土質(zhì)是以非洲特有的黑棉花土（黑膨脹土）為主，這種黑棉花土遇水強(qiáng)烈膨脹，膨脹系數(shù)約在15%～25%之間。按英國BS規(guī)范的有關(guān)要求，這種土質(zhì)的管道必須采用柔性接口安裝，而承插口鋼筋混凝土管，正是一種采用橡膠圈作為密封柔性接口材料的管道。綜上所述，對(duì)于亞環(huán)路管道工程，必須建立自已的預(yù)制廠，生產(chǎn)承插口水泥管。亞環(huán)路所需的各種管徑管材的數(shù)量見表1。

管徑/mm	500	550	600	700	750	850	1000	1150	1300	1450
數(shù)量/m	93142	5572	2970	6011	2236	1366	330	120	25	120

1. 承插口水泥管的優(yōu)點(diǎn)及特點(diǎn)

由于承插口水泥管采用了橡膠圈作為密封柔性接口，可以有效地避免基礎(chǔ)不均勻下沉而造成的管道接口扭轉(zhuǎn)形成的開裂滲漏。同時(shí)，由于取消了平口管道的混凝土基礎(chǔ)墊層和接口水泥砂漿抹帶等工序，實(shí)現(xiàn)了管道的快速施工。所以，在近年來得到了廣泛的工程應(yīng)用。

承插口水泥管不同于平口水泥管的外形結(jié)構(gòu)，在于管子兩端各多出一個(gè)承口和插口，并且在承口內(nèi)壁和插口外壁上各有供安裝密封橡膠圈的工作面。尤其是管子的承口，其幾何形狀復(fù)雜，混凝土體積大，為克服管子安裝后被壓縮的橡膠圈徑向膨脹力，承口水泥管的受拉強(qiáng)度要求高。所以，承口和插口的成型質(zhì)量，特別是承口的成型質(zhì)量，往往是懸輥機(jī)制管的難點(diǎn)和重點(diǎn)。

2. 懸輥制管工藝及制管設(shè)備介紹

懸輥制管工藝是懸置式輥軸輥壓制管工藝的簡稱。由于該工藝是澳大利亞羅克拉公司于1943年首先采用，所以國內(nèi)又稱其為羅克拉制管工藝。

國內(nèi)懸輥水泥制管機(jī)除少數(shù)防羅克拉外，大多數(shù)是利用其原理簡化而成。多為“兩支點(diǎn)”結(jié)構(gòu)，即輥軸由兩套軸承支撐，門架開啟時(shí)靠活動(dòng)支撐點(diǎn)穩(wěn)定。

2.1 懸輥水泥制管機(jī)

采購了青州市海煜重工有限公司制造的四點(diǎn)GP1000-2.5m懸輥水泥制管機(jī)，此水泥制管機(jī)為整體型鋼框架式機(jī)架。運(yùn)行時(shí)，輥軸與傳動(dòng)主軸為兩點(diǎn)式支撐，采用電磁調(diào)速電機(jī)一級(jí)減速直接驅(qū)動(dòng)。

2.2 鋼筋骨架滾焊機(jī)

由于懸輥制管必須采用焊接成型的鋼筋骨架。為了保證焊接的質(zhì)量，提高鋼筋骨架成型的速度，我們采購了青州市海煜重工有限公司懸輥機(jī)配套設(shè)備－HGS1000水泥管無級(jí)變徑鋼筋骨架滾焊機(jī)。此滾焊機(jī)在焊接不同的承插口時(shí)，不設(shè)也無需更換承口胎模，具有變徑方便，焊接牢固，主副盤強(qiáng)制同步旋轉(zhuǎn)，縱筋不扭曲，整個(gè)骨架連續(xù)自動(dòng)完成的優(yōu)點(diǎn)。

2.3 水泥制管模具

采用青州市海煜重工有限公司的成口模具。水泥制管模具由筒體（兩半模）、承口法蘭、插口圈等部件組成。具有結(jié)構(gòu)牢固，合口嚴(yán)密，拆卸方便等特點(diǎn)。承口法蘭、插口圈等部件除用于成型承插口外，還起支撐模具、與輥軸接觸、磨擦使模具旋轉(zhuǎn)的作用。

由于亞環(huán)線管道工程工程量大，加上工程工期的限制，我們根據(jù)工程需要的各種管徑的不同數(shù)量，分別訂購了各種規(guī)格的模具數(shù)量。

2.4 喂料機(jī)

為使管身混凝土的喂料是連續(xù)的、均勻的，必須采用喂料機(jī)喂料。喂料機(jī)皮帶應(yīng)能在模具全長范圍內(nèi)往復(fù)進(jìn)退，移動(dòng)平穩(wěn)，行車速度盡量緩慢。為方便調(diào)整喂料量，應(yīng)在喂料機(jī)上附有控制混凝土料流的調(diào)整閥門，以保證其均勻連續(xù)。4臺(tái)懸輥制管機(jī)配置4臺(tái)喂料機(jī)。

2.5 攪拌機(jī)

由于懸輥制管采用干硬性混凝土，為保證拌合物的均勻性，必須采用強(qiáng)制式攪拌機(jī)攪拌。為與4臺(tái)懸輥制管機(jī)相匹配，配置了4臺(tái)JW250強(qiáng)制式渦漿攪拌機(jī)。

2.6 蒸汽鍋爐

為了縮短水泥管的生產(chǎn)周期，提高模具的周轉(zhuǎn)率，提高懸輥機(jī)的利用率及勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，必須對(duì)生產(chǎn)完成的水泥管進(jìn)行合理的蒸汽養(yǎng)護(hù)。為與生產(chǎn)規(guī)格相適應(yīng)，采購了一臺(tái)WNS1-1.0-Y全自動(dòng)燃油蒸汽鍋爐。

2.7 吊裝設(shè)備

由于模具的自重較大，又因在懸輥制管生產(chǎn)過程中需要較高頻率的吊裝（如合模、拆模，吊運(yùn)管道，吊運(yùn)蒸養(yǎng)），為提高頻率，方便生產(chǎn)，購置了兩臺(tái)龍門吊。

3. 生產(chǎn)原理及工藝特性

3.1 工藝原理

懸置在機(jī)架上的輥軸穿過模具，在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，傳動(dòng)軸帶動(dòng)輥軸以規(guī)定的速度旋轉(zhuǎn)。在輥軸與模具兩端擋圈磨擦力作用下，模具與輥軸作同方向旋轉(zhuǎn)。此時(shí)，陸續(xù)充填的干硬性混凝土在旋轉(zhuǎn)離心力作用下鋪在模具內(nèi)壁，由于模具和混凝土自重的影響，超過擋圈高度的混凝土，即開始受到輥軸與模具內(nèi)壁的擠壓。隨著料層厚度的增加，輥軸對(duì)混凝土的壓力也越大，并逐漸使混凝土達(dá)到預(yù)期的密實(shí)度�；炷�土輥壓密實(shí)效果主要受以下幾方面因素的制約：

（1）軸徑比：軸徑比即懸輥機(jī)的懸輥外徑與模具擋圈內(nèi)徑之比。軸徑比越小，懸輥與管內(nèi)混凝土接觸面積越小，所施加的輥壓力也越大，軸徑比越大則輥壓力越小。但軸徑比過小，又會(huì)帶來成型困難、容易塌落和內(nèi)壁不光滑等質(zhì)量問題，所以，綜合考慮，一般取軸徑比為1:4～1:5為宜（4臺(tái)懸輥機(jī)配有176mm、215mm兩種互換）。

（2）模具自重：模具自重越大，成型過程中的輥壓力越大，但這往往受到定型模具的限制。

（3）壓實(shí)量：壓實(shí)量指轉(zhuǎn)動(dòng)中的輥軸依次接觸和壓實(shí)未密實(shí)混凝土的量。控制最適宜的喂料量，使輥軸在轉(zhuǎn)動(dòng)中僅承擔(dān)壓實(shí)少量混凝土，以保證單位面積所集中的輥壓力最大。

（4）超厚量：只有保證壓實(shí)后的混凝土高度超過模具擋圈高度，才能保證混凝土輥壓密實(shí)。超厚量太小，則由于擋圈的限制，混凝土有可能未得到充分壓實(shí)；超厚量太大，雖然輥壓力較大，但會(huì)影響成型后的管子內(nèi)徑管壁厚度尺寸，所以一般以壓實(shí)后混凝土超過擋圈3～5mm來控制喂料為宜。

（5）混凝土的和易性：混凝土的和易性越好，則輥壓密實(shí)度越好。

（6）模具轉(zhuǎn)速：模具轉(zhuǎn)速越低，則輥軸與混凝土接觸時(shí)間長，使輥壓力傳到模具筒壁的時(shí)間性得到保證，壓實(shí)效果越好。但是，要有一個(gè)前提，模具轉(zhuǎn)速必須保證滿足混凝土所受的離心力作用而不致滑落。

（7）管壁混凝土厚度：管壁越厚，混凝土密實(shí)所需時(shí)間越長。在輥壓成型過程中，混凝土除受到輥壓力作用外，還同時(shí)受到模具旋轉(zhuǎn)造成的離心力和模具由于投料均勻性影響而形成的自身振動(dòng)力的作用。輥壓成型原理即是通過上述工藝過程和三種力的組合作用（其中主要是輥壓力），而使干硬性混凝土密實(shí)成管壁。

3.2 懸輥制管工藝流程
4. 懸輥工藝對(duì)原材料的技術(shù)要求

4.1 水泥

按照懸輥工藝的特點(diǎn)合理選用水泥是十分重要的。懸輥制管宜選用標(biāo)號(hào)425的普通硅酸水泥或早強(qiáng)型普通硅酸水泥（即425R）。

埃塞亞環(huán)路工程屬于國外工程，水泥只能由當(dāng)?shù)毓��?yīng)。經(jīng)過試驗(yàn)，選用了當(dāng)?shù)貜S家生產(chǎn)的波特蘭水泥。該水泥符合懸輥制管的有關(guān)工藝要求及英國BS規(guī)范的要求。根據(jù)規(guī)范要求，混凝土的標(biāo)號(hào)采用C40，經(jīng)配合比試驗(yàn)，單方混凝土的水泥用量為420kg。

4.2 石子

懸輥制管一般采用石子的粒徑為0.5～2cm。石子粒徑越大，混凝土的輥壓密實(shí)度較差，管子的抗?jié)B性能不易達(dá)到要求，鋼筋骨架所受到石子的擠壓破壞作用也較嚴(yán)重，容易松散和偏移。石子粒徑過小，混凝土的強(qiáng)度低，在輥壓的中后期容易造成管內(nèi)混凝土塌落。

由于亞環(huán)路的路基填方及蓋層填料均用機(jī)軋碎石料，所以對(duì)機(jī)軋碎石料需求量特別大，約需機(jī)軋碎石966000m3，目前，亞環(huán)線有三個(gè)采石場，共有5臺(tái)軋石機(jī)，輪班不停作業(yè)，以滿足施工需要。懸輥制管所需的石子均來自以上的采石場。采用石子的粒徑為0.5～2cm。

4.3 砂

懸輥制管一般采用細(xì)度模數(shù)2.3～3.0的中砂。砂子偏細(xì)，混凝土的和易性好，抗?jié)B性能好，但混凝土的強(qiáng)度低，制管中內(nèi)壁易塌落。砂子偏粗，混凝土的和易性差，抗?jié)B性能差，但混凝土的強(qiáng)度高，制管中內(nèi)壁不易塌落。

如上所述，亞環(huán)路所需的碎石料均用自已的軋石機(jī)軋石，在軋石過程中，產(chǎn)生了數(shù)量巨大的石屑。為節(jié)約成本，合理利用石屑，懸輥制管中所需的砂子，經(jīng)過多次試配，選用了自產(chǎn)的石屑來代替砂子。單方混凝土的石屑用量為680.3kg，石屑占集料總重量的39.9%。

4.4 水

自來水以及清潔的天然水都可作混凝土攪拌用水或養(yǎng)護(hù)混凝土用水。亞環(huán)路懸輥制管中所需的水來自當(dāng)?shù)氐臍J用水。

4.5 鋼筋

混凝土具有較高的抗壓強(qiáng)度，但其抗拉強(qiáng)度很低。因此，在混凝土中配置抗拉強(qiáng)度較高的鋼筋，以改善混凝土的性能。懸輥制管的焊接鋼筋骨架采用冷拔低碳鋼絲。其機(jī)械性能和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合有關(guān)規(guī)范的規(guī)定。根據(jù)橡膠圈密封柔性接口鋼筋混凝土排水管配筋圖，所需鋼筋有Φ4、Φ5冷拔低碳鋼絲。鋼絲的極限抗拉強(qiáng)度為550～650MPa。

4.5.1 縱筋

冷拔低碳鋼絲經(jīng)調(diào)直切斷機(jī)加工，按照配筋圖的要求直線下料，長度誤差不大于+10mm，直立存放，防止生銹。

4.5.2 環(huán)筋

將盤料平放在可旋轉(zhuǎn)的落筋架上，利用鋼筋骨架滾焊機(jī)進(jìn)行環(huán)筋的自動(dòng)焊成型。

4.5.3 保護(hù)層定位卡

保護(hù)層定位卡用調(diào)直后的冷拔低碳鋼絲人工彎制。綁扎在縱筋和環(huán)筋的結(jié)點(diǎn)處。綁扎時(shí)牢固，保證成型時(shí)不倒、不掉。其作用是支撐鋼筋骨架在模具中正確位置，使用扣的管子能夠承受設(shè)計(jì)外加荷載。

4.5.4 鋼筋骨架

由于混凝土在輥壓密實(shí)過程中，鋼筋骨架（尤其是環(huán)筋）不可避免地受到混凝土位移帶來的徑向和軸向推力，鋼筋骨架縱筋和環(huán)筋的結(jié)點(diǎn)不斷地受到拉力和剪切力破壞，只有焊接的鋼筋骨架才能抵抗這種破壞。

5. 懸輥工藝對(duì)混凝土的技術(shù)要求

5.1 混凝土的強(qiáng)度

懸輥制管的混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度不得低于30MPa。根據(jù)亞環(huán)路的有關(guān)規(guī)范，制管的混凝土強(qiáng)度為R28=40MPa。

5.2 混凝土的配合比

混凝土的配合比應(yīng)根據(jù)管體混凝土的強(qiáng)度要求，結(jié)合原材料的實(shí)際進(jìn)行設(shè)計(jì)，并根據(jù)具備的工藝條件經(jīng)過試驗(yàn)后調(diào)整采用。

5.2.1 管身部分混凝土的配合比

懸輥制管管身部分混凝土為干硬性混凝土。經(jīng)試驗(yàn)，管身部分每立方米混凝土的材料用量為：水泥：420kg，碎石：1024.87kg，石屑：680.3kg，水：194kg。配合比為：水泥：石屑：碎石：水＝1:1.62:2.44:0.46。水灰比為：1:0.46。

5.2.2 承口部位混凝土的配合比

承口部位每立方米混凝土的材料用量為：水泥：500kg，碎石：715kg，石屑：715kg，水：250kg。其配合比為：水泥：石屑：碎石：水＝1:1.43:1.43:0.5。水灰比為1:0.5。坍落度達(dá)到1～2cm。

5.3 混凝土的和易性

懸輥制管由于使用干硬性混凝土，在較小的水灰比的情況下，為保證拌合物的均勻性，必須采用強(qiáng)制式攪拌機(jī)。攪拌時(shí)間不得少于1.5min。承口部分特殊攪拌的混凝土采用另外的小型攪拌機(jī)。承口部分的混凝土必須每盤做坍落度試驗(yàn)，以調(diào)整其合適的水灰比。

5.4 混凝土的輸送

在懸輥制管過程中，為了保證混凝土從攪拌機(jī)直達(dá)模具之間輸送的暢通，必須用喂料機(jī)進(jìn)行喂料。

6. 懸輥制管操作要點(diǎn)

6.1 喂料階段

水泥制管模具在喂料階段轉(zhuǎn)速不宜過高，以模具能帶起填入的混凝土旋轉(zhuǎn)、克服混凝土的重力下滑，轉(zhuǎn)速再稍高一點(diǎn)即可。小管徑的轉(zhuǎn)速稍快，大管徑的轉(zhuǎn)速稍慢。如若電機(jī)配有轉(zhuǎn)速表，可用電機(jī)的轉(zhuǎn)速折算成模具的轉(zhuǎn)速，即模具轉(zhuǎn)速＝電機(jī)轉(zhuǎn)速×傳動(dòng)比×軸徑比。經(jīng)計(jì)算試驗(yàn)和測定，喂料階段不同管徑的模具轉(zhuǎn)速及相應(yīng)的電機(jī)轉(zhuǎn)速見表2。

管徑/mm	500	550	600	700	750	850	1000	1150	1300	1450
N模	70～75	70～75	70～75	70～75	70～75	70～75	70～75	70～75	70～75	70～75
N電	450～500	450～500	450～500	450～500	450～500	450～500	450～500	450～500	450～500	450～500

6.2 凈輥階段

喂料結(jié)束后，可適當(dāng)提高模具轉(zhuǎn)速，進(jìn)入凈輥階段。其目的是搟平管內(nèi)壁混凝土，利用管內(nèi)壁混凝土在輥軸上的磨擦和振動(dòng)力，繼續(xù)輥壓密實(shí)。經(jīng)計(jì)算試驗(yàn)和測定，凈輥階段不同管徑的模具轉(zhuǎn)速及相應(yīng)的電機(jī)轉(zhuǎn)速見表3。

管徑/mm	500	550	600	700	750	850	1000	1150	1300	1450
N模	120～130	100～120	90～110	80～100	80～100	80～90	100～120	80～90	80～90	80～85
N電	850～900	850～900	850～900	850～900	850～900	850～900	850～900	850～900	850～900	850～900

7. 懸輥工藝對(duì)養(yǎng)護(hù)的技術(shù)要求

7.1 管子成型后內(nèi)壁的檢查和修補(bǔ)

管子輥壓完成之后，應(yīng)及時(shí)檢查管子的內(nèi)壁成型質(zhì)量，有缺陷的要及時(shí)修補(bǔ)。

7.2 管子的蒸汽養(yǎng)護(hù)

由于亞環(huán)路水泥管的需求量特大（126km），另外由于工期的壓力，對(duì)混凝土預(yù)制管的養(yǎng)護(hù)采用加速硬化工藝是蒸汽養(yǎng)護(hù)，即以相對(duì)濕度90%以上的蒸汽熱介質(zhì)（溫度不超過100℃）加熱混凝土，升溫過程中只有冷凝過程而無蒸發(fā)發(fā)生�；炷�土預(yù)制管在蒸養(yǎng)池中進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)濕度以通入蒸養(yǎng)池中蒸汽流量控制。蒸養(yǎng)池具有保溫性能好、裝吊管方便等優(yōu)點(diǎn)。亞環(huán)路現(xiàn)有蒸養(yǎng)池10個(gè)，每個(gè)蒸養(yǎng)池長5.2m、寬3.2m，深2m。

蒸汽養(yǎng)護(hù)過程一般分為預(yù)養(yǎng)期、升溫期、恒溫期和降溫期四個(gè)階段進(jìn)行。蒸汽養(yǎng)護(hù)結(jié)束后，預(yù)制管即進(jìn)入后期養(yǎng)護(hù)階段。