埃塞亞環路工程是埃塞俄比亞首都亞的斯亞貝巴環城公路工程。項目中標價為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工程，有著重要的政治意義和經濟意義。

亞環路全長33.36km，管道工程縱向平行設置四條管線，共126km。整個管道工程的投資巨大，約占合同總價的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成的鋼筋混凝土排水管生產廠家，所以無法直接從市場上購買。再加上施工區域內的土質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烈膨脹，膨脹系數約在15%～25%之間。按英國BS規范的有關要求，這種土質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，對于亞環路管道工程，必須建立自已的預制廠，生產承插口水泥管。亞環路所需的各種管徑管材的數量見表1。

管徑/mm	500	550	600	700	750	850	1000	1150	1300	1450
數量/m	93142	5572	2970	6011	2236	1366	330	120	25	120

1. 承插口水泥管的優點及特點

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不均勻下沉而造成的管道接口扭轉形成的開裂滲漏。同時，由于取消了平口管道的混凝土基礎墊層和接口水泥砂漿抹帶等工序，實現了管道的快速施工。所以，在近年來得到了廣泛的工程應用。

承插口水泥管不同于平口水泥管的外形結構，在于管子兩端各多出一個承口和插口，并且在承口內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度要求高。所以，承口和插口的成型質量，特別是承口的成型質量，往往是懸輥機制管的難點和重點。

2. 懸輥制管工藝及制管設備介紹

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，所以國內又稱其為羅克拉制管工藝。

國內懸輥水泥制管機除少數防羅克拉外，大多數是利用其原理簡化而成。多為“兩支點”結構，即輥軸由兩套軸承支撐，門架開啟時靠活動支撐點穩定。

2.1 懸輥水泥制管機

采購了青州市海煜重工有限公司制造的四點GP1000-2.5m懸輥水泥制管機，此水泥制管機為整體型鋼框架式機架。運行時，輥軸與傳動主軸為兩點式支撐，采用電磁調速電機一級減速直接驅動。

2.2 鋼筋骨架滾焊機

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配套設備－HGS1000水泥管無級變徑鋼筋骨架滾焊機。此滾焊機在焊接不同的承插口時，不設也無需更換承口胎模，具有變徑方便，焊接牢固，主副盤強制同步旋轉，縱筋不扭曲，整個骨架連續自動完成的優點。

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。具有結構牢固，合口嚴密，拆卸方便等特點。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、磨擦使模具旋轉的作用。

由于亞環線管道工程工程量大，加上工程工期的限制，我們根據工程需要的各種管徑的不同數量，分別訂購了各種規格的模具數量。

2.4 喂料機

為使管身混凝土的喂料是連續的、均勻的，必須采用喂料機喂料。喂料機皮帶應能在模具全長范圍內往復進退，移動平穩，行車速度盡量緩慢。為方便調整喂料量，應在喂料機上附有控制混凝土料流的調整閥門，以保證其均勻連續。4臺懸輥制管機配置4臺喂料機。

2.5 攪拌機

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

2.6 蒸汽鍋爐

為了縮短水泥管的生產周期，提高模具的周轉率，提高懸輥機的利用率及勞動生產率，降低生產成本，必須對生產完成的水泥管進行合理的蒸汽養護。為與生產規格相適應，采購了一臺WNS1-1.0-Y全自動燃油蒸汽鍋爐。

2.7 吊裝設備

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

3. 生產原理及工藝特性

3.1 工藝原理

懸置在機架上的輥軸穿過模具，在電機的驅動下，傳動軸帶動輥軸以規定的速度旋轉。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。此時，陸續充填的干硬性混凝土在旋轉離心力作用下鋪在模具內壁，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壁的擠壓。隨著料層厚度的增加，輥軸對混凝土的壓力也越大，并逐漸使混凝土達到預期的密實度。混凝土輥壓密實效果主要受以下幾方面因素的制約：

（1）軸徑比：軸徑比即懸輥機的懸輥外徑與模具擋圈內徑之比。軸徑比越小，懸輥與管內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，又會帶來成型困難、容易塌落和內壁不光滑等質量問題，所以，綜合考慮，一般取軸徑比為1:4～1:5為宜（4臺懸輥機配有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）壓實量：壓實量指轉動中的輥軸依次接觸和壓實未密實混凝土的量。控制最適宜的喂料量，使輥軸在轉動中僅承擔壓實少量混凝土，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。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；超厚量太大，雖然輥壓力較大，但會影響成型后的管子內徑管壁厚度尺寸，所以一般以壓實后混凝土超過擋圈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，則輥壓密實度越好。

（6）模具轉速：模具轉速越低，則輥軸與混凝土接觸時間長，使輥壓力傳到模具筒壁的時間性得到保證，壓實效果越好。但是，要有一個前提，模具轉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，混凝土密實所需時間越長。在輥壓成型過程中，混凝土除受到輥壓力作用外，還同時受到模具旋轉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成管壁。

3.2 懸輥制管工藝流程
4. 懸輥工藝對原材料的技術要求

4.1 水泥

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

埃塞亞環路工程屬于國外工程，水泥只能由當地供應。經過試驗，選用了當地廠家生產的波特蘭水泥。該水泥符合懸輥制管的有關工藝要求及英國BS規范的要求。根據規范要求，混凝土的標號采用C40，經配合比試驗，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，混凝土的輥壓密實度較差，管子的抗滲性能不易達到要求，鋼筋骨架所受到石子的擠壓破壞作用也較嚴重，容易松散和偏移。石子粒徑過小，混凝土的強度低，在輥壓的中后期容易造成管內混凝土塌落。

由于亞環路的路基填方及蓋層填料均用機軋碎石料，所以對機軋碎石料需求量特別大，約需機軋碎石966000m3，目前，亞環線有三個采石場，共有5臺軋石機，輪班不停作業，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度模數2.3～3.0的中砂。砂子偏細，混凝土的和易性好，抗滲性能好，但混凝土的強度低，制管中內壁易塌落。砂子偏粗，混凝土的和易性差，抗滲性能差，但混凝土的強度高，制管中內壁不易塌落。

如上所述，亞環路所需的碎石料均用自已的軋石機軋石，在軋石過程中，產生了數量巨大的石屑。為節約成本，合理利用石屑，懸輥制管中所需的砂子，經過多次試配，選用了自產的石屑來代替砂子。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護混凝土用水。亞環路懸輥制管中所需的水來自當地的欽用水。

4.5 鋼筋

混凝土具有較高的抗壓強度，但其抗拉強度很低。因此，在混凝土中配置抗拉強度較高的鋼筋，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。其機械性能和驗收標準應符合有關規范的規定。根據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。鋼絲的極限抗拉強度為550～650MPa。

4.5.1 縱筋

冷拔低碳鋼絲經調直切斷機加工，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 環筋

將盤料平放在可旋轉的落筋架上，利用鋼筋骨架滾焊機進行環筋的自動焊成型。

4.5.3 保護層定位卡

保護層定位卡用調直后的冷拔低碳鋼絲人工彎制。綁扎在縱筋和環筋的結點處。綁扎時牢固，保證成型時不倒、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計外加荷載。

4.5.4 鋼筋骨架

由于混凝土在輥壓密實過程中，鋼筋骨架（尤其是環筋）不可避免地受到混凝土位移帶來的徑向和軸向推力，鋼筋骨架縱筋和環筋的結點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. 懸輥工藝對混凝土的技術要求

5.1 混凝土的強度

懸輥制管的混凝土設計強度不得低于30MPa。根據亞環路的有關規范，制管的混凝土強度為R28=40MPa。

5.2 混凝土的配合比

混凝土的配合比應根據管體混凝土的強度要求，結合原材料的實際進行設計，并根據具備的工藝條件經過試驗后調整采用。

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。經試驗，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，必須采用強制式攪拌機。攪拌時間不得少于1.5min。承口部分特殊攪拌的混凝土采用另外的小型攪拌機。承口部分的混凝土必須每盤做坍落度試驗，以調整其合適的水灰比。

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直達模具之間輸送的暢通，必須用喂料機進行喂料。

6. 懸輥制管操作要點

6.1 喂料階段

水泥制管模具在喂料階段轉速不宜過高，以模具能帶起填入的混凝土旋轉、克服混凝土的重力下滑，轉速再稍高一點即可。小管徑的轉速稍快，大管徑的轉速稍慢。如若電機配有轉速表，可用電機的轉速折算成模具的轉速，即模具轉速＝電機轉速×傳動比×軸徑比。經計算試驗和測定，喂料階段不同管徑的模具轉速及相應的電機轉速見表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

喂料結束后，可適當提高模具轉速，進入凈輥階段。其目的是搟平管內壁混凝土，利用管內壁混凝土在輥軸上的磨擦和振動力，繼續輥壓密實。經計算試驗和測定，凈輥階段不同管徑的模具轉速及相應的電機轉速見表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. 懸輥工藝對養護的技術要求

7.1 管子成型后內壁的檢查和修補

管子輥壓完成之后，應及時檢查管子的內壁成型質量，有缺陷的要及時修補。

7.2 管子的蒸汽養護

由于亞環路水泥管的需求量特大（126km），另外由于工期的壓力，對混凝土預制管的養護采用加速硬化工藝是蒸汽養護，即以相對濕度90%以上的蒸汽熱介質（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發生。混凝土預制管在蒸養池中進行養護，養護濕度以通入蒸養池中蒸汽流量控制。蒸養池具有保溫性能好、裝吊管方便等優點。亞環路現有蒸養池10個，每個蒸養池長5.2m、寬3.2m，深2m。

蒸汽養護過程一般分為預養期、升溫期、恒溫期和降溫期四個階段進行。蒸汽養護結束后，預制管即進入后期養護階段。