近些年來，隨著我國高速公路的飛速發展，鋼筋混凝土圓管涵以其經濟適用、施工簡單、便捷等優點，越來越多地在高速公路中得到廣泛應用，但對以往高速公路的圓管涵調查發現，其質量卻不盡人意，幾乎所有圓管涵均存在著不同程度的開裂現象。通過認真的分析研究，在很大程度上與圓管涵本身的品質有著很大的關系，因此，筆者以離心水泥制管機成型的鋼筋砼圓管涵為例，結合臨長高速公路的成功經驗從管涵設計、離心法砼配合比設計、離心法成型工藝以及蒸汽濕熱養護方面進行探討如何提高鋼筋混凝土圓管涵的品質。

1. 鋼筋配制方面

通過對以往高速公路圓管涵開裂原因的研究發現，影響圓管涵品質的主要原因是圓管涵砼強度及環向鋼筋的布設、配筋率存在一定的缺陷。

1.1 管涵混凝土設計強度等級偏低，且不論填土高度多少、管涵直徑大小，一律用采C20。

1.2 內外環向鋼筋采用相同的配筋率，且配筋率偏小。

正因為這2方面的缺陷，致使管涵達不到二級要求，有的甚至連一級管都達不到。圓管涵的受力狀態較為復雜，一般情況是內側受拉、外側受壓，對于雙層布筋的圓管，除留有足夠的保護層外，盡可能地將鋼筋布置在內外側邊緣，根據管涵的受力特征，一般應使Agn>Agw（Agn、Agw分別為內、外側鋼筋截面面積）。

以1250Ⅱ級管為例采用I級鋼筋的計算鋼筋面積與原設計圖紙配筋面積對照表見表1。很顯然Agn=Agw就不合理。

規格	計算的鋼筋截面面積 （最小應不小于如下數值）		原設計圖紙配筋面積 （內外均為16圈）
	Agn	Agw	Agn	Agw
1250	850	490	628	6.28

為此，臨長高速公路根據其受力特征，對螺旋形主鋼筋采取不對稱配置，即在原設計的基礎上，保持外環筋環數不變，增加內環筋的環數，由于增大了內環筋環數，配筋面積、配筋率都較原來的增大，提高了內側的抗拉強度，推遲內壁裂縫的發生。見表2、表3。

類別	名稱	鋼筋規格/mm	骨架直徑/cm	環數/n	螺距/cm	長度/m	重量/kg	配筋面積/cm2	配筋率/%
原設計	內環筋	10	130	16	12.90	65.68	40.52	12.56	0.5233
	外環筋	10	144	16	12.90	72.71	44.86	12.56	0.5233
變更后	內環筋	10	130	20	11.43	82.01	50.6	15.71	0.654
	外環筋	10	144	16	12.9	72.71	44.86	12.56	0.5233

注：管徑為125cm。

編號	粗集料	原設計		變更后設計
		荷載	內側裂縫	荷載	內側裂縫
1#	碎石	60	0.08	60	0
		70	0.15	70	0.05
		80	0.21	81	0.08
2#	碎石	60	0.05	60	0.01
		70	0.15	70	0.05
		80	0.25	81	0.15
3#	碎石	60	0.11	60	0.02
		70	0.20	70	0.08
		80	0.30	81	0.16

通過涵管外壓試驗可以看出，對內外環鋼筋骨架采取不對稱配置，即增加內環筋環數，是提高管涵品質的有效途徑之一。

鋼筋的屈服強度對管涵的承載能力也有影響，當采用Ⅰ級鋼筋作為螺旋形主鋼筋時，須經過冷拉時效處理，以提高其屈服強度或采用小徑級的高強冷拔絲，增加內外環筋的環數，提高鋼筋的強度。

2. 水泥砼設計

涵管砼配合比設計因管涵制作、施工工藝不同而有所區別，對于立式振動成型的管涵，主要考慮砼的和易性及強度，而離心法成型管涵則需考慮砼強度、砼離析，下面具體敘述如何通過控制其設計配合比及原材料來提高管涵的品質。

2.1 粗集料對砼強度起到非常重要的作用，由于管涵一般為薄壁結構，對于粗集料的規格在技術標準上明確規定：離心式砼集料的最大粒徑不應超過壁厚的1/3～1/4，并不得大于15～20mm。同時對碎石與礫石作了對比試驗，用碎石拌制的砼，其抗壓抗折強度較用礫石拌的砼高，因此在選取粗集料時，優先考慮使用碎石。

2.2 水泥及水泥用量。水泥強度等級不低于42.5MPa，采用高強度水泥可以減少水泥用量，宜優先采用42.5或52.5水泥。

離心式混凝土的水泥用量計算與普通砼的計算基本相同，但考慮到離心法成型過程中有一部分水泥（約5%左右）隨砼中富余水的排出而流失，故在配合比中，水泥用量在一般砼水泥用量的基礎上適當增加5%左右。

2.3 適當降低砂率。由于砼在高速離心的作用下易發生離析，成型后的管涵可以看到其內壁約有2～3cm的水泥砂漿層，由于沒有粗骨料，其強度較低，因此，在配合比設計時，其砂率應比普通砼低些，建議砂率在28%～30%。

2.4 嚴格控制水灰比。離心式混凝土的水灰比分為拌和投料時的水灰比和離心成型后的水灰比。拌和時的水灰比以砼的和易性來控制，即通過坍落度來控制。因考慮坍落度大，砼在較大離心力的作用下易離析，因此在設計砼配合比時，將坍落度控制在1.5cm以內，根本不必擔心砼因坍落度小而不密實。投料后，砼在離心力的作用下擠密成型，部分富余的水被排出，其排出的水量約為單位用水量的20%～30%，成型后管涵砼的實際水灰比顯著降低，而且砼也非常的密實，從而使砼的強度大大提高，因此離心法成型的管涵一般情況下只要試配強度合格，不必擔心砼強度達不到要求，甚至比設計強度高很多，達到了40～50MPa，根據臨長路推薦的配合比為：C：S：G：W=400：540：1 300：164。

3. 管涵制作工藝

制作工藝是保證管涵質量的關鍵工序，一般分為4個階段：①澆灌投料階段，這一階段主要是將拌和好的混凝土采用機械或人工的方法投入到慢速旋轉的鋼模內；②均勻布料階段，混凝土借助于離心力作用，均勻分布在鋼模內，并開始慢慢密實成型，防止砼離析；③中速階段，即由慢速向快速過渡的中間階段，防止鋼模由于加速過快從托輪上脫離，引起安全事故；④密實成型階段，混凝土在較大的離心力作用下，進一步密實，直到達到理想的密實狀態和預期的強度。

由此可見，管涵成型的質量好壞，決定于鋼模的轉速，當轉速過低時，砼內部空隙難被水泥漿充填密實，易形成麻面，砼強度難以達到要求，且管涵滲漏而引起內部鋼筋銹蝕。當轉速過高時，砼在較大的離心力作用下，易發生離析現象，混凝土粗骨料富集于管涵外壁，水泥砂漿富集于管涵內壁，引起內壁的砼因無粗骨料，而使強度偏低，因此應根據砼的和易性及鋼筋的間距控制托輪每個階段的轉速、離心的時間，盡可能地既要保證管涵砼密實，又要盡可能地減少砼的離析分層。推薦的離心成型參數見表4。

管徑/mm	投料次數	投料		慢速		中速		快速
		轉速	時間	轉速	時間	轉速	時間	轉速	時間
350～600	1	80～120	2～4	120～170	1～2	150～250	2～5	350～400	9～15
700～900	1	80～110	3～6	120～170	2～4	200～280	3～5	350～400	16～24
1000以上	1～2	80～110	5～7	120～170	4～5	200～280	4～5	350～400	25～35

注：表中轉速指離心機托輪的轉速，托輪的直徑為600mm。

4. 養護

養護也是非常重要的一個環節，為了提高生產效率，加快鋼模周轉，目前常采用蒸汽濕熱養護的方法。蒸汽濕熱養護方法共分為4個階段，即預養、升溫、恒溫、降溫，各階段的溫度、時間、升溫速度、降溫速度控制見表5。

管涵規格/mm	靜置時間	升溫		恒溫		降溫
		時間/h	溫度/℃	時間/h	溫度/℃	時間/h	溫度/℃
400～500	1.5～5	2	50	3	85	0.5	45
600～900	1.5～5	2	50	3.5	85	0.5	45
1000～1350	1.5～5	2	50	4	85	0.5	45

4.1 預養：靜停，使砼獲得初始強度，這種初始強度有利于抵抗升溫過程中砼結構中裂縫的產生和發展，預養的時間取決于砼的品種及當時室外氣溫的高低。一般水泥的等級越高，而且砼的干硬度越高，則制品的預養時間就越短；室外氣溫高，制品預養時間短，砼的預養時間波動較大，一般為1～3h。

4.2 升溫：當制品的砼達到一定的初始強度后，即放入養生池進行濕熱養護，由于處于硬化中的砼，溫度在 50℃～60℃時，其熱膨脹顯著增大，因此升溫時應采用階段式升溫，即在較低溫度（35℃～40℃或45℃～50℃）時便安排一段等溫養護時間，待制品獲得一定的結構強度后，再加快升溫，這可使砼強度發展較好，最大變形和殘余變形也都較小，為防止溫度應力造成的裂縫，應盡量使升溫緩慢而均勻。

4.3 恒溫：恒溫溫度視水泥品種而異，并與砼的配合比及成型工藝等因素密切相關，普通硅酸鹽水泥的溫度為 80℃±5℃，礦渣或火山灰水泥的恒溫溫度為95℃±5℃，這一階段對于普通硅酸鹽水泥制品主要控制恒溫時間和恒溫溫度，砼恒溫養護時的溫度越高，砼強度發展越快，但由于砼膨脹變形，而使后期強度損失越多，砼恒溫養護時間越長，砼強度增長越高，但對每一恒溫溫度存在著一個臨界恒溫時間，越過臨界時間，強度不再增長，甚至還要產生強度回降；對礦渣水泥砼制品不存在臨界限性的問題，所以可提高養護溫度并縮短養護時間。普通水泥砼往往要求其恒溫溫度不超過75℃～85℃，對于其水灰比較大的塑性砼或脫模養護的砼，則尤其嚴加限制恒溫溫度不得過高，普通水泥砼的升溫及恒溫時間是互相影響的，在不改變總養護時間的前提下，適當減少恒溫時間，并相應延長升溫時間較為有利。

4.4 降溫：降溫階段要十分注意溫度應力引起的裂縫和溫度梯度引起的水分大量蒸發，以免造成方向性通路，引起砼的干縮。

砼制品經過濕蒸養生脫模后，還應繼續澆水養生5～6d以此來補強。表6為自然養護制品的澆水次數。

表6 自然養護制品的澆水次數