埃塞亚环路工程是埃塞俄比亚首都亚的斯亚贝巴环城公路工程。项目中标价为4.59亿比尔（合6725万美元），因其特殊的地理位置及较大的资金投入，成为埃塞政府的重点工程，有着重要的政治意义和经济意义。

亚环路全长33.36km，管道工程纵向平行设置四条管线，共126km。整个管道工程的投资巨大，约占合同总价的1/4。比例这么大的管道工程在我们国家铺路筑桥史上是罕见的。另外，由于埃塞市场没有现成的钢筋混凝土排水管生产厂家，所以无法直接从市场上购买。再加上施工区域内的土质是以非洲特有的黑棉花土（黑膨胀土）为主，这种黑棉花土遇水强烈膨胀，膨胀系数约在15%～25%之间。按英国BS规范的有关要求，这种土质的管道必须采用柔性接口安装，而承插口钢筋混凝土管，正是一种采用橡胶圈作为密封柔性接口材料的管道。综上所述，对于亚环路管道工程，必须建立自已的预制厂，生产承插口水泥管。亚环路所需的各种管径管材的数量见表1。

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

1. 承插口水泥管的优点及特点

由于承插口水泥管采用了橡胶圈作为密封柔性接口，可以有效地避免基础不均匀下沉而造成的管道接口扭转形成的开裂渗漏。同时，由于取消了平口管道的混凝土基础垫层和接口水泥砂浆抹带等工序，实现了管道的快速施工。所以，在近年来得到了广泛的工程应用。

承插口水泥管不同于平口水泥管的外形结构，在于管子两端各多出一个承口和插口，并且在承口内壁和插口外壁上各有供安装密封橡胶圈的工作面。尤其是管子的承口，其几何形状复杂，混凝土体积大，为克服管子安装后被压缩的橡胶圈径向膨胀力，承口水泥管的受拉强度要求高。所以，承口和插口的成型质量，特别是承口的成型质量，往往是悬辊机制管的难点和重点。

2. 悬辊制管工艺及制管设备介绍

悬辊制管工艺是悬置式辊轴辊压制管工艺的简称。由于该工艺是澳大利亚罗克拉公司于1943年首先采用，所以国内又称其为罗克拉制管工艺。

国内悬辊水泥制管机除少数防罗克拉外，大多数是利用其原理简化而成。多为“两支点”结构，即辊轴由两套轴承支撑，门架开启时靠活动支撑点稳定。

2.1 悬辊水泥制管机

采购了青州市海煜重工有限公司制造的四点GP1000-2.5m悬辊水泥制管机，此水泥制管机为整体型钢框架式机架。运行时，辊轴与传动主轴为两点式支撑，采用电磁调速电机一级减速直接驱动。

2.2 钢筋骨架滚焊机

由于悬辊制管必须采用焊接成型的钢筋骨架。为了保证焊接的质量，提高钢筋骨架成型的速度，我们采购了青州市海煜重工有限公司悬辊机配套设备－HGS1000水泥管无级变径钢筋骨架滚焊机。此滚焊机在焊接不同的承插口时，不设也无需更换承口胎模，具有变径方便，焊接牢固，主副盘强制同步旋转，纵筋不扭曲，整个骨架连续自动完成的优点。

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。水泥制管模具由筒体（两半模）、承口法兰、插口圈等部件组成。具有结构牢固，合口严密，拆卸方便等特点。承口法兰、插口圈等部件除用于成型承插口外，还起支撑模具、与辊轴接触、磨擦使模具旋转的作用。

由于亚环线管道工程工程量大，加上工程工期的限制，我们根据工程需要的各种管径的不同数量，分别订购了各种规格的模具数量。

2.4 喂料机

为使管身混凝土的喂料是连续的、均匀的，必须采用喂料机喂料。喂料机皮带应能在模具全长范围内往复进退，移动平稳，行车速度尽量缓慢。为方便调整喂料量，应在喂料机上附有控制混凝土料流的调整阀门，以保证其均匀连续。4台悬辊制管机配置4台喂料机。

2.5 搅拌机

由于悬辊制管采用干硬性混凝土，为保证拌合物的均匀性，必须采用强制式搅拌机搅拌。为与4台悬辊制管机相匹配，配置了4台JW250强制式涡浆搅拌机。

2.6 蒸汽锅炉

为了缩短水泥管的生产周期，提高模具的周转率，提高悬辊机的利用率及劳动生产率，降低生产成本，必须对生产完成的水泥管进行合理的蒸汽养护。为与生产规格相适应，采购了一台WNS1-1.0-Y全自动燃油蒸汽锅炉。

2.7 吊装设备

由于模具的自重较大，又因在悬辊制管生产过程中需要较高频率的吊装（如合模、拆模，吊运管道，吊运蒸养），为提高频率，方便生产，购置了两台龙门吊。

3. 生产原理及工艺特性

3.1 工艺原理

悬置在机架上的辊轴穿过模具，在电机的驱动下，传动轴带动辊轴以规定的速度旋转。在辊轴与模具两端挡圈磨擦力作用下，模具与辊轴作同方向旋转。此时，陆续充填的干硬性混凝土在旋转离心力作用下铺在模具内壁，由于模具和混凝土自重的影响，超过挡圈高度的混凝土，即开始受到辊轴与模具内壁的挤压。随着料层厚度的增加，辊轴对混凝土的压力也越大，并逐渐使混凝土达到预期的密实度。混凝土辊压密实效果主要受以下几方面因素的制约：

（1）轴径比：轴径比即悬辊机的悬辊外径与模具挡圈内径之比。轴径比越小，悬辊与管内混凝土接触面积越小，所施加的辊压力也越大，轴径比越大则辊压力越小。但轴径比过小，又会带来成型困难、容易塌落和内壁不光滑等质量问题，所以，综合考虑，一般取轴径比为1:4～1:5为宜（4台悬辊机配有176mm、215mm两种互换）。

（2）模具自重：模具自重越大，成型过程中的辊压力越大，但这往往受到定型模具的限制。

（3）压实量：压实量指转动中的辊轴依次接触和压实未密实混凝土的量。控制最适宜的喂料量，使辊轴在转动中仅承担压实少量混凝土，以保证单位面积所集中的辊压力最大。

（4）超厚量：只有保证压实后的混凝土高度超过模具挡圈高度，才能保证混凝土辊压密实。超厚量太小，则由于挡圈的限制，混凝土有可能未得到充分压实；超厚量太大，虽然辊压力较大，但会影响成型后的管子内径管壁厚度尺寸，所以一般以压实后混凝土超过挡圈3～5mm来控制喂料为宜。

（5）混凝土的和易性：混凝土的和易性越好，则辊压密实度越好。

（6）模具转速：模具转速越低，则辊轴与混凝土接触时间长，使辊压力传到模具筒壁的时间性得到保证，压实效果越好。但是，要有一个前提，模具转速必须保证满足混凝土所受的离心力作用而不致滑落。

（7）管壁混凝土厚度：管壁越厚，混凝土密实所需时间越长。在辊压成型过程中，混凝土除受到辊压力作用外，还同时受到模具旋转造成的离心力和模具由于投料均匀性影响而形成的自身振动力的作用。辊压成型原理即是通过上述工艺过程和三种力的组合作用（其中主要是辊压力），而使干硬性混凝土密实成管壁。

3.2 悬辊制管工艺流程
4. 悬辊工艺对原材料的技术要求

4.1 水泥

按照悬辊工艺的特点合理选用水泥是十分重要的。悬辊制管宜选用标号425的普通硅酸水泥或早强型普通硅酸水泥（即425R）。

埃塞亚环路工程属于国外工程，水泥只能由当地供应。经过试验，选用了当地厂家生产的波特兰水泥。该水泥符合悬辊制管的有关工艺要求及英国BS规范的要求。根据规范要求，混凝土的标号采用C40，经配合比试验，单方混凝土的水泥用量为420kg。

4.2 石子

悬辊制管一般采用石子的粒径为0.5～2cm。石子粒径越大，混凝土的辊压密实度较差，管子的抗渗性能不易达到要求，钢筋骨架所受到石子的挤压破坏作用也较严重，容易松散和偏移。石子粒径过小，混凝土的强度低，在辊压的中后期容易造成管内混凝土塌落。

由于亚环路的路基填方及盖层填料均用机轧碎石料，所以对机轧碎石料需求量特别大，约需机轧碎石966000m3，目前，亚环线有三个采石场，共有5台轧石机，轮班不停作业，以满足施工需要。悬辊制管所需的石子均来自以上的采石场。采用石子的粒径为0.5～2cm。

4.3 砂

悬辊制管一般采用细度模数2.3～3.0的中砂。砂子偏细，混凝土的和易性好，抗渗性能好，但混凝土的强度低，制管中内壁易塌落。砂子偏粗，混凝土的和易性差，抗渗性能差，但混凝土的强度高，制管中内壁不易塌落。

如上所述，亚环路所需的碎石料均用自已的轧石机轧石，在轧石过程中，产生了数量巨大的石屑。为节约成本，合理利用石屑，悬辊制管中所需的砂子，经过多次试配，选用了自产的石屑来代替砂子。单方混凝土的石屑用量为680.3kg，石屑占集料总重量的39.9%。

4.4 水

自来水以及清洁的天然水都可作混凝土搅拌用水或养护混凝土用水。亚环路悬辊制管中所需的水来自当地的钦用水。

4.5 钢筋

混凝土具有较高的抗压强度，但其抗拉强度很低。因此，在混凝土中配置抗拉强度较高的钢筋，以改善混凝土的性能。悬辊制管的焊接钢筋骨架采用冷拔低碳钢丝。其机械性能和验收标准应符合有关规范的规定。根据橡胶圈密封柔性接口钢筋混凝土排水管配筋图，所需钢筋有Φ4、Φ5冷拔低碳钢丝。钢丝的极限抗拉强度为550～650MPa。

4.5.1 纵筋

冷拔低碳钢丝经调直切断机加工，按照配筋图的要求直线下料，长度误差不大于+10mm，直立存放，防止生锈。

4.5.2 环筋

将盘料平放在可旋转的落筋架上，利用钢筋骨架滚焊机进行环筋的自动焊成型。

4.5.3 保护层定位卡

保护层定位卡用调直后的冷拔低碳钢丝人工弯制。绑扎在纵筋和环筋的结点处。绑扎时牢固，保证成型时不倒、不掉。其作用是支撑钢筋骨架在模具中正确位置，使用扣的管子能够承受设计外加荷载。

4.5.4 钢筋骨架

由于混凝土在辊压密实过程中，钢筋骨架（尤其是环筋）不可避免地受到混凝土位移带来的径向和轴向推力，钢筋骨架纵筋和环筋的结点不断地受到拉力和剪切力破坏，只有焊接的钢筋骨架才能抵抗这种破坏。

5. 悬辊工艺对混凝土的技术要求

5.1 混凝土的强度

悬辊制管的混凝土设计强度不得低于30MPa。根据亚环路的有关规范，制管的混凝土强度为R28=40MPa。

5.2 混凝土的配合比

混凝土的配合比应根据管体混凝土的强度要求，结合原材料的实际进行设计，并根据具备的工艺条件经过试验后调整采用。

5.2.1 管身部分混凝土的配合比

悬辊制管管身部分混凝土为干硬性混凝土。经试验，管身部分每立方米混凝土的材料用量为：水泥：420kg，碎石：1024.87kg，石屑：680.3kg，水：194kg。配合比为：水泥：石屑：碎石：水＝1:1.62:2.44:0.46。水灰比为：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为：水泥：500kg，碎石：715kg，石屑：715kg，水：250kg。其配合比为：水泥：石屑：碎石：水＝1:1.43:1.43:0.5。水灰比为1:0.5。坍落度达到1～2cm。

5.3 混凝土的和易性

悬辊制管由于使用干硬性混凝土，在较小的水灰比的情况下，为保证拌合物的均匀性，必须采用强制式搅拌机。搅拌时间不得少于1.5min。承口部分特殊搅拌的混凝土采用另外的小型搅拌机。承口部分的混凝土必须每盘做坍落度试验，以调整其合适的水灰比。

5.4 混凝土的输送

在悬辊制管过程中，为了保证混凝土从搅拌机直达模具之间输送的畅通，必须用喂料机进行喂料。

6. 悬辊制管操作要点

6.1 喂料阶段

水泥制管模具在喂料阶段转速不宜过高，以模具能带起填入的混凝土旋转、克服混凝土的重力下滑，转速再稍高一点即可。小管径的转速稍快，大管径的转速稍慢。如若电机配有转速表，可用电机的转速折算成模具的转速，即模具转速＝电机转速×传动比×轴径比。经计算试验和测定，喂料阶段不同管径的模具转速及相应的电机转速见表2。

管径/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电	450～500	450～500	450～500	450～500	450～500	450～500	450～500	450～500	450～500	450～500

6.2 净辊阶段

喂料结束后，可适当提高模具转速，进入净辊阶段。其目的是擀平管内壁混凝土，利用管内壁混凝土在辊轴上的磨擦和振动力，继续辊压密实。经计算试验和测定，净辊阶段不同管径的模具转速及相应的电机转速见表3。

管径/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电	850～900	850～900	850～900	850～900	850～900	850～900	850～900	850～900	850～900	850～900

7. 悬辊工艺对养护的技术要求

7.1 管子成型后内壁的检查和修补

管子辊压完成之后，应及时检查管子的内壁成型质量，有缺陷的要及时修补。

7.2 管子的蒸汽养护

由于亚环路水泥管的需求量特大（126km），另外由于工期的压力，对混凝土预制管的养护采用加速硬化工艺是蒸汽养护，即以相对湿度90%以上的蒸汽热介质（温度不超过100℃）加热混凝土，升温过程中只有冷凝过程而无蒸发发生。混凝土预制管在蒸养池中进行养护，养护湿度以通入蒸养池中蒸汽流量控制。蒸养池具有保温性能好、装吊管方便等优点。亚环路现有蒸养池10个，每个蒸养池长5.2m、宽3.2m，深2m。

蒸汽养护过程一般分为预养期、升温期、恒温期和降温期四个阶段进行。蒸汽养护结束后，预制管即进入后期养护阶段。