鋼管混凝土拱橋管內混凝土的施工

劉軍其，王也楓，高平原

（中交一航局第一工程有限公司，天津 300456）

鋼管混凝土拱橋受力合理，造型優美，架設方便，適應性廣，近20 a在我國應用廣泛，但對管內混凝土施工技術的研究還遠遠不足。本文結合工程建設實例對鋼管混凝土拱橋管內混凝土的施工進行探討。

1 工程概況

營口仙人島標志性景觀工程為擬建原油碼頭的接岸棧橋。該工程為重力墩臺式沉箱結構，棧橋墩臺之間由雙幅108m跨度鋼管混凝土拱橋連接，共計16榀，全長960 m。單幅橋面寬14.54m，高18.167m，采用下承式鋼管混凝土系桿拱橋結構。單片拱肋采用雙肢式斷面，由弦管和腹桿焊接而成。拱肋弦管外徑900 mm，上弦管弧長114.44m，距橋面18.167m，下弦管弧長105.918m，距橋面高16.167m，上、下弦管軸線間距2.0m，單榀拱橋4根弦管內灌注混凝土256m3。單片拱肋間設置橫撐及K撐以增大橫向剛度，橫撐及K撐由主桿和腹桿焊接而成。橋面系由系桿、縱梁、橫梁及聯接系組成。吊索為柔性，采用帶有雙層PE護套的鍍鋅高強鋼絲，頂端配備可張拉冷鑄錨具，底端為吊鉸，上下還可以有些微緊縮功能。行車道部分為鋼筋混凝土橋面，管線帶鋪設鋼格板。

棧橋總體布置效果如圖1所示。

圖1 棧橋總體布置效果

2 混凝土配合比設計

2.1 混凝土技術要求

鋼管混凝土拱橋管內混凝土設計強度等級為C60，彈性模量≥3.8×104MPa，早期強度＞85%設計強度。

管內混凝土工作性能要求：

1）坍落度180～220mm，擴散度420～620mm；

2）坍落度2 h損失量≤30mm；

3）混凝土初凝時間≥8 h；

4）混凝土在水中28 d膨脹率達到（2～6）×10-4；

5）混凝土拌合物含氣量≤2%；

6）混凝土相對壓力泌水率≤35%。

2.2 原材料選擇

選擇優質原材料進行管內混凝土配合比設計[1]，通過考察遼寧地區各種原材料，并經試驗，選用大連水泥廠52.5R普通硅酸鹽水泥，營口展鵬Ⅰ級硅粉，細度模量＞2.3的歸州河砂，最大粒徑＜25mm，歸州石場碎石，沈陽萬砼WT（固）膨脹劑，天津豹鳴UBM-1（固）高效減水劑進行配合比設計。各種原材料均符合“水運工程混凝土質量控制標準”的要求。

2.3 配合比試配

根據原材料試驗數據及以往混凝土配合比經驗進行了一系列實驗室試拌及試塊制作，最終選定混凝土配合比如表1所示。

表1 混凝土配合比

3 管內混凝土施工

采用現場附近攪拌站供混凝土，從岸邊向海側推進。每榀鋼管混凝土拱橋管內混凝土按照先下弦管后上弦管的順序灌注，灌注時利用混凝土輸送泵將混凝土從鋼管拱橋南北兩端的拱腳壓入，保持同步倒灌頂升泵送，直到拱橋頂的出氣管口冒出混凝土為止。

管內混凝土[2]施工流程為：

施工準備→開設灌注孔與出氣孔→布設輸灰管道和輸送泵→灌注管內混凝土→清洗設備及封堵灌注孔、出氣孔。

3.1 施工準備

備足混凝土原材料并進行檢驗，選擇3臺泵送能力50 m3/h，出口壓力為16MPa的HBT-80高壓固定式混凝土輸送泵，設置1座攪拌能力為90m3/h拌合站；配備4臺6 m3混凝土罐車。

3.2 開設灌注孔、出氣孔

在每根弦管兩端拱腳距橋面1.2m處 （根據高壓固定式混凝土輸送泵高度設定）各開設一個直徑125mm灌注孔，灌注孔與弦管軸線夾角小于30°，以減小泵送阻力，減小對拱管的沖擊。在每根弦管頂部開設一個直徑為100 mm的出氣孔。

3.3 布局輸灰管道和輸送泵

由于只能單側供灰，所以在陸側布置2臺輸送泵，其中1臺通過輸灰管道，與弦管灌注孔連接，另1臺通過輸灰管道與海側的第3臺輸送泵速接，同樣第3臺輸送泵也用輸灰管道與弦管灌注孔相連。

輸灰管道采用直徑125mm的高壓管，其上設置防回流截止閥，管道沿線路設置一定數量的支架，管道盡量少用彎頭。

輸灰管道與輸送泵布置如圖2所示。

圖2 輸灰管道與輸送泵布置

3.4 灌注管內混凝土

3.4.1 輸灰管道水密試驗

關閉輸灰管道上防回流截止閥，在輸送泵料斗內裝清水泵送，檢查輸送泵運轉是否正常，輸灰管道是否滲漏。

3.4.2 泵送砂漿

在灌注混凝土前先泵送砂漿濕潤輸灰管道，減少混凝土泵送阻力，注意砂漿不得進入弦管內。

3.4.3 灌注混凝土

管內混凝土采取從弦管南北兩端拱腳處倒灌頂升泵送方法連續灌注，并在混凝土初凝前完成。

管內混凝土施工注意事項為：

1）原材料必須與配合比設計相一致，所有原材料進場后要進行檢驗，合格后方可使用。

2）原材料按施工配合比準確計量，嚴格控制攪拌時間，確保攪拌均勻。

3）灌注混凝土開始時輸送泵應處于低速運行狀態，并觀察泵的壓力和各部件工作情況，待泵送工作正常后，方可提高泵送速度。泵送混凝土應連續進行，盡量避免停泵。當混凝土供應不足時，宜降低泵送速度。當泵壓升高，管道振動時，應及時對管路進行檢查，并放慢泵送速度或使泵反轉，以防堵塞。泵送混凝土時，泵的料斗應裝滿混凝土，當吸入空氣，應立即反轉泵將混凝土抽回料斗內，待去除空氣后改為正轉泵送。當泵管被堵塞時，可用木棰敲擊管路，關閉截止閥，停泵卸壓后拆卸阻塞管的管段，取出阻塞的混凝土雜物后接管，打開截止閥再行泵送。

4）嚴格遵循管內混凝土兩邊上升對稱的施工要求，防止一邊上升過快引起弦管縱向振動，可通過混凝土泵送量及敲擊檢查的結果等來判斷兩側管內混凝土高差，按不超過1m控制。

當出氣孔有混凝土排出時，應放慢泵送速度，每泵一下停一下直到純凈混凝土溢出為止（出氣口流出的混凝土濃度與泵送混凝土濃度相同），然后穩壓，關閉截止閥。

3.5 清洗設備及封堵灌注孔、出氣孔

清洗拆除輸送泵和輸灰管道，待管內混凝土強度達到80%設計強度后可割除弦管上的灌注孔管和出氣孔管，并用原切割孔的鋼板封堵焊接，以防雨水侵入和碳化反應。

4 施工效果

1）管內混凝土強度達到設計強度后，天津港灣工程質量檢測中心有限公司采用超聲波無損檢測，16榀拱橋聲速均在3594～4182m/s之間，變異系數均小于3.0%，混凝土均勻性良好，沒有發現鋼管混凝土拱橋中鋼管壁與鋼管內混凝土之間存在“脫黏”的現象[3]。

2）鋼管混凝土拱橋橋面鋼筋混凝土施工完畢達到設計強度后，西安長大公路工程檢測中心對整橋進行荷載試驗，其承載能力和工作性能均滿足設計要求[3]。

5 結語

1）鋼管混凝土拱橋內混凝土配合比設計除對原材料選擇，拌合物坍落度損失量，初凝時間，微膨脹性等常規性技術要求外，還對影響管內混凝土硬化體與管壁間黏結性能的拌合物含氣量、相對壓力泌水率進行了控制，實施效果良好，提高了工程質量。

2）每榀拱橋灌注管內混凝土時，按照先兩根下弦管后兩根上弦管的灌注順序，4個進灰口同時連續倒灌頂升泵送，均在6 h以內完成，提高了施工速度，也達到了對稱均衡加載的效果。

3）實踐表明本工程上、下弦管內混凝土的施工工藝是成功的，可供參考。但混凝土拌合物含氣量，相對壓力泌水率的合理取值范圍還有待于進一步試驗研究。

[1] JTS202—2011，水運工程混凝土施工規范[S].

[2] 陳寶春.鋼管混凝土拱橋（2版）[M].北京：北京人民交通出版社，2007.

[3] 李鋒，丁慶軍，陳寶春，等.鋼管混凝土拱橋內混凝土品質檢驗綜述[J].混凝土，2011（9）：118-120.