下承式提籃拱橋鋼管混凝土頂升法壓注施工

劉 斌

(中鐵十六局集團(tuán)第三工程有限公司，浙江湖州 313000)

1 工程概況

新建武漢至黃岡城際鐵路路口特大橋位于黃岡市路口鎮(zhèn)，設(shè)計(jì)里程為 DK52+429.735 ～DK58+393.495，全長(zhǎng)5.964 km，共計(jì)177跨。其中92號(hào)～93號(hào)跨上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用1-112 m提籃拱，跨越106國(guó)道，與線路夾角151°，系桿拱梁全長(zhǎng)116 m，計(jì)算跨度112 m。拱肋采用懸鏈線方程(拱肋平面內(nèi))為y=f(chkξ－1)/(m－1)，拱肋鋼管直徑為1 200 mm，截面高度為3.0 m，采用啞鈴形鋼管混凝土截面，由厚18 mm的鋼板卷制形成，腹板采用厚16 mm的鋼板與拱肋連接，鋼管內(nèi)填充C55無(wú)收縮混凝土，鋼管及鋼板采用Q345q-D和Q235q-D鋼材。拱肋在橫橋向內(nèi)傾9°，形成提籃式，拱頂處兩拱肋中心距9.19 m，拱腳處兩拱肋中心距16.20 m。全橋共有48根吊桿，采用尼爾森體系，索體采用外包不銹鋼防護(hù)低應(yīng)力索體，采用127根φ7高強(qiáng)低松弛鍍鋅平行鋼絲束，冷鑄鐓頭錨。

2 施工準(zhǔn)備

2.1 上道工序驗(yàn)收

鋼管拱安裝完成后，對(duì)鋼管拱線型及焊接質(zhì)量進(jìn)行驗(yàn)收，鋼管拱線型應(yīng)符合《高速鐵路橋涵工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》的要求，采用100%超聲波和不少于10%的X射線對(duì)全溶透焊縫及溶透性焊縫進(jìn)行檢測(cè)，焊縫質(zhì)量符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》。焊縫強(qiáng)度要求與母材等強(qiáng)，焊縫高度he=s，焊縫余高c應(yīng)趨于零。經(jīng)以上驗(yàn)收合格后方可進(jìn)行混凝土灌注施工。

2.2 施工配合比設(shè)計(jì)

提籃拱鋼管混凝土采用C55無(wú)收縮混凝土，泵送法施工，設(shè)計(jì)坍落度180 mm～220 mm，初凝時(shí)間不小于12 h，為確保內(nèi)填混凝土的密實(shí)及確定膨脹劑的品種及摻量，對(duì)混凝土進(jìn)行嚴(yán)格的性能試驗(yàn)。

根據(jù)基準(zhǔn)和調(diào)整的配合比混凝土拌合物的性能、抗壓強(qiáng)度及耐久性試驗(yàn)結(jié)果，按照經(jīng)濟(jì)合理的原則，選定配合比為:

水泥∶粉煤灰∶礦粉∶砂∶石∶水∶膨脹劑∶減水劑 =350∶30∶70∶712∶1 068∶140∶50∶7.0。

核算單方混凝土氯離子含量(占膠凝材料):

［(350 ×0.02%+30 ×0.004%+70 ×0.01%+712 ×0.004%+1 068×0.006%+140 ×38/106+50 ×0.02%+7.0 ×0.03%)/500］×100%=0.04% ＜0.10%。

核算單方混凝土總堿含量:

350×0.59%+1/6×30×1.12%+1/2 ×70×0.46%+140×55/106+50 ×0.40%+7.0 ×1.9%=2.623 kg/m3＜3.0 kg/m3。

核算單方混凝土三氧化硫含量(占膠凝材料):

［(350 ×2.5%+712 ×0.25%+1 068 ×0.2%+30 ×0.8%+70×2%+140×56/106)/500］×100%=2.9% ＜4%。

該配合比耐久性指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)使用100年年限級(jí)別要求。

3 施工工藝及方法

拱肋鋼管混凝土共計(jì)606 m3，單管混凝土最大方量為130 m3，考慮混凝土拌合站混凝土供應(yīng)能力約35 m3/h，單管對(duì)稱壓注時(shí)間約4 h左右，總計(jì)分3次壓注，鋼管內(nèi)混凝土采用由拱腳向拱頂連續(xù)頂升泵送施工，距離提籃拱拱腳8 m～15 m左右，在地面各設(shè)置1臺(tái)HBT90.20.180S地泵，四個(gè)拱腳處地泵同時(shí)泵送，一次到頂，施工時(shí)準(zhǔn)備6臺(tái)SY5125THB-9018Ⅲ地泵(4臺(tái)施工，2臺(tái)備用)，泵送順序?yàn)樯瞎堋鹿堋骨弧４炷翉?qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度90%以上方可灌注同拱肋相連的其他鋼管施工。

3.1 混凝土灌注工藝流程

鋼管混凝土灌注工藝流程見圖1。

圖1 鋼管混凝土灌注工藝流程圖

3.2 施工方法

1)施工前期準(zhǔn)備。

a.施工開始前組織壓注混凝土的工人進(jìn)行培訓(xùn)，并現(xiàn)場(chǎng)演練，明確各自的職責(zé)范圍，對(duì)閘閥的開關(guān)，管節(jié)的接頭，泵送的機(jī)械進(jìn)行調(diào)試，并試壓清水。

b.壓注孔、出漿孔、排水孔的設(shè)置:在離拱腳1 m～1.5 m處鋼管及腹腔側(cè)面開設(shè)主壓注孔，鋼管壓注孔連接管在施工現(xiàn)場(chǎng)焊接連接。壓注孔連接管與鋼管側(cè)壁成30°～45°進(jìn)行焊接，壓注孔連接管采用125 mm直徑鋼管(見圖2)。出漿孔設(shè)于拱頂最高處側(cè)面，并接出1.5 m長(zhǎng)，出漿管采用φ125 mm的鋼管，排水孔開設(shè)于拱腳最低處，在上鋼管、腹腔側(cè)面及下管的下面開設(shè)50 mm排水孔。壓漿孔密閉示意圖見圖3。

壓漿管采用與地泵大小相吻合的鋼管，露出拱肋或腹板表面30 cm～40 cm，壓注完成且混凝土形成一定強(qiáng)度后拆除，按設(shè)計(jì)要求將拱肋修補(bǔ)復(fù)原，壓漿管通過截止閥(閘閥)與地泵泵管連接。截止閥示意圖見圖4，閘閥組裝示意圖見圖5。

c.壓注施工設(shè)備檢修到位及管道連接:檢查混凝土輸送泵，混凝土拌合站等，配齊各類短管，接頭彎管，接頭扣件及密封圈，檢查地泵管節(jié)的固定是否可靠牢固，管節(jié)的接頭是否漏水，與接口管相連的第一節(jié)泵管為直管，并盡量減少?gòu)澖宇^。

圖2 壓漿管連接示意圖

圖3 壓漿孔密閉示意圖

圖4 截止閥示意圖（單位：mm）

圖5 閘閥組裝示意圖

d.泵送混凝土前測(cè)量隊(duì)對(duì)拱肋的線性進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，記錄拱肋的三維坐標(biāo)，在拱腳，1/4L，1/2L等處做好無(wú)棱鏡反射標(biāo)志，并在泵送混凝土過程中監(jiān)控坐標(biāo)的變化，每隔一段距離在拱肋截面的頂?shù)撞堪卜艖?yīng)變片，灌注混凝土前后對(duì)拱肋的應(yīng)力進(jìn)行監(jiān)控，并與理論值進(jìn)行對(duì)比，在鋼管拱肋弦管頂面沿鋼管軸線每1.0 m處作好標(biāo)志，以便混凝土泵送頂升時(shí)準(zhǔn)確判斷混凝土頂面標(biāo)高。

e.沿著系梁頂面，順著支撐拱肋的鋼管支架布置多級(jí)泵水管，以便及時(shí)沖洗拱頂溢出水泥漿液及混凝土，清洗的混凝土及漿液及時(shí)運(yùn)走。

2)清洗管內(nèi)污物濕潤(rùn)內(nèi)壁。用高壓水泵抽水從出氣孔注入清水，沖洗管內(nèi)壁，水由泄水孔排出。

3)混凝土灌注。混凝土由輸送車運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)，由四臺(tái)地泵同時(shí)壓注混凝土，制作試塊。泵送開始時(shí)，位于低速低擋狀態(tài)，待工作壓力及工作狀況穩(wěn)定時(shí)，調(diào)整至正常泵送速度，泵送壓力啟動(dòng)前，地泵料斗內(nèi)充滿混凝土，防止吸入空氣，萬(wàn)一進(jìn)入空氣，地泵反向轉(zhuǎn)動(dòng)，徹底排除空氣后再轉(zhuǎn)為正常壓注，開始泵送時(shí)采用低壓，待混凝土上升到拱肋的1/4截面時(shí)采用高壓狀態(tài)，理論最大壓力20 MPa，施工時(shí)控制在8 MPa～15 MPa，每個(gè)拱腳處各安排一個(gè)人隨時(shí)監(jiān)測(cè)混凝土的質(zhì)量，另安排4人專門察看地泵管路有無(wú)漏漿情況，固定有無(wú)松動(dòng)情況，并安排人在拱肋上用錘擊監(jiān)測(cè)混凝土頂升面的位置，并加強(qiáng)與地面總指揮聯(lián)系，以保證頂升時(shí)同步，上升高度基本一致，泵送速度均勻?qū)Φ龋瑑蓚?cè)混凝土面上升高度不宜超過1 m。泵送過程中，測(cè)量班隨時(shí)監(jiān)控鋼管拱的線性變化，以調(diào)節(jié)泵送速度。

4)拱頂排漿。壓注時(shí)直至拱頂出漿孔排出合格的混凝土并持續(xù)的時(shí)間不少于20 s，利用混凝土截止閥對(duì)壓注管封堵，完成混凝土頂升壓注。

5)關(guān)閉閘閥。用多級(jí)泵水管對(duì)拱肋、腹板遺留的混凝土進(jìn)行清洗，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到2.5 MPa后拆除管節(jié)接頭，切割壓注管等臨時(shí)設(shè)施。

3.3 人員分工

112 m提籃拱混凝土壓注是提籃拱施工的一道關(guān)鍵工序，工作必須職責(zé)到人，分工明確，密切配合。

4 質(zhì)量控制及檢驗(yàn)

4.1 混凝土灌注質(zhì)量控制要點(diǎn)

1)嚴(yán)格按混凝土施工配合比施工，泵送混凝土前拌合站用砝碼重新標(biāo)定歸零，混凝土出拌合站前試驗(yàn)室對(duì)坍落度、含氣量等指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，合格后才運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)，如有異常，立即處理，拌合站及現(xiàn)場(chǎng)各配備一名試驗(yàn)人員，發(fā)現(xiàn)泌水，決不允許出料，必須另做處理。2)頂升前，對(duì)止?jié){閥、輸送管的布管及接頭等進(jìn)行檢查，防止漏氣，混凝土輸送泵進(jìn)行試運(yùn)轉(zhuǎn)正常后方可開始工作。泵送混凝土宜選擇在陰天、溫度低時(shí)進(jìn)行，以免拱肋溫度過高，坍落度損失嚴(yán)重，泵送混凝土前，先泵送清水，后泵送同標(biāo)號(hào)混凝土砂漿，待管壁充分濕潤(rùn)后連續(xù)泵送混凝土。3)頂升泵送混凝土應(yīng)遵循勻速對(duì)稱，慢送低壓的原則，兩臺(tái)固定泵的壓注速度應(yīng)盡量保持一致，確保兩端混凝土同時(shí)壓注，其頂面高差不大于1 m。應(yīng)安排專人沿頂升長(zhǎng)度方向檢查頂升情況;當(dāng)混凝土從拱頂排氣管冒出時(shí)，即停止泵送，可用土工布封住冒漿口，關(guān)閉閘閥，加強(qiáng)混凝土車量調(diào)度，盡量避免停頓時(shí)間，保持壓送暢通及連續(xù)性。4)在混凝土初凝時(shí)間內(nèi)兩側(cè)拱肋上管或下管必須一次頂升壓注完畢。5)泵送混凝土頂升過程中，測(cè)量隊(duì)用全站儀測(cè)量拱肋三維坐標(biāo)，如變化較大出現(xiàn)異常情況應(yīng)及時(shí)通知現(xiàn)場(chǎng)總指揮。

4.2 混凝土灌注質(zhì)量檢驗(yàn)

1)原材料進(jìn)場(chǎng)后，按驗(yàn)標(biāo)要求抽檢批次合格后方可投入使用。2)管內(nèi)混凝土的灌注工藝及順序應(yīng)符合設(shè)計(jì)及技術(shù)方案的要求。3)試驗(yàn)室對(duì)同條件試塊進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，當(dāng)拱肋及腹板混凝土滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，請(qǐng)資質(zhì)符合要求的檢測(cè)單位對(duì)拱肋及腹板內(nèi)混凝土進(jìn)行密實(shí)度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)滿足《高速鐵路橋涵工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》。

［1］ TB 10752-2010，高速鐵路橋涵工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)［S］.

［2］ 鐵建設(shè)［2010］241號(hào)，高速鐵路橋涵工程施工技術(shù)指南［S］.

［3］ 王華廉.橋梁施工［M］.北京:中國(guó)鐵道出版社，1996.

［4］ GB 50017-2003，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［5］ 楊文淵，徐 霹.橋梁施工工程師手冊(cè)［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2003.