鋼拱橋鋼管混凝土泵送砼施工技術應用

郭雙橋

摘 要：該文結合鄖西縣佘家灣70 m跨鋼管混凝土拱橋的實際建設情況，詳細介紹了單跨鋼管混凝土拱肋管內混凝土灌注的施工技術，通過施工方案的確定及施工工藝的闡述，指出其優缺點，可為同類工程提供一定的借鑒。

關鍵詞：橋梁工程 拱肋混凝土灌注 施工技術

中圖分類號：TU755.6 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）02（a）-0052-02

1 工程簡介

鄖西縣佘家灣鋼管拱橋，設計為1-70 m系桿拱主梁采用預應力混凝土梁。主橋采用人字坡。橋縱坡為4%、豎曲線半徑R=1000 m。

主拱拱肋采用下承式上下弦管無鉸拱，計算跨徑70.00 m，計算矢高14.00 m，矢跨比l/5，每片拱肋由2根φ800×16 mm的鋼管組成，內灌C50微膨脹混凝土作為弦桿，上弦和下弦橫向兩根鋼管之間用平聯鋼板（厚δ=l6 mm）作為腹板聯接，在平聯板內內灌注C50微膨脹混凝土。在橋面以上、上下弦之間采用PES7-73拉索，組成桁式拱肋。拱肋高2.00 m，寬0.80 m。兩主拱肋間中心距為17.40 m，共設2組“一”字橫撐和2組“K”字橫撐，每道橫撐均為空鋼管桁架，由設置在拱肋上、下弦管間腹板上的φ800×16 mm（直撐）和φ800×16 mm（斜撐）組成。拱肋鋼結構分為主拱鋼結構、橫撐、K撐及附屬鋼結構，總重約為165噸。橋梁總體布置如圖1：

本工程根據對稱與均衡加載原則，以拱頂為對稱中線組織鋼管混凝土的灌注施工。為了保證拱肋混凝土的密實性，采用在拱肋兩端泵送澆筑鋼管拱肋混凝土的泵送頂升壓注澆筑方法，灌注時由輸送泵將混凝土連續不斷地自下而上壓入鋼管拱內，且不需振搗，直至管頂冒出混凝土使管內混凝土密實為止。

2 施工方案

2.1 施工順序

鋼管混凝土灌注施工順序為：C50微膨脹混凝土配制→開設排漿口→焊接進料短管→布設輸送泵管→人工澆筑進料管以下區段混凝土（拱腳第二次混凝土澆注時完成）→壓注清水濕潤輸送泵管→泵送高標號砂漿→對稱泵送C50微膨脹混凝土→從拱頂排漿孔振搗混凝土→關閉防回流截止閥→清洗泵管完成泵送。結合實際進度，拱肋鋼管砼的灌注順序為：左側上拱肋→右側上拱肋→左側下拱肋→右側下拱肋→左側綴板→右側綴板。單片單根拱肋必須在1.5 h內灌注完畢。全橋拱肋鋼管混凝土灌注計劃8 h完成。

2.2 關鍵技術

（1）拱肋混凝土在灌注時不能中斷，要連續灌注。

（2）在灌注混凝土時要求必須縱向嚴格對稱進行。泵壓過程中需注意泵的壓力和揚程，泵的壓力一般控制在16MPa以下。

（3）拱肋單片泵送時，需確保單側上、下弦拱內混凝土在混凝土初凝前完成，所以在泵送完一道管時應及時連接好下一道管的輸送管，以縮短泵送時間。

（4）鋼管拱內的混凝土強度達到50%以上時，即可以拆除鋼管拱肋上的灌注孔、排氣孔，所有的孔都應該用原切割下來的鋼板焊接封閉。切割、焊接時，需做好降溫處理，避免燒傷混凝土。孔封閉應焊接平整光滑，不突出和漏焊。

（5）待拱肋混凝土的強度均達到設計強度的80%之后，檢查拱肋混凝土是否密實。管內混凝土的澆灌質量，采用超聲波檢測。

（6）為了承擔混凝土產生的水平力，需分階段張拉縱梁預應力束。

（7）端橫梁的變形控制是全橋施工的關鍵。應在主橋墩兩側面做好測量標志，用全站儀觀察每一個階段的墩頂水平位移情況。

3 施工工藝

3.1 C50微膨脹混凝土的配制

為了保證混凝土能充滿鋼管，密實，混凝土必須具有無收縮補償的性能，也就是微膨脹性。鋼管拱混凝土特殊的施工工藝，要求混凝土在不加振搗的情況下自密實成型具有低氣泡、高流動性、坍落度要求18～22cm，粗骨料在頂升過程中不能因自身的重力而下落，否則就會造成頂升壓力過大而失敗。在設計混凝土配合比的過程中，碎石應稍微呈懸浮的狀態，不能有下沉現象，而且還要防止離析，2 h坍落度損失<3cm。為能連續泵送，要求混凝土的初凝時間在8 h以上。出于工期方面的考慮和現場施工的張拉要求，要求混凝土在澆注后能盡快地達到張拉的要求，混凝土具有早強性，要求5天強度≥90%混凝土的設計強度。

3.2 泵送設備的配置

泵送設備及其能力要求：每次泵送均在兩端布置1臺高壓固定式混凝土輸送泵同步進行泵送。每臺泵車平均每小時泵送30 m3混凝土，考慮一些其他因素，每片拱肋單根計劃在2 h內完成泵送。輸送泵的系統泵壓一般在8MPa左右，不能超過16MPa，防止爆管。綜合以上各項因素，選用三臺HBT-60型高壓固定式混凝土輸送泵作為泵送機械，其中一臺作為備用泵。

運輸車輛的配備：共配備了5輛混凝土攪拌車，為了避免在灌注的時候出現間斷，要多配備1臺備用車，隨時根據施工實際情況作出相應調整。

混凝土攪拌的設備：設有一座拌和站，在開始攪拌前，對所有攪拌設備、發電設備和水處理設備進行施工前全面檢驗調試，符合施工條件后，方可進行施工。

另外，還需配備兩臺高壓水槍，以便混凝土從出漿孔冒出后，隨即清洗拱身。

3.3 灌注管、排氣管及冒漿孔的布置

吊裝前應在拱肋上焊接完拱肋混凝土灌注管、排氣管及冒漿孔。

單側單根拱肋設置二個灌注孔，于拱肋對稱中心線對稱設置在拱肋上部管壁，灌注孔與拱肋軸線成30 °角，。沿拱肋軸線上設置二個冒漿孔，在跨中位置附近設置。

排氣管及冒漿孔直徑為20 cm，灌注砼時，留出砼后立即用木楔封堵。

鋼管拱內砼的強度達到設計50%以后，可拆除鋼管拱肋上的灌注管、排氣管及冒漿孔，所有的施工用孔均用原來切割下來的鋼板復原焊接封閉。endprint

3.4 泵管的布置

泵管采用直徑為125 mm高壓管，由攪拌站派專職技術人員進行排定。在壓注孔的位置及管道線路上，搭設支架專門用于架設混凝土輸送泵管，確保管道的牢固，盡量減少彎頭的數量。為了避免泵送過程中發生堵塞、爆裂和泄露等現象的發生，在泵管對接之前，仔細檢查管內壁是否清潔，接頭和密封圈是否完好。對接好之后，對輸送管還要逐節進行檢查，以確保管節接口的嚴密性，杜絕混凝土頂升過程中發生脫管的現象。另外，在現場還要配備同樣長度數量的泵管、彎頭和密封圈一套，用來避免意外的發生，對備用管道的更換要先進行試驗，熟練掌握。泵管安裝好之后，禁止人員在管道上行走。

在混凝土澆注前，應在壓漿管上設置防回流截止閥（法蘭盤），并對壓漿管與拱肋鋼管及法蘭盤接口的焊縫進行加勁處理。

3.5 人工澆筑壓漿管以下區段混凝土

人工澆筑壓漿管（低端壓注管）以下區段混凝土即拱腳第二次混凝土澆注時拱腳段拱肋有2 m的拱肋鋼管混凝土須灌注。該區段混凝土直接采用輸送泵輸送，插入式振搗器振搗。施工前在距拱肋與拱腳接觸界面上50 cm處拱背軸線上開直徑25 cm的圓孔，作為拱肋鋼管混凝土通過此孔輸送，插入式振搗棒也通過此孔伸入振搗，確保拱肋混凝土密實。混凝土灌注后頂面應比壓漿管口低40～50 cm，以免后續鋼管混凝土泵送時集料分離，造成混凝土不密實、蜂窩、麻面等質量問題。

3.6 泵管水密試驗及管內廢渣清除

泵送混凝土之前，要將壓漿管上的防回流截止閥關閉，在輸送泵料斗內裝清水泵送，檢查泵管是否有漏氣現象，另外，用清水從拱頂排氣管注入，對鋼管內所有廢渣及銹跡完全清洗，并由拱腳段的排渣孔（直接利用拱腳第二次混凝土澆注時在距拱肋與拱腳接觸界面上50 cm處拱背軸線上開直徑10 cm的圓孔作排渣孔，）排出，清洗完后封固排渣孔。

3.7 泵送高等級砂漿

在泵送混凝土之前先泵送2 m3高等級砂漿潤泵管，主要作用是濕潤管道減小混凝土泵送阻力，注意砂漿不得進入鋼管拱內。

3.8 泵送C50微膨脹混凝土

澆注時間選擇一天中溫度較低時進行。拱肋采取全跨度從兩側拱腳處對稱地連續澆筑，并在拱腳混凝土初凝前全部完成。鋼管拱灌注時按照如下步驟及要求進行：

（1）混凝土拌制時各種組成材料應計量準確，外加劑宜拌制成均勻溶液加入拌和，每盤凈拌時間不得少于2 min。

（2）泵送混凝土拌制時，試驗室人員要隨時抽取施工時樣品，根據施工條件來調整混凝土配合比。

（3）混凝土坍落度出料時須大于20 cm，泵送時須大于18 cm，且無離析泌水，嚴禁向攪拌車內加水，以防止造成質量事故；對坍落度過大的混凝土，應立即退回攪拌站，并通知攪拌站采取相應調整措施進行控制；

（4）鋼管拱肋混凝土施工應選擇在常溫下進行，施工時備好土工布、水管等，土工布鋪在鋼管拱上，以作好養護準備，并防止突然升溫，給澆筑帶來不利影響。混凝土頂升時，應測量拱肋表面溫度，如溫度過高，須在拱肋表面覆蓋土工布并澆水降溫。

（5）拱肋混凝土由高壓固定泵自拱腳壓注管自下而上灌入拱肋無需振搗。開始泵送時，泵機應處于低速壓送狀態，并應注意觀察泵的壓力和各部件工作情況，待壓送順利后方可提高政策壓送速度。

（6）泵送混凝土時要盡量避免停泵現象出現。在施工時，如果混凝土供應不充足時，要盡快降壓減速，防止中斷。

（7）當混凝土壓送困難時，泵壓升高，管路產生振動時，要放慢壓送速度或使泵反轉，并且要檢查管道，避免堵管。

（8）壓送混凝土時，料斗應裝滿混凝土。在混凝土壓送過程中，如若有空氣，要立即反泵，待空氣與混凝土都排出管內，方可正轉繼續工作。

（9）當輸送泵管被堵塞時，關閉防回流截止閥，可用木棍敲打管路，找到被堵的段落，待混凝土泵卸壓后將其管道拆卸下來，取出造成堵塞的物品，并檢查其余管路無堵塞后才可接管。重新壓送混凝土時，應打開防回流截止閥再行泵送。

（10）單片拱肋鋼管混凝土泵送時，應嚴格遵循拱肋兩邊對稱的施工要求，防止一邊上升過快引起拱圈縱向振動。可通過混凝土產量、混凝土泵送量及敲擊檢查結果等來判斷，兩岸管內混凝土長度差不超過1 m。施工人員要隨時保持聯系，保證兩端混凝土頂升速度同步對稱。

（11）當排漿孔有漿排出時，放慢泵送速度，每泵一下需停一下，并人工配合用竹竿等在排漿孔抽插，使多余的氣體和漿液排出，直到干凈混凝土（排氣管內流出的混凝土濃度與泵送混凝土濃度相同）溢出為止，然后穩壓，關閉防回流截止閥。

（12）待灌注到設計標高后，用插板堵死管口，關閉止回閘閥，防止混凝土外溢，再清洗泵管。泵送過程中應隨時注意泵送壓力，發現泵送困難時及時換用備用接頭。

（13）鋼管混凝土在達到80%強度之前，需間隔2～3 h對鋼管表面進行澆水降溫。

3.9 清洗設備及封堵壓、排漿孔

清洗、拆除輸送泵管，待混凝土泌水停止后，割掉壓漿管等并用原割鋼板復原封度焊接，以防雨水進入，防止炭化反應。

4 結語

鋼管混凝土的灌注是鋼管拱橋施工的一道關鍵工序，保證鋼管混凝土的灌注質量就是保證鋼管混凝土拱肋安全受力的一個關鍵環節。鋼管混凝土用輸送泵，泵送頂升法灌注，必須要保證其順利進行，并且一氣呵成。為了使鋼管混凝土在灌注后達到密實，并且具有收縮補償性，還要混凝土強度滿足設計要求，必須在混凝土的試配、制作、鋼管混凝土的灌注等方面，精心的組織，科學的施工。該項工程的施工經驗是鋼拱混凝土施工關鍵技術積累，也是鋼拱橋施工的關鍵工序之一。

參考文獻

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