探究鋼管拱管壓混凝土施工技術

□孔 斌（河南水利建筑工程有限公司）

1 工程概況

南水北調中線一期工程總干渠沙河南—黃河南（委托建管項目）新鄭南段第二施工標段，十里鋪東南公路橋座落在省道S103 公路上，是鄭州通往禹州的一級公路，采用下承式鋼管拱結構，主跨160m 完全跨過水面線。上部結構為1～160m 下承式系桿拱,下部結構為薄壁式橋臺。本公路橋承重結構為鋼管混凝土結構，主橋鋼管拱每肋4 根φ900mm 鋼弦管，混凝土總方量為802m3，灌注用混凝土采用C50，其中微膨脹混凝土的配合比控制及泵送質量是鋼管拱混凝土施工的關鍵，拱肋單邊縱向為4 根φ900mm 鋼弦管，鋼管拱混凝土施工是本工程施工的難點和重點。

2 鋼管拱管壓混凝土配合比調試

2.1 管壓混凝土施工配合比調試的作用

鋼管拱肋混凝土以受壓為主，采用C50 混凝土，在施工中經過研究，采用兩臺泵車，布置在兩個端橫梁附近，同時泵送，泵送的水平距離為160m，垂直高度為40m。由于鋼管的密封不透水性，對鋼管拱混凝土的要求就會更高。不僅要求流動性、和易性好，不泌水離析外，還應特別考慮沉降和收縮，保證鋼管混凝土的質量。

在混凝土配合比調試過程中，通過測試盒實驗，采用了摻加粉煤灰、微膨脹劑的方法，利用微膨脹劑的微膨脹特性減少高強混凝土在鋼管內的收縮；利用粉煤灰的火山灰反應，減少高強混凝土在鋼管內絕熱溫升，同時粉煤灰的玻璃珠球體狀顆粒也可減少流動阻力，提高混凝土的可泵性；外加劑的摻入可提高混凝土的坍落度，并根據施工過程出現的情況進行調配。

2.2 配合比設計原理和思路

本橋鋼管拱C50 混凝土屬高強高性能混凝土，由特殊的結構類型、特殊的施工工藝決定了混凝土應具有良好的工作性能和硬化性能指標，本配合比設計從以下幾個方面入手，采用正交試驗方法，得出最優組合。

第一，泵送頂升施工工藝要求混凝土具有良好的流動性和可泵性能以及較長的凝結時間。因此，在配合比設計時首先考慮摻加高性能的緩凝減水劑，以提高混凝土的流動度和初凝時間。根據以往施工經驗，配合比可選用高效緩凝泵送劑，該外加劑的特點是減水率大，塌落度損失小，配制出的混凝土不離析，泌水率小。從而可以使C50 混凝土在水泥用量不是很大的情況下具有良好的流動性和可泵性能，滿足施工要求。

第二，粉煤灰越來越成為大流動度混凝土不可缺少的組成材料。優質粉煤灰的顯微結構為球形顆粒，表面光滑。粉煤灰的球形顆粒具有“滾珠軸承”的形貌效應，因此可以很大程度的改善新拌混凝土的流動性，減小泵送摩阻力，提高泵送性能，同時，粉煤灰可以與水泥水化產生的Ca（OH）2進行緩慢的火山灰反應，對水泥水化放熱有很好的延遲作用，凝結時間相對較長。鑒于此，摻加粉煤灰對泵送大流動度混凝土十分有利。考慮到除粉煤灰以外還要內摻膨脹劑，根據經驗并參考其它成熟配合比選擇摻量為5%。

第三，鋼管混凝土的泵送頂升施工屬于免振搗施工，靠混凝土的自重壓力密實，另外，鋼管混凝土還要求硬化混凝土和鋼管有良好的粘接，這些都要求混凝土具有一定的補償收縮能力，要達到此目的需要摻加膨脹劑。UEA 膨脹劑主要是由無水硫鋁酸鈣（3CA·CaSO4），硫酸鋁鉀[KAl2(SO4)2(OH)6],硫酸鈣（CaSO4）等組成，摻加到混凝土中與水泥水化析出的Ca(OH)2作用，生成水化硫鋁酸鈣，即鈣礬石（C3A3CaSO432H2O）使混凝土體積產生膨脹。配合比設計可選用的UEA-III 型低堿膨脹劑。

2.3 正交試驗設計及結果分析

首先，選定水灰比W/C（A）砂率Sp%(B)、粉煤灰取代超量系數K（C）UEA 摻量UEA%（D）為4 個考察因素。

其次，根據水灰比理論計算并參照經驗確定基準配合比水灰比W/C 取A1=0.36、A2=0.34、A3=0.32。

再次，粉煤灰摻量根據以前成熟配合比經驗取5%，不再作為考察因素，只考慮超量系數的影響。取K 值為B1=1.00、B2=1.40、B3=1.80。

最后，UEA-III 膨脹劑摻量根據經驗和推薦摻量范圍取C1=8%、C2=10%、C3=12%。砂率Sp%根據經驗和有關規定取D1=38%、D2=40%、D3=42%，指原基準配合比的砂率，由粉煤灰超量取代扣除細集料引起的砂率變化不再考慮。據已往試驗結果，隨著UEA 膨脹劑摻量的增加，自由膨脹率增加，強度有所降低。

3 泵管的選取

泵管與輸送泵配套，直徑采用φ125mm，泵管數量應足夠，型號應齊備，接頭膠墊圈位置應準確，聯結卡箍及螺栓必須上緊；泵管設置足夠的支點和懸掛點，不可懸空，特別是彎頭處，須切實固定牢靠，同時泵管布置時應盡量減少彎管的使用。

4 工效分析

4.1 鋼管混凝土的澆注時間

根據混凝土的拌合能力,混凝土的輸送速度按80m3/h 計算，一根鋼管混凝土的澆注時間為5h，則鋼管混凝土的澆筑時間為40h。

4.2 鋼管混凝土的養護時間

根據設計要求，鋼管混凝土達到80%的設計強度后才可澆注下一根鋼管混凝土。根據施工技術規范和已施工橋梁的經驗，結合鋼管混凝土的配合比設計，最后確定養護時間為5d，混凝土的養護時間為40d。

4.3 其它時間

考慮施工中出現的一些不可確定因素，如天氣等原因，最后確定T3 為5d。

5 鋼管拱管壓混凝土施工

5.1 灌注的總體要求

首先，管內混凝土不能出現斷縫、空洞、與管壁分離。其次，管內混凝土的配料強度應比設計強度高10%～15%。再次，新灌入鋼管的混凝土，3d 內承載量不宜高于30%設計強度,7d 內承載量不宜高于80%設計強度。最后一根鋼管的混凝土灌注完成時間，不得超過第一盤入管混凝土的初凝時間，并且鋼管的混凝土必須連續灌注，一氣呵成。

5.2 灌注過程

在混凝土灌注前，應在進料短管上設置防回流閘板閥，并對短管與弦管接口的焊縫作加勁處理。每端拱腳處設置兩臺輸送泵，壓注鋼管混凝土。同時在主拱座處備用一臺輸送泵。泵灌入口設在灌注段根部，以頂推方式灌注；嚴禁從中部或頂部拋灌；入口應設法蘭接頭和插板與輸送泵管口聯接，待灌注到設計標高后，用插板堵死開口，防止混凝土外溢。

單根弦管只在拱頂設一處出漿孔，每邊拱腳設一處進料孔，一次性灌注到位。并在弦桿中段設置兩個接力點，作為備用灌漿孔。進料短管設在離拱腳鋼管側面，進料短管與拱肋軸線夾角為30°，夾角越小泵送阻力越小，對鋼管壁的沖擊力越小。在拱頂隔板兩側設置排漿管，排漿管直徑為20cm，即>2 倍的粗骨料最大粒徑，以免排漿時粗骨料堵住排漿管，多余的漿液和氣體排不出。

5.3 鋼管拱泵送混凝土施工的注意事項

首先，鋼管混凝土的泵送從兩端拱腳開始，對稱連續頂升泵送至拱頂，同一根管混凝土的泵送時間不應超過混凝土的初凝時間；同時泵送的混凝土泵送速度差不應超過設計規定值。

其次，灌注開始前，應壓入清水清洗管道，潤濕內壁，管內不得留有油污和銹蝕物；灌注混凝土前，應先泵入1：1 水泥漿，然后連續泵入混凝土；灌注時兩半管對稱地灌注，并在對稱地方設兩人手持木錘敲擊管壁，檢查混凝土壓注進度，控制壓注混凝土均衡施工。

再次，壓注過程中要隨時檢驗混凝土的坍落度，嚴格控制在要求內。當拱頂排氣（漿）孔排完砂漿和部分混凝土后，即可停止泵送，并以振搗棒插入拱頂振搗管內混凝土；拱頂排氣（漿）管混凝土振搗到不發生氣泡時，拱端壓注頭打下閘門鋼板，保持穩定，在24 小時后拆除閘閥。

同時開始泵送時泵機應處于低速壓送狀態，并注意觀察泵的工作壓力和各部件工作情況，待壓送順利后方可提高至正常壓送速度；泵送混凝土應連續進行，盡量避免停泵。當混凝土量供應不足時宜低速泵進，以免中斷。

最后，灌注時環境氣溫應>5℃，當環境氣溫高于40℃，鋼管溫度高于60℃時，應采取措施降低鋼管溫度。

6 鋼管拱管壓混凝土的養護

鋼管拱管壓混凝土的養護不容忽視，對鋼管拱管壓混凝土的強度起著重要的關鍵因素，要達到80%的設計強度后才可澆注下一根鋼管混凝土，澆筑完成后進行養護，養護時間至少為5d。

7 結語

鋼管拱管壓混凝土施工還是一個比較新的課題，需要在施工中不斷探索和改進，特別是加強過程控制和細節施工，努力改進施工工藝，以便在保證工期的同時，使鋼管拱管壓混凝土施工質量更上一個臺階。國家的水利工程關系著人民的生命安全，保證工程質量也是重中之重。作為施工企業的一員，需要做的就是努力探究先進的施工工藝，保證工程的質量，給社會和人民交一份滿意的答卷。

[1]黃愛芳.鋼管混凝土系桿拱拱肋混凝土壓注施工技術[J].山西建筑，2007（4）.

[2]張振華.壓注大跨度鋼管拱混凝土施工技術[J].知識經濟，2010（12）.

[3]焦廣彥.鋼管拱混凝土頂升法灌注施工技術[J].價值工程，2014（8）.