大跨度鋼管拱管內(nèi)混凝土施工技術(shù)研究

宋勝華

摘 要：以某工程橋梁為項(xiàng)目背景，從工藝特點(diǎn)、施工順序、施工前期準(zhǔn)備等方面闡述了大跨度鋼管拱管內(nèi)混凝土施工技術(shù)的施工工藝，其中重點(diǎn)對(duì)進(jìn)料管、排漿管安裝和鋼管混凝土灌注進(jìn)行分析，并提出施工檢測(cè)和灌注質(zhì)量控制措施，以期為相關(guān)工程提供借鑒。

關(guān)鍵詞：鋼管混凝土 灌注 應(yīng)力監(jiān)測(cè)

1.工程概況

某工程橋梁采用飛燕式鋼管混凝土中承式系桿拱橋，跨徑組合42m+160m+42m，拱軸線采用懸鏈線，主拱矢跨比1/4，拱軸系數(shù)m=1.15。主橋橫橋向平行設(shè)置兩片鋼管混凝土拱肋，其橫向軸線距為15.35m。拱肋為鋼管混凝土組成的桁架梁結(jié)構(gòu)，截面高3.2m，肋寬1.95m。拱肋上下各兩根φ750×14（16）mm鋼弦管，管內(nèi)灌注C50自密實(shí)補(bǔ)償收縮混凝土。弦管通過(guò)橫聯(lián)鋼管（φ500×12mm）和豎向鋼腹管（φ351×10mm）連接構(gòu)成鋼管混凝土桁架梁。

2.主要施工工藝

2.1工藝特點(diǎn)

本工程鋼管拱管內(nèi)混凝土主要有以下特點(diǎn)：

（1）鋼管內(nèi)混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度高且無(wú)法人工振搗，必須采用高強(qiáng)度自密實(shí)混凝土配合比；

（2）鋼管內(nèi)混凝土必須具有一定的微膨脹性，抵消混凝土收縮，保證混凝土與鋼管內(nèi)壁緊密結(jié)合，共同形成受力體系；

（3）單個(gè)鋼管混凝土要求一次澆筑，中途不得停倉(cāng)；

（4）混凝土澆筑過(guò)程中鋼管拱兩側(cè)必須同步上升，設(shè)計(jì)要求兩側(cè)混凝土不得>2m（弧長(zhǎng)）。

2.2施工順序

根據(jù)工程特點(diǎn)，施工順序如下：

（1）排漿管、進(jìn)料管、閘板閥安裝，起重機(jī)等設(shè)備就位；

（2）混凝土泵及泵管安裝，設(shè)備調(diào)試；

（3）鋼管兩側(cè)灌注砂漿，標(biāo)號(hào)與鋼管混凝土相同，起到潤(rùn)滑泵管及鋼管內(nèi)壁的左右；

（4）鋼管兩側(cè)同時(shí)灌注C50自密實(shí)微膨脹混凝土，保證每側(cè)同時(shí)具備2臺(tái)攪拌車(chē)進(jìn)料，并備用2臺(tái)混凝土輸送泵、2臺(tái)混凝土運(yùn)輸攪拌車(chē)車(chē)。

（5）頂部排漿管開(kāi)始出漿，待砂漿排凈，開(kāi)始排出自密實(shí)混凝土后，停止灌注混凝土；

（6）關(guān)閉閘板閥；

（7）拆除泵管，清理堆放；

（8）應(yīng)力、線形等監(jiān)測(cè)。

3.施工準(zhǔn)備

3.1原材料準(zhǔn)備

準(zhǔn)備充足的拌制混凝土所需水泥、碎石、砂、膨脹劑及外摻劑等原材料，并進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)，保證原材料質(zhì)量。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)砂、石子含水率，及時(shí)調(diào)整用水量，確保混凝土質(zhì)量。

3.2設(shè)備準(zhǔn)備

根據(jù)工程實(shí)際情況，投入主要施工設(shè)備：HBT80C混凝土輸送泵4臺(tái)、攪拌運(yùn)輸車(chē)10臺(tái)，上述設(shè)備預(yù)留其中2臺(tái)備用；規(guī)格Φ125mm輸送管200m；50T汽車(chē)吊、電焊機(jī)、拌合站各2臺(tái)；萊卡TS02plus全站儀1、蘇州一光DSJ2水準(zhǔn)儀各1臺(tái)，用于測(cè)量和監(jiān)控。

應(yīng)當(dāng)注意的是，鋼管混凝土在工地?cái)嚢枵景韬希嘧⒐袄呋炷吝^(guò)程中不允許為其他項(xiàng)目生產(chǎn)混凝土；采用混凝土運(yùn)輸車(chē)運(yùn)輸，運(yùn)輸車(chē)輛滿足灌注速度要求，兩邊各投入1臺(tái)HBT80C型（或同類(lèi)型）輸送泵。

4.主要工序施工方法

4.1進(jìn)料管、排漿管安裝

進(jìn)料管安裝：在鋼管拱腳合適位置開(kāi)設(shè)進(jìn)料孔，并焊接一段與泵管同型號(hào)的鋼管，便于泵管的連接。為防止拆卸泵管時(shí)混凝土從進(jìn)料管倒流，需在進(jìn)料管設(shè)置閘板閥，混凝土澆筑完成后插入閘板，起到防止倒流的作用，泵管盡量布置平順，降低混凝土泵送阻力。

排漿管安裝：設(shè)置在鋼管頂部最高點(diǎn)左右各1m處。拱肋上每隔7.5m設(shè)置排氣孔，孔徑3cm。由于水、砂漿、混凝土密度不同，在重力作用下，鋼管內(nèi)砂漿在前，混凝土在后，當(dāng)混凝土灌注到排氣孔（即排氣孔冒漿時(shí)），將木塞封緊。

4.2鋼管混凝土灌注

4.2.1自密實(shí)微膨脹混凝土技術(shù)指標(biāo)

鋼管混凝土為自密實(shí)微膨脹混凝土，灌注時(shí)依靠自重密實(shí)，不需人工振搗。要求灌注過(guò)程中，混凝土應(yīng)保持良好的塑性，施工過(guò)程混凝土具有不初凝、不泌水，不離析、和易性好，粘聚性好。且具有一定的微膨脹性，以抵消混凝土收縮，避免混凝土與鋼管內(nèi)壁出現(xiàn)縫隙。

在混凝土灌注施工時(shí)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)混凝土進(jìn)行泌水率、坍落度、初凝時(shí)間和終凝時(shí)間、膨脹率和彈性模量等實(shí)驗(yàn)，當(dāng)出現(xiàn)主要指標(biāo)不符合要求時(shí)，不能夠使用。

4.2.2混凝土灌注順序

本工程鋼管拱拱肋混凝土灌注順序?yàn)椋篈組系桿第1次張拉→灌注主拱內(nèi)側(cè)下弦管砼→砼強(qiáng)度需達(dá)到80%且齡期>4d→灌注主拱內(nèi)側(cè)上弦管砼→砼強(qiáng)度達(dá)到100%→A組系桿第2次張拉→灌注主拱下弦外側(cè)鋼管內(nèi)砼→砼強(qiáng)度需達(dá)到80%且齡期>4d→灌注主拱上弦外側(cè)鋼管內(nèi)砼→砼強(qiáng)度達(dá)到100%→A組系桿第3次張拉。灌注期間需全程監(jiān)控主弦桿線性變化。

4.2.3混凝土泵送

（1）泵送與混凝土同標(biāo)號(hào)砂漿。泵送混凝前先泵送和混凝土同標(biāo)號(hào)的砂漿，鋼管每側(cè)砂漿數(shù)量為1m3，潤(rùn)滑鋼管內(nèi)壁，減小混凝土泵送阻力。

（2）泵送自密實(shí)微膨脹混凝土。當(dāng)混凝土泵出料斗砂漿剩余約1/3時(shí)，加入自密實(shí)微膨脹混凝土。在拱肋上設(shè)專(zhuān)人負(fù)責(zé)檢查砼的壓注進(jìn)度，保證兩岸對(duì)稱(chēng)頂升時(shí)兩端砼進(jìn)度差不能超過(guò)2m。當(dāng)排氣孔冒漿時(shí)，拱上檢查人員將排氣孔打上木塞塞緊。鋼管混凝土一次泵送到拱頂，中間盡量不停頓，待砂漿先從拱頂排漿口排出，接著混凝土排出，每隔5min再泵一次，反復(fù)3～4次，增加拱頂混凝土密實(shí)度，混凝土泵送完成后，打入閘板閥，防止混凝土反流，然后拆卸泵管，清洗堆放。

5.施工監(jiān)測(cè)

5.1混凝土灌注位置監(jiān)測(cè)

施工現(xiàn)場(chǎng)在兩側(cè)設(shè)專(zhuān)人記錄每側(cè)混凝土灌注數(shù)量，專(zhuān)人負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)配運(yùn)輸車(chē)輛并和混凝土拌合站聯(lián)系，確保鋼管拱兩側(cè)灌注速度相同。灌注時(shí)安排專(zhuān)人敲擊鋼管，利用對(duì)講機(jī)與地面指揮人員聯(lián)系，實(shí)時(shí)判斷混凝土位置，當(dāng)兩側(cè)混凝土灌注速度不一致時(shí)（超過(guò)2 m弧長(zhǎng)），暫停或放緩較快一側(cè)混凝土灌注，直至兩邊對(duì)稱(chēng)再恢復(fù)正常作業(yè)。

5.2拱肋軸線監(jiān)測(cè)

在拱腳、1/8、1/4L、3/8L、1/2L共9個(gè)斷面，進(jìn)行標(biāo)高觀測(cè)和平面定位觀測(cè)。利用全站儀直接測(cè)量橋軸線的偏位情況，在各控制點(diǎn)設(shè)置棱鏡，利用全站儀進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

5.3鋼管應(yīng)力監(jiān)測(cè)

共布置9個(gè)鋼管應(yīng)變監(jiān)控?cái)嗝妫謩e布置在15#拱座、15#拱腳、L/6、L/3、L/2、2L/3、5L/6、16#拱腳、16#拱座處（如圖1所示）。每個(gè)監(jiān)控?cái)嗝媛裨O(shè)4個(gè)應(yīng)力應(yīng)變傳感器，分別布置在外側(cè)拱肋的上下邊緣處。利用應(yīng)力應(yīng)變傳感器采集數(shù)據(jù)，對(duì)鋼拱肋的受力狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

5.4混凝土應(yīng)力監(jiān)測(cè)

混凝土應(yīng)力監(jiān)控設(shè)置在拱腳、L/4、拱頂、3L/4斷面處。在混凝土灌注到相應(yīng)位置時(shí)實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，之后視現(xiàn)場(chǎng)情況每天或隔天采集。

5.5拱肋混凝土溫度監(jiān)測(cè)

拱肋溫度監(jiān)控?cái)嗝嬖O(shè)置拱腳、L/4、拱頂、3L/4斷面處布置3個(gè)溫度傳感器，鋼管表面貼1個(gè)溫度傳感器。在混凝土泵送到相應(yīng)位置前采集數(shù)據(jù)，灌注到監(jiān)控?cái)嗝婧筮B續(xù)采集數(shù)據(jù)，每隔1h采集1次，之后每天采集1次。

6.灌注質(zhì)量控制

采用人工敲擊和超聲波檢測(cè)相結(jié)合的方法進(jìn)行鋼管混凝土檢測(cè)。對(duì)檢測(cè)異常的地方進(jìn)行鉆孔復(fù)驗(yàn)，不符合要求的部位采用鉆孔注漿進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)處理，漿液強(qiáng)度高于管內(nèi)混凝土強(qiáng)度，完成后將鉆孔補(bǔ)焊、防腐處理。

7.結(jié)束語(yǔ)

鋼管混凝土采用泵送施工工藝進(jìn)行灌注，利用混凝土的自密實(shí)微膨脹性能及頂升壓力達(dá)到自然密實(shí)，具有安全可靠、施工操作簡(jiǎn)便、澆筑速度快等優(yōu)點(diǎn)。本工程已經(jīng)完成了鋼管混凝土澆筑，經(jīng)檢測(cè)各項(xiàng)指標(biāo)符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，對(duì)同類(lèi)型混凝土施工具有指導(dǎo)意義。同時(shí)高強(qiáng)度微膨脹自密實(shí)混凝土在水利工程門(mén)槽二期混凝土澆筑等難以人工振搗的部位施工也有指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)：

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