對(duì)鋼管系桿拱橋混凝土施工質(zhì)量控制的探討

楊志剛 （中鐵十六局集團(tuán)第三工程有限公司，浙江 湖州 313000）

1 引言

眾所周知，鋼管混凝土系桿拱橋是不借助外在推力的組合性橋梁體系，具有受力狀態(tài)明顯、強(qiáng)度高、安全性強(qiáng)和外在造型美觀(guān)等一系列優(yōu)點(diǎn)，然而該類(lèi)橋梁工程獨(dú)特性質(zhì)使其建造施工難度和技術(shù)含量等大幅度增加，使得拱肋混凝土施工質(zhì)量控制難度等也急劇增大。因此，相關(guān)技術(shù)人員必須在了解該橋梁工程結(jié)構(gòu)特征基礎(chǔ)上，采用科學(xué)準(zhǔn)確的方案來(lái)指導(dǎo)拱肋混凝土施工，也為該類(lèi)橋梁質(zhì)量控制帶來(lái)更多的數(shù)據(jù)支撐和積累一定的經(jīng)驗(yàn)。

2 工程概況

石浦大橋主跨為100m下承式鋼管混凝土簡(jiǎn)支系桿拱橋，全橋設(shè)計(jì)兩根鋼管混凝土拱肋，拱肋截面啞鈴形狀，拱肋高260cm，綴板寬110cm，鋼管壁厚20mm，矢跨比f(wàn)/L=1/5，計(jì)算矢高20m，拱肋鋼管為壓注混凝土。

3 拱肋壓注混凝土施工工藝

3.1 施工方案及工藝流程

施工前準(zhǔn)備工作→安設(shè)壓注管頭、止?jié){閘閥、拱底排水管→清洗管內(nèi)銹跡及雜物、潤(rùn)濕拱肋內(nèi)壁（水從最高點(diǎn)灌入出漿管）→拱肋內(nèi)整體灌滿(mǎn)水后再開(kāi)啟壓注管頭閘閥、拱底排水管排除水和雜物→關(guān)閉閘閥→壓注拱肋混凝土→出漿孔溢出混凝土（振搗棒振搗）→關(guān)閉壓注口閘閥→拆閘閥完成壓注。

4 混凝土泵送

本橋壓注拱肋混凝土用拖式輸送泵。選擇合適的混凝土輸送泵，首先要考慮的便是混凝土泵性能，包括頂升壓力，其次是拌合站的生產(chǎn)能力以及混凝土運(yùn)送能力，最后還要考慮移位方便、備用電源和機(jī)械設(shè)備等因素。

4.1 選配混凝土輸送泵

①輸送泵頂升壓力計(jì)算根據(jù)最不利原則進(jìn)行計(jì)算。鋼管拱肋計(jì)算跨度100m，高度100/5=20m；水平長(zhǎng)度為100/2=50m，弧度長(zhǎng)為55m。據(jù)江正榮編著的《建筑施工計(jì)算手冊(cè)（第二版）》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)計(jì)算手冊(cè)），向上垂直管1.0m高，管徑每25mm為一級(jí)，每級(jí)相當(dāng)于1.0m水平管長(zhǎng)度阻力，本橋計(jì)算矢高20m，拱肋鋼管直徑φ1100mm，則鋼管垂直阻力換算為水平阻力計(jì)算式如下：

按照最不利原則疊加，垂直阻力加水平弧長(zhǎng)（55m）阻力計(jì)算為：

900m+55m=955m

依據(jù)《計(jì)算手冊(cè)》水平管每20m損失0.1MPa，同時(shí)考慮鋼管拱肋內(nèi)壁加勁鋼板的阻力系數(shù)取值1.3，泵管換算壓力損失計(jì)算為：

②拱腳下的混凝土泵管高度為17m，水平長(zhǎng)為20m，管徑為φ125mm，根據(jù)《計(jì)算手冊(cè)》，對(duì)于φ125mm向上垂直管，向上垂直管1.0m高，管徑每25mm為一級(jí)，計(jì)算如下：

每1.0m高相當(dāng)于5.0m水平管長(zhǎng)度阻力，則垂直泵管換算水平管長(zhǎng)度如下：

17m×（5.0m/1.0m）+20m=115m根據(jù)《計(jì)算手冊(cè)》，水平管壓力損失計(jì)算同上，則泵管壓力計(jì)算如下：

③出漿管為垂直管，高度取為2m，管徑為φ125mm，根據(jù)《計(jì)算手冊(cè)》對(duì)于φ125mm向上垂直管，每1.0m高相當(dāng)于5.0m水平管長(zhǎng)度阻力，垂直泵管換算水平管計(jì)算公式同上：

2m×（5.0m/1.0m）=10m

水平管壓力損失計(jì)算同上，則拱頂出漿管的換算壓力損失為：

④泵管最多考慮3個(gè)45彎管、3個(gè)90彎管，1個(gè)管路截止閥，根據(jù)《計(jì)算手冊(cè)》，毎個(gè)45彎管換算壓力損失為0.05MPa，毎個(gè)90彎管換算壓力損失為0.10MPa，每個(gè)管路截止閥換算壓力損失按照0.80MPa，一臺(tái)混凝土泵起動(dòng)內(nèi)耗換算壓力損失按照2.80MPa，以上所有附加損失為：

以上累計(jì)換算的總壓力損失為：

根據(jù)要求考慮1.3的折減系數(shù)后比較機(jī)械頂升壓力值是否大于最大的壓力損失，進(jìn)而判斷擬定的混凝土輸送泵能否滿(mǎn)足施工要求。

⑤混凝土輸送泵輸送能力計(jì)算輸送泵的額定速度計(jì)算：

v≥1.2Q/t

式中：v——輸送泵的額定速度（m/h）；

t——混凝土終凝時(shí)間（h）；

Q——要求灌注的混凝土量（m）。拱肋單管混凝土方量100m，兩側(cè)同時(shí)往中間泵送，綜合考慮施工中混凝土拌合、運(yùn)輸、進(jìn)出場(chǎng)坍落度檢測(cè)等損失時(shí)間和其他因素，施工時(shí)間按2.5h計(jì)算，折減系數(shù)取1.2，則計(jì)算如下：

1.2×(100÷2)÷2.5=24（m/h）

因此，綜合以上泵機(jī)壓力大于10.8MPa且泵送速度大于24m/h方可采用。

4.2 壓注施工

4.2.1 施工前準(zhǔn)備工作

①施工前應(yīng)對(duì)全體人員展開(kāi)技術(shù)交底，使其了解工程特點(diǎn)，明確各工序的關(guān)鍵技術(shù)措施。

②壓注施工前仔細(xì)檢查設(shè)備及混凝土輸送管道，并準(zhǔn)備足夠數(shù)量、型號(hào)的泵管，連接卡箍、螺栓等作為備用。泵機(jī)及管道安裝完成后，先試運(yùn)行檢驗(yàn)是否合格。

③在拱腳、1/4拱肋上弦管、1/2拱肋上弦管以及拱頂中心位置做好測(cè)量標(biāo)記點(diǎn)，并精確測(cè)量拱肋線(xiàn)型記錄數(shù)據(jù)。泵送過(guò)程中測(cè)量員應(yīng)監(jiān)測(cè)、對(duì)比拱軸線(xiàn)線(xiàn)型變化，為混凝土安全施工提供技術(shù)支持。

④混凝土施工配合比要滿(mǎn)足初凝時(shí)間、3d強(qiáng)度、坍落度、無(wú)收縮等要求，并報(bào)相關(guān)部門(mén)審批同意。

4.2.2 混凝土壓注施工

①拱肋混凝土頂升時(shí)，自?xún)晒澳_至拱頂同步、對(duì)稱(chēng)、連續(xù)壓注完成。

②拱肋兩側(cè)泵機(jī)操作人員必須提前單獨(dú)培訓(xùn)并熟練掌握壓注要領(lǐng)，同時(shí)技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督指導(dǎo)。開(kāi)始?jí)鹤⒈脵C(jī)處于低速檢驗(yàn)其性能，待正常后調(diào)至高壓。

③泵送混凝土過(guò)程中，測(cè)量員不間斷監(jiān)控鋼管拱的軸線(xiàn)變化，以便技術(shù)人員及時(shí)指導(dǎo)調(diào)節(jié)泵送速度。

④為保證混凝土的連續(xù)壓注，每一側(cè)待泵罐車(chē)不少于2輛。混凝土頂升過(guò)程中拱肋兩側(cè)相差超出1m時(shí)，調(diào)節(jié)泵機(jī)壓注壓力，進(jìn)而壓注速度減慢來(lái)控制壓注連續(xù)性。壓至最后一車(chē)混凝土，兩側(cè)泵機(jī)同時(shí)降速，防止頂升高差壓力破壞拱頂隔板，發(fā)生混凝土倒流。

⑤壓注直至φ125mm出漿孔排出合格的混凝土，且持續(xù)不少于15s，關(guān)閉截止閥和泵機(jī)完成壓注。最后及時(shí)用水清洗拱肋上溢出混凝土。

4.3 鋼管拱拱肋微膨脹混凝土泵送頂升技術(shù)要點(diǎn)

①泵送混凝土分三次進(jìn)行，即分為上弦管、下弦管、綴板。施工中按照先下弦管、腹板、上弦管的順序，單側(cè)一次混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)85%以上后再組織下一步施工。

②泵送混凝土應(yīng)選擇一天中氣溫最低時(shí)。先泵送一盤(pán)砂漿潤(rùn)濕泵機(jī)及泵管，其強(qiáng)度不小于待泵混凝土強(qiáng)度。

③泵送施工應(yīng)在首盤(pán)混凝土初凝以前壓注完成，水泥初凝時(shí)間一般不大于3小時(shí)，即必須在3小時(shí)以?xún)?nèi)完成一次混凝土的頂升。

④泵送時(shí)泵機(jī)料斗內(nèi)必須滿(mǎn)載混凝土，避免吸入空氣。如吸入立即反泵，排氣后再正轉(zhuǎn)泵送。

⑤兩側(cè)泵送時(shí)要配備對(duì)講機(jī)實(shí)時(shí)聯(lián)系，在技術(shù)人員的指揮下頂升速度協(xié)調(diào)一致。

⑥頂升過(guò)程中，拱腳兩側(cè)由專(zhuān)人沿頂升面檢查，同時(shí)將頂升面高差反饋至技術(shù)人員，便于及時(shí)作出決策；頂升至拱頂時(shí)，用橡膠錘敲打排氣孔周?chē)夜芘艢猓缓细窕炷烈绯雠艢夤芎笸Ｖ箟鹤ⅲ脻竦耐凉げ挤饪诓⒏采w，關(guān)閉截止閥。

4.4 質(zhì)量控制與檢查

①混凝土泵送過(guò)程中，為保證兩側(cè)均衡頂升，拱肋設(shè)專(zhuān)人監(jiān)控頂升面上升情況，用對(duì)講機(jī)隨時(shí)與拱腳兩側(cè)技術(shù)人員聯(lián)系，確保混凝土頂升基本同步，且相差不超1.0m。

②混凝土正式拌合前，必須由試驗(yàn)人員對(duì)集料的稱(chēng)重計(jì)量設(shè)備進(jìn)行核準(zhǔn)，確保拌合設(shè)備準(zhǔn)確按照設(shè)計(jì)配合比生產(chǎn)。拌合機(jī)操作員監(jiān)督配料，出料前應(yīng)觀(guān)察混凝土的拌和情況，發(fā)現(xiàn)異常，由當(dāng)班試驗(yàn)員立即處理。混凝土生產(chǎn)前，拌合站和泵送現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)配備專(zhuān)職試驗(yàn)員，直至混凝土澆筑完成。試驗(yàn)員要隨時(shí)檢查集料的含泥量、含水率等，特別是砂石料的均勻性，謹(jǐn)防粗細(xì)分離；如發(fā)現(xiàn)混凝土泌水，決不允許出場(chǎng)使用。

③在泵送前，由技術(shù)員指導(dǎo)泵機(jī)操作員對(duì)止?jié){閥、管道接頭等進(jìn)行檢查防止漏氣，且備好易損件（包括接頭卡扣、彎管等）。

④混凝土施工時(shí)，應(yīng)高度重視高溫時(shí)拱肋混凝土的降溫處理技術(shù)，遇高溫可在上弦管、下弦管、綴板內(nèi)兩側(cè)各布設(shè)一條冷卻循環(huán)水管，來(lái)降低拱內(nèi)混凝土水化熱溫度；同時(shí)由技術(shù)人員和試驗(yàn)人員共同對(duì)混凝土配合比進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，有效降低混凝土自身產(chǎn)生的水化熱，避免混凝土因高溫產(chǎn)生裂縫。

⑤主拱拱腳、預(yù)應(yīng)力錨端設(shè)計(jì)鋼筋較密，在澆筑過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格控制混凝土中粗集料摻量，防止粗集料堵塞鋼筋周?chē)障叮a(chǎn)生混凝土空洞，進(jìn)而影響以上關(guān)鍵部位混凝土的質(zhì)量；此外以上部位如有條件可采用自密實(shí)混凝土澆筑，避免鋼筋密集部位混凝土發(fā)生質(zhì)量通病。

5 結(jié)論

總之，隨著國(guó)家對(duì)基建、經(jīng)濟(jì)以及民生的重視度不斷提高，鋼管混凝土系桿拱橋項(xiàng)目數(shù)量大幅度增加，工程體量逐漸增大、技術(shù)難度快速提升，給橋梁施工相關(guān)工作人員也帶來(lái)了一定程度的挑戰(zhàn)。因此，深入了解和掌握系桿拱橋拱肋混凝土施工控制有關(guān)要點(diǎn)，優(yōu)化方案和提升系桿拱橋鋼管混凝土的整體施工質(zhì)量有著不容忽視的重要作用。