大跨度鋼管混凝土拱橋管內混凝土一次頂升壓注施工質量控制研究

衛 敏

中國鐵路成都局集團有限公司工程質量監督站，重慶 400000

分段頂升施工和一次性頂升施工是大跨度鋼管混凝土拱橋管內混凝土施工的主要方法。分段頂升法可以降低管內混凝土壓強，減小施工風險，但需要在鋼管上增加灌注口，有時還需要設置分倉隔板，增加了施工工序，接口處混凝土施工質量控制難度大；一次性頂升施工便捷，可以保證管內混凝土的完整性和施工質量，是目前常用的施工方法。但是，隨著橋梁跨度不斷增加，混凝土頂升高度大、距離遠，受機械性能、混凝土性能、環境等因素影響大，施工風險增加，如何通過制訂合理的施工工序實現大跨度鋼管拱一次壓注成形、保證混凝土性能、提高管內混凝土的密實度等難點仍需要進行深入研究。

1 工程概況

文章以奉節梅溪河雙線特大橋鋼管拱內混凝土壓注施工為背景，開展大跨度鋼管混凝土拱橋管內混凝土一次頂升施工質量控制研究。奉節梅溪河雙線特大橋橋梁全長為687.8m，主橋跨度為340m，矢高為74m，主拱采用勁性骨架外包鋼筋混凝土結構，勁性骨架鋼管內灌注C60自密實無收縮混凝土，拱圈外包C55補償收縮混凝土，勁性骨架主弦管采用Φ750mm×24mm鋼管，共8根，單根上弦管壓注混凝土158.4m3，單根下弦管壓注混凝土151.3m3。

2 關鍵施工技術

2.1 C60自密實無收縮混凝土配合比設計

（1）配合比設計要求。鋼管內混凝土壓注具有泵送高度大、距離遠的特點，通過混凝土配合比設計，合理選擇砂石料、減水劑等原材料，配置坍落度大、和易性好、不泌水、不離析、緩凝的高標號混凝土，保證混凝土具有良好的泵送性。設計混凝土強度等級達到C60，坍落擴展度不小于650mm，5h坍落度損失不大于30mm，初凝時間為15h。

（2）配合比確定。經過反復試驗，最終確定C60自密實無收縮混凝土配合比為421∶57∶46∶779∶278∶646∶8∶45∶130[水泥∶粉煤灰∶復合摻合料∶河砂∶粗骨料（5～10mm）∶粗骨料（10～20mm）∶減水劑∶膨脹劑∶水]。

2.2 混凝土泵送設備選型

合理選擇混凝土泵送設備是實現鋼管拱內混凝土一次壓注成型的基礎，根據泵送高度、距離、速度、效率，混凝土坍落度等參數，計算出混凝土的最大泵送阻力，從而確定泵送設備的最大泵送壓力。計算公式如下：

式中：Pmax為混凝土最大泵送阻力，MPa；L為混凝土輸送管路系統的累計水平換算距離，m；△PH為混凝土在水平輸送管內流動每米產生的壓力損失；Pf為混凝土泵送系統附件及泵體內部壓力損失。

經計算混凝土泵送最大阻力為10.6MPa，選擇HBT80180C-5S型號泵車即可滿足混凝土泵送要求。

根據奉節梅溪河雙線特大橋拱肋弦管內混凝土數量及混凝土初凝時間，要求在10h內完成2根弦管內的混凝土壓注，考慮到作業效率，混凝土實際有效灌注時間按5h計，即每小時需求的混凝土量約60m3/h，與選擇的泵車混凝土輸送能力相匹配，可滿足施工要求。

2.3 真空輔助系統設計及設備選型

近年來，真空輔助設備開始在一些大跨度拱橋鋼管拱內混凝土壓注施工過程中應用，且取得了良好的效果，但是系統性的研究未見報道。該工程根據已有工程經驗、綜合考慮現場施工組織方案，選擇2BEA-202型水環式真空泵，配套容量為1.5m3的儲氣罐（兼儲漿桶），使真空度穩定維持在-0.08MPa左右，滿足施工需求。真空輔助系統結構圖如圖1所示。

圖1 真空系統管道連接示意圖

（1）工藝試驗。為保證鋼管混凝土一次壓注成型，在正式壓注前采用混凝土工藝性試驗模擬現場施工工況，檢驗混凝土和易性、泵送性、自密實性及設備的遠距離泵送能力，指導現場施工，達到保障工程實體質量目的。

（2）弦管預留孔洞布置。主弦管上預留的孔洞應與真空系統配套，確保開關的密閉性能滿足抽真空的要求。設置混凝土灌注口，排漿孔等孔洞。各預留孔在鋼結構加工廠內加工，運至橋址現場后對各孔口進行臨時封堵，防止雜物、雨水等進入管內。

2.4 施工注意事項

主弦管內混凝土壓注采用“先下弦，后上弦，先內側，后外側”的順序分四次完成施工，具體注意事項如下：

（1）整個壓注過程中保持慢速、均勻、對稱、低壓的壓注狀態，通過錘擊的方法了解混凝土的高程，以調整混凝土的壓注速度，使兩端的混凝土面高差保持在5m以下。

（2）泵車斗中的混凝土應始終淹沒攪拌葉片，避免泵送空氣。當混凝土供應不足時，宜降低壓送速度，以免中斷。

（3）混凝土接近拱頂面時，嚴格控制速度防止混凝土超過拱頂截面時振動而引起鋼管骨架縱向失穩。

（4）壓注過程中要根據主橋監控單位給出的監控指令開展測量工作，加強對拱肋結構薄弱部位的監控量測，如果線性變化超過預警值，應立即停止壓注，查明原因并排除隱患后方可繼續施工。

3 鋼管內混凝土壓注施工效果分析

3.1 混凝土拌和物性能

在模擬泵送距離的情況下，順利完成C60自密實無收縮混凝土泵送，檢測結果顯示混凝土出站及泵送前后擴展度和含氣量基本保持不變。泵送后混凝土和易性良好，無明顯分層離析現象，流動性保持正常。混凝土的流動性、泵送性能滿足現場要求，初凝時間為920min。

3.2 硬化后鋼管內混凝土密實性效果

硬化后混凝土4d齡期時，切割鋼管，觀察鋼管內混凝土密實性，結果顯示混凝土密實性良好，鋼管上弦面混凝土小氣泡集中，但與鋼管內壁無脫空現象；混凝土無離析、空洞、骨料堆積等現象。工藝試驗鋼管內混凝土狀態如圖2所示。

圖2 工藝試驗鋼管內混凝土狀態

3.3 工程實體混凝土施工質量分析

主弦管壓注完成7d后、28d前采用超聲波探測填充情況。每根弦管選取拱腳、拱頂、1/4處和3/4處（共計4個主要斷面）進行檢測，全橋共40個檢測斷面，檢測時采用徑向對測的方法，每個斷面對稱檢測8個點，每個點不少于3次。根據現場對無缺陷區鋼管混凝土的超聲波檢測波速測試可知，無缺陷區平均波速為4560m/s，其平均聲時為221.8μs。實際檢測計算聲速均在4400m/s以上，超聲首波幅度強，接收信號頻率較高，聲時正常，表明鋼管內混凝土飽滿密實，混凝土與鋼管管壁黏結良好。

4 結論

該橋勁性骨架拱主弦管混凝土成功壓注，各項質量控制措施有效，為同類橋梁施工提供了經驗參考，主要結論如下：

（1）混凝土配合比設計和工藝性試驗有效驗證了混凝土性能和機械設備性能，降低了正式施工過程中的風險。

（2）該工程中采用真空輔助勁性骨架管內混凝土壓注，實現了全橋8根主弦管一次壓注成型，弦管開孔數量少，操作簡單，施工工效高。

（3）管內混凝土檢測結果顯示，管內混凝土均勻性、密實性等指標滿足規范和設計要求，施工質量良好。