鋼管混凝土在園林景觀橋中的應用

張曉瑞

摘要：在北京市玉淵潭公園南門景觀橋主拱的施工中，采用了鋼管混凝土泵送頂升技術。施工中從配合比、支撐體系、泵送控制與密實度檢測等方面采取了一系列措施，保證了主拱混凝土壓注工作的順利實施，使設計理念得到充分的展現(xiàn)。該橋以新穎、獨特的造型在園內發(fā)揮了重要的景觀效應，實踐證明鋼管混凝土技術在園林景觀建筑中有著廣泛的應用前景。

關鍵詞：蝶式拱，鋼管混凝土，無收縮配合比，泵送頂升

引言：鋼管混凝土是指將混凝土注入鋼管內而形成的一種組合結構，鋼管與混凝土的結合能更好的發(fā)揮這兩種材料各自的優(yōu)點，以提高結構的承載力。該技術雖已被應用，但在園林橋梁中并不多見。該橋采用鋼管混凝土系桿拱，具有結構受力穩(wěn)定、自重輕、跨度大、造型優(yōu)美的特點，實現(xiàn)了低碳環(huán)保、節(jié)約材料、縮減工期、降低造價等目的，獲得了良好的經濟、環(huán)境效益和景觀效應。

1工程概況

該景觀橋位于公園南門內，跨越永定河引水渠，是游人出入公園南門的唯一通道。該橋以橋面系為界，下部采用鋼筋混凝土橋臺，上部采用鋼結構系桿拱。系桿設計為鋼箱梁斷面，橋面兩側主拱沿鉛垂面設置，拱跨31.8m，鉛垂高度6.94m，兩側主拱拱身各向外傾斜25度，狀似彩蝶之翼，故名為蝶式拱。下部橋臺前墻呈曲線型，沿主拱向下延伸，使橋立面具有中承拱橋之優(yōu)美造型。主拱作為承重拱，所有橋面系的荷載都通過剛性吊桿傳遞給拱肋，再由拱肋傳至兩側拱腳并通過系桿至橋臺，因此主拱承受較大軸力，是主要的承重構件。根據(jù)設計要求，主拱采用鋼管混凝土，以同時滿足結構與造型兩個方面要求。拱壁為無縫鋼管，采用Q345鋼，外徑636mm，壁厚12mm，內部填充C50無收縮混凝土[1]。

2施工要求及技術關鍵點

主拱圈采用泵送頂升法壓注C50無收縮自密實混凝土，借助混凝土的自重擠壓密實。鋼管混凝土與普通混凝土結構相比，具有結構斷面小、自重輕、跨度大、承載力高、節(jié)省鋼筋、易于養(yǎng)護、造型優(yōu)美等特點，但在混凝土配合比、主拱支撐體系架設等方面技術要求較高，在泵送頂升過程與密實度控制等方面控制難度較大。

2.1配合比

與普通混凝土相比，鋼管混凝土應具有良好的和易性，同時具有收縮補償?shù)奶攸c，以滿足免振要求。因此合理的配制是順利施工的前提保障。

2.2支撐體系架設

該橋為體現(xiàn)園林建筑之特色，兩主拱外傾25度。混凝土壓入拱腔后，荷載會急劇增大，合理的架設支撐可有效保證拱的側向穩(wěn)定，因此要編制專項支撐方案。

2.3泵送頂升

泵送頂升是靠泵壓力將混凝土從低處向高處頂升壓注，骨料在頂升過程中處于懸浮狀態(tài)，通過不斷擠壓將拱腔內混凝土的氣體排除，雖然頂升法具有先進的理論基礎，但在實施中要控制好壓注速度，做到均衡施壓以防止主拱失穩(wěn)。

2.4密實度控制

由于鋼管內的混凝土無法振搗，并且伴隨著齡期增長，混凝土會產生收縮。雖然在混凝土配比中考慮了補償收縮的性能，但現(xiàn)場施工中存在著不確定因素。因此對混凝土密實度的控制與檢測也需制定詳細措施。

3分析及應對措施

針對上述問題我們逐一分析并采取了一系列技術措施，具體如下：

3.1原材料的質量要求

應選用低水化熱的水泥，防止水化熱過高而引起拱內混凝土收縮過大;選用級配良好的河砂，細度模數(shù)2.5～2.8，含泥量≤3%，泥塊含量≤1%，通過0.315mm篩孔的砂不應少于15%;粗骨料宜為5～25㎜連續(xù)級配碎石，并達到含泥量≤1%泥塊含量≤0.5%，針片狀顆粒含量≤10%的要求，在滿足泵送條件下，優(yōu)先選用粒徑較大的骨料，以降低用水量，減少水化熱。

3.2配合比要求

為充分發(fā)揮鋼管混凝土的性能，防止在水化過程中由于混凝土收縮導致鋼管內混凝土不密實，造成主拱質量缺陷，制定了以下配比要求：（1）水灰比<0.4;（2）在保證混凝土工作性能的前提下，盡量減少水泥用量，摻入適量的Ⅰ級粉煤灰，優(yōu)化混凝土內部的孔隙結構，使混凝土內部更加密實，提高混凝土的耐久性;（3）適當增大混凝土坍落度以滿足可泵與免振要求，坍落度宜控制在180～220㎜;（4）為確保腔體內混凝土填充密實，摻入微膨脹劑，以滿足補償收縮的要求，其水中限制膨脹率為0.02%～0.04%;（5）選擇高效減水劑，延緩初凝時間，確保混凝土泵送順利完成;（6）在初配的基礎上，按水膠比增加0.02和減少0.02進行試拌對比，并確定最終配合比。

3.3支撐體系架設方案

在壓注過程中支撐將在水平與垂直兩個方向承受較大外力，為確保主拱側向穩(wěn)定，制定了以滿堂支架為基礎，沿橋身縱軸向兩側主拱延伸布置碗扣式鋼管支架的方案，支架高12m，總平面尺寸40.5m×20.6m，具體如下：

（1）該橋所處昆玉河底為方磚面層，基層平整堅實，故與地面接觸統(tǒng)一鋪設60mm厚墊木，支架上部與主拱接觸面鋪14mm厚的鋼墊板;（2）為加強立桿穩(wěn)定性，除掃地桿外第一排縱、橫向水平桿距立桿頂部200mm，其余各步間隔≤1200mm，與主拱接觸的主要受力點立桿間距為300mm、600mm，其余為900mm、1200mm;（3）剪刀撐沿支架四周由底至頂連續(xù)布置，中間每擱四排立桿也設置一道縱向剪刀撐，同時在支架兩端與中部每隔4排立桿從頂向下每2步架設置一道水平剪刀撐，并沿最外側立桿搭設斜撐，以保證支架的整體穩(wěn)定性[2]。

3.4泵送頂升的控制

主拱跨度31.8m，鉛垂高度6.94m，內徑612mm，正常情況下拱內混凝土將按一次壓注到頂實施，同時兩側拱腳處設φ150注漿孔，拱頂設一處φ150排氣孔。混凝土自兩側拱腳同時壓入，保證連續(xù)實施并在初凝前完成，待排氣孔處冒漿后方可停注，并及時封閉注漿孔，混凝土凝固后注漿孔與排氣孔處以與拱壁同厚鋼板焊接封閉。但考慮施工中存在不確定因素，因此做了臨時鉆孔排氣的準備，一旦拱內混凝土因氣泡或斷層而引起堵塞，當立即鉆孔排氣以保證壓注質量。

3.5密實度的控制

為保證拱內混凝土密實度，在壓注實施之后應進行超聲波檢測及拱壁人工敲擊檢測，在施工當中也采取了排漿觀察和核對混凝土用量兩項監(jiān)控措施。

4實施與檢測

4.1混凝土配合比

實驗室針對C50無收縮混凝土配制的質量要求進行了試配，并按基準水膠比±0.02進行了調整及對比，確定了本工程的C50無收縮混凝土配合比如表1所示：

由于實驗室所用骨料均為干燥的，因此對現(xiàn)場砂、石含水量進行了檢測后，將砂、石所含水分從水中扣除，得到調整后的最終施工配合比如表2所示。

4.2主拱混凝土壓注

為確保混凝土的緩凝保塑指標，應盡可能在氣溫較低的時間進行壓注，經對一周的溫度測定，我們定于早晨6時正式實施壓注。

為避免注壓不均衡而產生水平推力，施工中兩側拱腳同步注漿，首先從兩個泵送孔各注入1m3與混凝土內砂漿成分相同的水泥漿，然后空泵續(xù)壓片刻，待指令發(fā)出后，采取相同的泵壓力同步壓入混凝土。實施中要控制壓注速度，做到先慢速逐漸提升后并保持勻速，管內兩側混凝土盡量保持在同一水平面穩(wěn)步上升，高差不應超過1m。當施工中北側壓注速度過快時，我們及時調整并保持該側空泵持壓，防止混凝土出現(xiàn)倒流，待南側混凝土上升到與北側同一高度時，再繼續(xù)送料施壓。為確保混凝土初凝之前注漿完畢，在施工過程中有專人負責控制罐車內的混凝土存量，保證壓注不間斷，不長時間壓車。隨著混凝土的持續(xù)壓入約7～8min，先前注入的水泥砂漿自排氣孔中噴冒出來，持續(xù)時間約20s。伴隨著腔體內排出砂漿的高度變化趨于穩(wěn)定，并逐漸轉化為混凝土，說明混凝土內氣體已基本排出，經核對混凝土的用量無誤后，方可認為腔體內混凝土已達到密實要求，然后停止注漿并及時封閉壓注孔。待混凝土凝固后，所有注漿、排氣孔均用鋼板焊接封閉。

在對另一側主拱實施壓注時，由于吸取了經驗，壓注時間縮短約了1～2min，排出物中的氣體相對較少，取得了更好的效果[3]。

4.3檢測

壓注實施后我們對主拱的各項指標進行了檢測，其結果如下：

4.3.1密實度檢測

在混凝土終凝后，派專人持測錘進行敲擊管壁檢測，沒有發(fā)現(xiàn)空鼓、清脆的聲音，可初步判定管內混凝土是密實的。而后在齡期達到28天時，又進行了超聲波檢測，均未發(fā)現(xiàn)空鼓情況，說明鋼管內混凝土達到了無收縮微膨脹的設計要求。

4.3.2主拱傾斜度變化檢測

主拱吊裝就位后，為防止混凝土在壓注過程中荷載的增加造成主拱傾斜角度過大，我們預留了變形量，拱傾斜度為24.0度，在壓注實施中，于拱腳架設經緯儀，拱頂懸掛鉛垂線，觀察拱角度、位移在整個施工過程中的變化，發(fā)現(xiàn)主拱無明顯變化，且最終傾角24.3度，滿足設計要求。

4.3.3混凝土強度檢測

主拱混凝土壓注4d后經檢測實際強度為設計強度的101%，28d同條件試塊強度達120%，如表3所示，充分顯示了鋼管混凝土結構與普通混凝土相比其優(yōu)越的結構性能。

結束語：該橋主拱采用鋼管混凝土，在主拱混凝土施工4d后就進行了橋面系的施工，與普通混凝土結構相比大大縮短了施工周期，節(jié)約了勞動力，在保證結構穩(wěn)定的前提下又達到了低碳環(huán)保、降低造價的目的，目該橋在公園內發(fā)揮重要的通行和景觀作用。實踐證明鋼管混凝土結構在造型新穎的園林建筑中同樣適用。

參考文獻

[1]蔡紹懷《現(xiàn)代鋼管混凝土結構》2003年4月

[2]《鋼管混凝土結構技術規(guī)范》GB50936-2014，2014-12-01

[3]《北京市城市橋梁工程施工技術規(guī)程DBJ01-46-2001，2001-06-01