鋼管混凝土拱橋施工技術應用研究

蒙永升

（廣西路橋工程集團有限公司，南寧 530000）

1 鋼管混凝土拱橋施工技術要點

1.1 鋼管混凝土拱橋的組成

鋼管混凝土拱橋的構成部分主要包括拱肋、橫向聯系及懸掛結構。拱肋部分采用鋼管混凝土。提籃式拱可以增強橫向拱肋的穩定性，其拱軸線通常采用二次拋物線，還可以采用懸鏈線。拱肋通常采用無鉸拱，拱肋矢跨比為1/7～1/4。拱橋的橫向聯系一般可做成橫撐、對角撐以及空格式構造。懸掛結構的吊桿有柔性吊桿與剛性吊桿兩種，行車道系由橋面板和縱、橫梁組成。

1.2 吊桿選型

鋼管混凝土拱橋中，柔性吊桿是采用高強鋼絲繩與冷壓粗圓鋼做成的，承擔軸向力，采用柔性吊桿要注重后期的防銹處理，以提高吊桿的耐久性。剛性吊桿的截面通常呈矩形，桿件在長期荷載下會有徐變影響，結構混凝土的齡期為τ 時，可以計算出結構內任意點在t時刻的總應變，計算公式如下：

式中，ε（x，y）為總應變，x、y分別為x軸、y軸；φ（t，τ）為滯后彈性徐變系數；σx，y為沿x與y軸雙向拉伸產生的應力；E為核心混凝土彈性模量，MPa。

在對齡期調整時，需考慮彈性模量，有效彈性模量Ec（τ）的調整可以按照式（2）計算：

式中，E（τ）為混凝土28 d 齡期的彈性模量，MPa；x（t，τ）為齡期系數。

同時，剛性吊桿的截面比上下節點位置構成的局部彎矩要小，截面尺寸在順橋方向設計較小，以此減少剛性吊桿的承受彎矩。橫橋方向設計的截面尺寸比順橋方向要更大，可以增加拱肋的穩定性。

1.3 預壓作業

橋梁支架預壓作業是為了檢測支架與地基的強度及穩定性，避免橋梁支架在混凝土施工之前出現非彈性變形等情況[1]。預壓作業首先要確定內模結構，然后在完成支架及底部模板鋪設的基礎上開展預壓作業。支架預壓后澆筑混凝土，混凝土澆筑由跨中向兩邊的方向進行，預壓可以使用水袋或沙袋。預壓采用分步推進的方法，第一次加載到總加載重量的50%，第二次加載到總加載重量的75%，第三次加載到總加載重量的100%，每次加載完成后均靜置2 h，測量觀察點的高程并記錄，如果不滿足要求，應采取加固措施，再重復加載步驟直到符合要求為止。如果測量結果達標，則靜置48 h，然后分步全部卸載。

1.4 泵送頂升技術

泵送頂升就是在鋼管底部打孔，等鋼管安裝就位后，從鋼管底部打入混凝土，向上逆頂澆筑，直到頂升到拱頂位置。泵送頂升是鋼管混凝土拱橋施工中一項至關重要的技術，與傳統的澆筑方式相比，泵送頂升技術不搭設高空腳手架，施工更加簡便安全，利用混凝土泵送壓力能夠一次性完成壓注，澆筑速度快、效率高，頂升擠壓密實，不容易出現氣孔。泵送頂升技術實施期間，要求能做好鋼管拱肋混凝土澆筑檢測，檢測項目、方法與允許偏差見表1。

表1 鋼管拱肋混凝土澆筑檢測內容

采用泵送頂升技術應注意以下技術要點：

1）針對出漿孔的制作，在骨架合龍后，拱頂位置的鋼管上部應設置出漿孔，出漿孔的直徑大約為0.12 m，出漿孔處需外焊鋼管，外焊鋼管的長度約為0.12 m，并設置厚度為1.2 cm 的鋼板作為加勁板。

2）針對孔、頭的設置，為了填充混凝土停止泵送頂升澆筑后產生的回落空隙，在鋼管的頂部應當開設排氣泄壓孔，也可設置溢流泄壓孔，孔的截面積大于或等于混凝土泵送管的截面積，這樣可以防止回落空隙情況的出現。

3）混凝土在鋼管中流動時會受到一定的空氣阻力，阻礙混凝土向上流動。為了更好地查看混凝土的流動情況，需要沿著鋼管在豎直方向設置排氣孔，排氣孔與排氣孔之間的間距為30 m。當排氣孔中流出混凝土時，利用螺桿封堵排氣孔。除此之外，為了保證混凝土的連續均勻與密實，在向鋼管內澆筑混凝土的過程中，必須連續無間斷地進行，中途不得有停頓。如果必須出現中斷的情況，中斷時間應控制在30 min 之內。

4）在第一級混凝土澆筑完成之后，緊接著開始第二級壓注，壓注可以采用多點對稱壓注方法，順序為從上至下，從大鋼管到小鋼管。加載設計通常分兩步進行壓注，第一步是對下弦壓注，接下來是對上弦壓注，壓注4 根鋼管的時間不能超過15 h。

5）混凝土頂升澆筑到鋼管頂部位置的時候，會從排氣孔中溢出，此時不再進行混凝土輸送，等待混凝土向上沉實大約7～8 min，用振搗器振搗混凝土，再繼續泵送頂升操作，等待混凝土再次從排出孔溢出，鋼管內的混凝土沉積密實，混凝土頂升澆筑結束。

6）混凝土頂升澆筑之前，要用膠皮將注漿管上的孔洞遮蓋住，設置管卡卡緊，讓混凝土漿沒有外漏的空隙。在結束泵送頂升澆筑后，先拆除澆筑混凝土之間在孔洞上設置的膠皮及管卡，然后撤除混凝土上輸送管。同時，阻流裝置內應打入圓鋼，鋼筋的間距不能超過混凝土中石子的直徑，通常設置為1.5 cm，這樣能夠有效阻擋混凝土回流，提高混凝土上輸效率。

2 鋼管混凝土施工技術質量控制要點

2.1 科學控制混凝土配合比

根據實際施工要求配比混凝土是提高鋼管混凝土施工質量的關鍵工作。混凝土的坍落度為17～21 cm，結合壓注速度可以算出混凝土初凝所花費的時間。影響混凝土配合比的重要因素是微膨脹率，因此，首先要科學計算混凝土的微膨脹率，再根據要求進行砂、石、水的配比。如果配合比設計不科學，就有可能出現泵送困難、出現空隙等現象，合理把控混凝土配合比，是提高施工質量的關鍵性因素[2]。

細骨料的密度、松散堆積密度、吸水率、含泥量與細度模數需分別控制為2.63 g/cm3、1.48 g/cm3、1%、0.6%、2.6；粗骨料的密度、松散堆積密度、吸水率需分別控制為2.71 g/cm3、1.53 g/cm3、0.58%，要求Cl-的含量不能超過0.06%，且最大粒徑需控制在輸送管徑的1/4～1/3。在高性能混凝土中粉煤灰參量一般為水泥含量的5%～10%，要求粉煤灰性能指標需符合表2 要求。

表2 粉煤灰性能指標

2.2 鋼管微膨脹混凝土配制

采用攪拌車運輸鋼管高性能微膨脹混凝土，使用混凝土車載泵泵送，確保鋼管微膨脹混凝土可泵性較高，要求目標坍落度為180～220 mm，電通量控制在＜1 000 ℃。確定鋼管拱C55 混凝土配制強度，可根據式（3）計算：

式中，fcu,0為混凝土配制強度，MPa；fcu,k為混凝土設計強度，MPa；σ 為混凝土強度標準差。

在對水灰比進行確定時，需使用（4）計算：

式中，W為水的質量，kg；C為水泥的質量，kg；fce為水泥在28 d 時的抗壓強度實測值，MPa；αα、αb為回歸系數。

2.3 采取鋼管混凝土養護措施

1）對拱肋進行養護。對拱肋的養護，要求在施工完成后的午后進行，避免在夏季高溫時間進行。在具體操作中，需在脫粘處上下各鉆一個孔，將φ10 mm 鋼管焊接在下孔處，連接鋼嘴與壓漿嘴；下孔送風需使用空壓機進行，連通的條件是上空出風；制備好的壓漿材料需使用壓漿機輸送。

2）拱座的養護。當拱座與裸露的鋼管混凝土交界段以上露出的鋼管表面，如果土層有龜裂等問題時，對于混凝土的包裹時長可適當延長；當外包混凝土有裂紋等情況時，但沒有明顯的變形時，可以涂抹水泥砂漿，并定期觀察；及時排除拱座處積水，保持干燥。

3）吊桿系統的養護。吊桿、錨具等是吊桿的主要組成部分，橋梁的耐久性、承載能力會受到吊桿系統質量的影響。在養護期間，需做好防水防銹工作，經常涂抹潤滑油到絲扣上以起到防腐作用。同時也要涂漆到吊索系統，補刷防銹漆。

4）橋面系的養護。收集橋面上已經出現松動的礦料，等溫度達到15 ℃以上時，需及時噴灑瀝青，噴灑量為0.8～1 kg/m2，然后將石屑均勻撒在上面，要求石屑粒徑為3～6 mm。

2.4 穩定性分析

在跨徑增大的過程中，鋼管混凝土拱橋的拱圈橫向剛度、寬跨比會減小，這樣就會使拱橋在橫向出現失穩。當拱圈寬度在跨境的1/20 以內時，需要對拱圈的橫向穩定性進行驗算，確保橋梁的穩定性滿足要求。影響鋼管混凝土拱橋穩定性的因素有矢跨比、支撐形式、橫撐剛度、拱肋剛度等，所以，需結合工程實際情況合理選擇矢跨比，一般情況下矢跨比需控制在1/5～1/3。另外，采用橫撐形式能確保拱橋的穩定，可以選擇“K”字形或“米”字形橫撐，提升拱橋橫向剛度確保拱橋穩定性。橫撐的剛度也會影響拱橋的穩定性，且橫撐的剛度與屈曲安全系數為線性關系。

3 結語

綜上所述，應用鋼管混凝土拱橋施工技術開展公路工程橋梁施工，不僅要強化施工技術管理，發揮出鋼管混凝土施工技術的應用價值，還要做好施工細節控制，保障施工質量與安全，為推動公路工程橋梁建設事業貢獻技術力量。