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(lián)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(wěn)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(lián)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(shù)；σx，y為沿x與y軸雙向拉伸產(chǎn)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(shù)。

同時，剛性吊桿的截面比上下節(jié)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(wěn)定性。

1.3 預壓作業(yè)

橋梁支架預壓作業(yè)是為了檢測支架與地基的強度及穩(wěn)定性，避免橋梁支架在混凝土施工之前出現(xiàn)非彈性變形等情況[1]。預壓作業(yè)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(yè)。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(tǒng)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(xiàn)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(chǎn)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(xiàn)。

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(xù)均勻與密實，在向鋼管內澆筑混凝土的過程中，必須連續(xù)無間斷地進行，中途不得有停頓。如果必須出現(xiàn)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(xù)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(jù)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?；炷恋奶涠葹?7～21 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(jù)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(xiàn)泵送困難、出現(xiàn)空隙等現(xiàn)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(shù)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(jù)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(shù)。

2.3 采取鋼管混凝土養(yǎng)護措施

1）對拱肋進行養(yǎng)護。對拱肋的養(yǎng)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(yǎng)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(tǒng)的養(yǎng)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(tǒng)質量的影響。在養(yǎng)護期間，需做好防水防銹工作，經(jīng)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(tǒng)，補刷防銹漆。

4）橋面系的養(yǎng)護。收集橋面上已經(jīng)出現(xiàn)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(wěn)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(xiàn)失穩(wěn)。當拱圈寬度在跨境的1/20 以內時，需要對拱圈的橫向穩(wěn)定性進行驗算，確保橋梁的穩(wěn)定性滿足要求。影響鋼管混凝土拱橋穩(wěn)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(wěn)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(wěn)定性。橫撐的剛度也會影響拱橋的穩(wěn)定性，且橫撐的剛度與屈曲安全系數(shù)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(fā)揮出鋼管混凝土施工技術的應用價值，還要做好施工細節(jié)控制，保障施工質量與安全，為推動公路工程橋梁建設事業(yè)貢獻技術力量。