大跨度下承式系桿拱橋頂升混凝土關鍵施工技術

徐能成 姚建平 李郁潺

上海南匯建工建設（集團）有限公司 上海 201399

系桿鋼拱橋由于具有抗震性好、施工進度快、自重輕等特點，被廣泛應用于現代大跨度橋梁施工中。系桿鋼拱橋拱肋內需泵送頂升高等級自密實補償收縮混凝土，混凝土的澆筑質量影響到橋梁的結構安全[1-6]。雖然目前泵送頂升混凝土施工工藝已經較為成熟，但從工程實例來看，泵送過程中仍然會出現一些問題，且有些問題是事先沒有預測到的，因此此項施工工藝還有可以提高優化和改進之處。

1 工程概況

1.1 項目概況

大蘆線航道整治二期工程5標老蘆公路橋，工程范圍內道路全長1 199 m，主橋采用一跨跨越航道，長度為117 m，計算跨徑為114 m，橋寬34.0 m，采用“先拱后梁”法施工。上部結構為下承式系桿拱橋，由鋼管混凝土拱肋、縱梁、中橫梁、端橫梁、柔性吊桿、后澆縱梁及后澆橋面系等組成。下部結構每個主墩采用2根立柱與支座位置相對應。全橋橫向采用2片拱肋，縱橋向主橋兩端通過支座作用在橋墩上，為外部簡支體系，全橋共設置4個豎向支承支座。

1.2 拱肋概況

本工程主橋有2片拱肋，為等高度圓端形鋼管混凝土結構。拱肋寬度1.2 m，截面高2.7 m，拱肋鋼板壁厚20 mm，拱肋橫橋向間距為26.3 m。拱軸線計算跨徑114 m，矢跨比1∶5，拱肋矢高22.8 m，拱軸線為二次拋物線。為了確保澆筑自密實補償收縮混凝土時，鋼管不變形，并改善鋼管與混凝土的結合效果，內壁設φ25 mm@500 mm的橫向加強筋和75 mm×10 mm的角鋼，防止拱肋橫向變形，對應的腹板內壁設加勁鋼板，壁厚20 mm。

2 重點、難點和特點分析

2.1 混凝土性能指標要求高

泵送頂升混凝土對級配要求很高，需要有優質的原材料和科學合理的配合比方案。按擬采用的配合比方案進行強度和收縮性試驗，考慮到對混凝土膨脹率的要求，收縮性試驗需提供3個月以上的資料，根據試驗結果確定最終配合比方案，因此，配合比試驗相關數據對頂升混凝土的質量起著關鍵作用。

2.2 保證泵送頂升的連續性和同步性

2片拱肋兩端共布置4臺高壓固定式混凝土輸送泵，頂升過程中拱肋受力復雜。為控制頂升混凝土過程中拱腳位移值滿足設計要求及整座橋的均衡受力，需進行同步均勻、連續的對稱泵送頂升澆筑，且要保持相近的泵送壓力，這對混凝土的運送保障能力和現場組織能力有較高的要求。同時考慮到泵送設備可能會產生故障以及泵管產生爆裂、堵塞等情況，會給混凝土澆筑的連續性、同步性帶來影響。因此，做好各種突發事件應急措施的預演非常重要。

2.3 其他工序的穿插和協調配合

拱肋內泵送頂升混凝土施工工藝與普通的混凝土澆筑施工工藝相比，除了工藝要求的差異性，它的特點還不只是局限于自身的澆筑。由于拱肋的受力特性，其在澆筑過程會加大承受豎向荷載，拱腳支點位置會產生指向兩岸方向的水平推力，這就需要通過在兩岸設置的臨時預應力張拉裝置來完成平衡。因此，泵送頂升混凝土過程，實際上還有其他施工工序的穿插和協調配合，如何處理好各工序的順序關系到整座橋梁的施工質量和受力特性。

3 施工工藝和施工流程

3.1 施工工藝

拱肋內頂升混凝土采用C50自密實補償收縮混凝土，單片拱肋混凝土理論量為308 m3，2片共計616 m3。根據對稱均衡原則，以拱頂為對稱中軸，進行鋼管混凝土的澆筑施工。為保證拱肋混凝土的密實性，采用在拱肋兩端泵送頂升壓注澆筑方法，澆筑時由輸送泵將混凝土連續地自下而上壓入鋼管拱肋內，不需要振搗，直至拱肋頂部排漿管溢出混凝土為止，本工程采用兩級泵送的方法澆筑施工。

3.2 施工流程

安裝澆筑口截止閥→布設安裝泵送管及輸送泵→泵送清洗鋼管→泵送高等級砂漿潤滑管壁→一級澆筑口泵送混凝土（對稱）→二級澆筑口出混凝土→停止泵送、關閉一級澆筑口截止閥→臨時抗推鋼索初張拉→連接二級澆筑管→二級澆筑口泵送混凝土（對稱）→拱頂排漿管溢出混凝土→停止泵送→關閉二級澆筑口截止閥→臨時抗推鋼索終張拉→清洗拆除泵送管及輸送管→混凝土養護

4 頂升混凝土主要性能指標

泵送頂升混凝土的性能指標關系到工程質量好壞，配制的混凝土既要滿足和易性、耐久性、均質性和可泵性，還要滿足強度等要求。在采用機制砂試配不成功的基礎上，通過采用天然河砂的4次試配，最終成功。

1）配合比：水∶水泥∶礦粉∶粉煤灰∶砂∶碎石∶外加劑∶膨脹劑＝160∶350∶50∶85∶870∶881∶5.82∶37。其中，水泥為P·O 42.5水泥，礦粉為S95，粉煤灰Ⅱ級，砂為天然中砂（細度2.9，含泥量1%），碎石粒徑5～20 mm，外加劑為標準型高性能減水劑，膨脹劑為HEA，充分補償收縮，防止產生裂縫。

2）坍落度和擴展度：混凝土不泌水、不離析，混凝土彈性坍落度控制在200～260 mm，實際是250 mm；擴展度控制在500～650 mm，實際是600 mm。

3）初凝和終凝時間：鋼管內混凝土根據實際的泵送能力確定合理的初凝時間和終凝時間，并要考慮緩凝型減水劑對膨脹率的降低，初凝時間為800 min，終凝時間為1 105 min。

5 機械設備選擇

5.1 泵送設備要求

共配置6臺ZLJ5180THBJE型車載式混凝土泵車，其中在拱肋兩端共布置4臺，備用2臺。每臺泵車平均每小時泵送50 m3混凝土，每片拱肋單根計劃在4 h內完成泵送。輸送泵的系統泵壓一般在5～10 MPa。配備2支高壓水槍，以便混凝土從出漿孔冒出后，馬上清洗肋拱。

5.2 運輸車輛配備

考慮到混凝土攪拌站距離本項目不足2 km，故配備10輛12 m3的混凝土攪拌車滿足4個澆筑點同時澆筑的混凝土供應，其中9輛使用，1臺備用，以保證拱肋鋼管混凝土連續泵送頂升澆筑。

6 主要施工技術

6.1 泵管的布置

1）泵管采用直徑為125 mm高壓管，在澆筑孔位置及管道線路上，搭設專用支架，用于架設混凝土輸送泵管。為保證管道的穩定性，每隔2.5～3.0 m用鋼管將高壓管加固。

2）在泵管對接前，仔細檢查管內壁是否清潔，接頭和密封圈完好性，以免在泵送過程中發生堵塞、爆裂等現象。接好后對輸送管要逐節檢查，以確保管節接口嚴密，杜絕混凝土在泵送頂升過程中發生脫管。

3）在混凝土泵送頂升前，應在澆筑管上設置防回流截止閥，并對壓漿管與拱肋鋼管及法蘭盤接口的焊縫進行加勁處理。

6.2 澆筑口設置

6.2.1 一級澆筑口設置

一級澆筑口開設在距拱腳2.0～2.5 m處，使用內徑125 mm、壁厚不小于3.5 mm、長1.4 m的鋼管澆筑管，設在拱肋上方，其中伸入拱內段長850 mm與鋼管拱的軸線成45°，同時在拱肋內的導向管端部加1個約135°彎頭，使出料口的方向與鋼管拱的軸線保持一致，可減小泵送阻力，以保證頂升混凝土順暢性。將混凝土輸送管與鋼管澆筑管用法蘭連接，并設截止閥。

6.2.2 二級澆筑口設置

在主拱1/2矢高處的對稱位置，設置二級澆筑口，設置方法與一級澆筑口一致。

6.3 增壓排漿管設置

在拱頂兩側對稱位置設置2根直徑150 mm、高1.5 m的增壓排漿管，間距3 m，管口向側面略微傾斜，以免排溢出的混凝土污染拱肋。同時為了避免溢出的混凝土飛濺到鄰近的鋼便橋，在排漿管上套一段軟管。

6.4 臨時抗推鋼束布置

在鋼管拱肋安裝風撐時，泵送頂升混凝土前，進行縱向臨時水平束的穿索。臨時抗推鋼束采用4根光面PEJ15H-31D的鋼絞線成品索，全橋共計8根，每根質量約4 t，臨時索分別位于拱腳處和拱腳外端橫梁預埋鋼錨箱處，各4根。

6.5 泵送頂升混凝土

1）泵送頂升前進行混凝土現場的坍落度及擴展度測試，結合測試結果進行針對性調整，并對拱腳外端橫梁預埋鋼錨箱處的4根臨時水平抗推鋼束預張拉250 kN。

2）先泵送頂升一級澆筑口的混凝土，一級澆筑口的混凝土澆筑完成后，進行拱腳外端橫梁預埋鋼錨箱處的4根臨時水平抗推鋼束第二次張拉1 300 kN，二級澆筑口的混凝土澆筑完成后進行最終張拉3 300 kN。

3）拱肋全跨度從兩側拱腳處，自下而上對稱地連續同步泵送頂升澆筑，盡量避免停泵。泵送頂升時需確保拱肋內的混凝土在初凝前完成，所以在泵送完一道管時，應及時連接好下一道管的輸送管，盡量縮短泵送時間。

4）開始泵送時泵機應處于低速壓送狀態，并應注意觀察泵的壓力和各個部件工作情況，壓力控制在5～10 MPa，一般以7 MPa為宜，待壓送順利和各個部件工作狀態正常后，方可提高泵送速度。

5）當混凝土泵送頂升困難，泵壓升高及管路產生振動時，不得強行泵送，應對管路進行仔細檢查，并放慢泵送速度或反轉，以防堵塞管道。

6）當輸送泵管被堵塞時，可以用木槌等敲擊管路，查出堵塞的管段，關閉防回流截止閥，待混凝土泵卸壓后再拆卸堵塞的管段，取出堵塞的雜物，并檢查其他管路有無堵塞情況，方可再接管。重新泵送混凝土時，應打開防回流截止閥后再進行泵送。

7）單片拱肋鋼管混凝土泵送時，應嚴格遵循拱肋兩邊對稱同步施工，防止因一邊上升過快而引起拱肋縱向振動。可通過混凝土的運輸量、泵送量及敲擊檢查結果等來判斷，兩岸拱肋內混凝土長度差控制在1 m以內。泵送時必須利用對講機隨時聯系，以保證兩端混凝土頂升速度同步。

8）當拱肋頂部排漿孔有漿液排出時，要放慢泵送速度，每泵一下后停一下，使多余的氣體和漿液全部排出，直到排漿孔內溢出混凝土性狀與泵送混凝土性狀相同為止，溢出過程一般控制在3 min左右即可，然后穩壓并關閉防回流截止閥。

9）當鋼管拱肋內混凝土的強度達到50%以上時，即可拆除鋼管拱肋上的澆筑孔和排漿孔，所有的孔都應用原切割下來的鋼板進行焊接封閉。切割焊接時，需同時做好降溫處理，避免灼傷混凝土。

10）待鋼管拱肋混凝土的強度達到設計強度的80%后，檢查拱肋混凝土是否密實，需進行密實度的檢測，并提交檢測報告。采用人工敲擊鋼管進行初步檢查，聲音沉而啞的，表明混凝土已填充飽滿，否則可能存在異常情況。

11）當鋼管拱肋混凝土的強度達到設計強度后，用超聲波對拱肋內混凝土的密實度情況進行檢測，發現問題應及時采用鉆小孔壓漿法進行處理。

7 實施效果

1）本項目經過近7 h的頂升澆筑，共完成48車混凝土的澆筑，混凝土實際累計方量為576 m3。

2）東片拱肋頂部對稱的2根排漿管溢出時間差控制在1 min之內，西片拱肋頂部對稱的2根排漿管幾乎是同步溢出，說明整個頂升澆筑過程的同步性非常完美。

3）拱肋頂部的排漿管溢出時間達到3 min以后，溢出的不再是漿液，而是和頂升的混凝土性狀一樣，很好地確保了拱肋內混凝土的質量。

4）通過檢測，拱肋內混凝土的質量滿足設計要求。

8 結語

雖然泵送頂升混凝土順利完成，但在現場實際操作中，也存在一些不足之處仍需要改進。

1）泵送沖洗拱肋時，由于沒有派專人跟蹤觀察泵送沖洗的水是否排盡，排水口因被拱肋內的垃圾堵塞，水沒有排出，在澆筑前才發現此情況，導致延誤了2 h開始頂升。

2）泵車調度人員要仔細認真，不能安排有誤，本項目在澆筑過程中由于調度出現問題，有一輪回2輛泵車運送地點產生了互換，打亂了澆筑節奏，導致延誤30 min，影響了整個澆筑流程。

3）泵送頂升過程中，需要有人站在拱肋頂部隨進度跟蹤檢查和進行相關配合。因此拱肋臨邊的安全防護及對工人的技術交底也應提前落實到位，防止意外事故發生。