金釵紅水河特大橋管內混凝土灌注施工技術

摘要：文章以主跨310 m的金釵紅水河特大橋為例，從場地布置、支架設計、管道布置、人員設備、灌注工藝等方面，介紹了金釵紅水河特大橋管內混凝土灌注的施工工藝。經超聲波檢測管內混凝土密實度全部合格，且工序銜接順暢無質量問題，表明該鋼管混凝土拱橋管內混凝土灌注全過程施工工藝具有推廣性和借鑒性。

關鍵詞：拱橋；鋼管混凝土；混凝土灌注

中圖分類號：U448.34 A 40 141 4

0 引言

鋼管混凝土橋梁作為基本橋型之一，具有跨度較大、成本較低、結構穩定、造型美觀等優點。隨著國家工業化、現代化發展，鋼材與混凝土性能不斷提升，加上鋼管的套箍作用使得混凝土的抗壓能力、抗拉能力以及塑性性能得到了極大提高，使得鋼管混凝土拱橋的跨越能力得到進一步提高。管內混凝土灌注作為鋼管混凝土拱橋施工的一道重要工序，施工條件復雜、施工難度大、施工組織能力要求高，該道工序施工具有一次性，過程中涉及的人力、物力以及協調統籌安排都將決定著管內混凝土灌注的成敗［1-2］。

本文以金釵紅水河特大橋為工程背景，從場地布置、棧橋設計、管道布置、人員設備、灌注工藝等方面介紹了管內混凝土灌注的關鍵技術，為同類型橋梁管內混凝土灌注施工提供參考與借鑒。

1 工程概況

金釵紅水河特大橋為主跨310 m，計算跨徑280 m的中承式鋼管混凝土拱橋。每幅橋兩片拱肋，其主拱橫橋向中心間距為16.2 m，單片拱肋為四管桁式變高度截面，拱腳截面徑向高度為8 m，拱頂截面徑向高度為5 m，肋寬為2.8 m。每肋上弦、下弦均為兩根1 000 mm鋼管混凝土弦管，壁厚分別為20 mm、24 mm。管內混凝土采用C55自密實補償收縮混凝土。主拱肋矩形截面由700 mm綴管和豎向兩根508 mm腹桿鋼管連接主管構成，見圖1。

2 管內混凝土灌注施工技術

2.1 場地布置

為了減輕泵機壓力從而減少泵送風險，金釵紅水河特大橋分二級自拱腳向拱頂泵送混凝土。此外，為了避免灌注過程中出現泵管堵塞的情況，金釵紅水河特大橋布設有三級進漿口作為備用進漿口。泵機布置于兩岸拱座后方平臺上，泵管通過鋼棧橋連接拱肋與泵機，見圖2。

2.2 棧橋設計

由于泵機布置平臺與拱肋連接泵管需要克服地面高差，金釵紅水河特大橋采用鋼棧橋作為泵管支撐平臺。忻城岸泵管棧橋立柱由8根12 m的530 mm×10 mm鋼管組成，分配梁由65根間距為0.6 m的Ⅰ14工字鋼組成；馬山岸泵管棧橋立柱由8根11.05 m的530 mm×10 mm鋼管組成，分配梁由65根間距為0.6 m的Ⅰ14工字鋼組成。鋼管立柱橫聯由Ⅰ14工字鋼橫向連接鋼管構成。貝雷片的支撐架選用115型支撐架。上鋪防滑鋼板業平臺。鋼材材質均采用Q235鋼材。棧橋的計算使用Midas Civil2020有限元分析軟件進行分析計算。計算荷載主要考慮泵管混凝土荷載及人群荷載組合作為施工荷載。材料自重由Midas Civil2020提供，取安全系數為1.2；計算模型見圖3，計算結果見表1、表2。

2.3 人員設備布置

2.3.1 人員布置

管理人員安排以一岸為例，分為前場人員與后場人員。

后場人員7人：3人負責后場混凝土取樣試驗，2人負責監控拌和站設備運轉情況、物資剩余情況與人工投外摻料情況，1人負責保持道路暢通以及1名電工保證后場電力及設備運轉正常。

前場人員11人：前場人員分為地面組、拱上組、拱頂組。地面組8人：1人總指揮，3人負責前場混凝土取樣試驗，1人指揮罐車現場交通，1人負責觀察泵機的運行情況與拱上組交流并記錄管內混凝土到達位置，1名安全員保障現場安全無隱患及1名電工保證前場電力及設備運轉正常；拱上組2人：1名施工員實時跟蹤管內混凝土位置，負責溝通地面與拱頂組人員進行泵機與真空泵的操作及1名安全員保障現場安全無隱患；拱頂組1人確保管內真空壓力足夠，并在收到混凝土位置信息后進行真空泵的啟停。

一岸前后場共計18人，兩岸共需要36名管理人員。

2.3.2 設備布置

忻城岸現場用料由1#拌和站進行拌制，1#拌和站產能為160 m3/h，現場泵送效率為40 m3/h，能夠滿足施工要求。1#拌和站距施工現場約14 km，混凝土罐車運輸能力為10 m3/輛，行駛速度為20 km/h，混凝土拌制時間tw=15 min，運輸時間tlx=40 min，罐車卸料時間td=10 min。

QX=tw+tlx×2+tdtd

=（15+40×2+10）/10=10.5輛

考慮到備用罐車，忻城岸需配置混凝土罐車12臺。

馬山岸現場用料由2#拌和站進行拌制，2#拌和站產能為120 m3/h，能夠滿足施工要求。2#拌和站距施工現場約5 km，混凝土罐車運輸能力為10 m3/輛，行駛速度為20 km/h，混凝土拌制時間tw=15 min，運輸時間tlm=15 min，罐車卸料時間td=10 min。

QM=tw+tlm×2+tdtd

=（15+15×2+10）/10=5.5輛

考慮到備用罐車，馬山岸需配置混凝土罐車8臺。

2.4 泵管布置

2.4.1 進漿口布置

每根鋼管拱肋半跨設三處進漿支管，分別位于拱腳處和1/4跨徑處，第三處備用進漿管布置于4/5跨徑處。

進漿管應順弦管往拱頂走向設置，進漿支管與拱肋軸線夾角宜≤45°，且應設置止回閥。進漿管與主拱弦管相貫口按結構焊縫要求施焊，保證焊縫質量，并加勁處理。

2.4.2 泵管布置

泵管禁止懸空，水平方向應布置橫向約束，間距不宜過大，彎管處應固定牢靠。泵管盡量少采用彎管送料，不宜使用軟管，與泵機連接的第一節泵管需采用直管。

全橋共配置4套泵管，半幅兩岸、上下游各1套，布置在拱肋上弦管處。澆筑下弦管時通過加長泵管接入下弦管的進漿管，澆筑完半幅后移動至另一幅繼續澆筑，可滿足單次澆筑兩根弦管的要求。

泵管使用手拉葫蘆與拱肋固定，避免泵送管內混凝土時泵管晃動過大，導致接頭松動漏漿。在接入下弦管的部位搭設臨時施工平臺，泵管布置在施工平臺上，與上方拱肋平聯管用手拉葫蘆拉住，不可懸空布置。

泵管采用直徑125 mm×9 mm的高壓泵管。兩節管道間接頭的橡膠墊圈位置應準確，聯結卡箍對準橡膠墊圈卡緊，配套螺栓上穩卡緊，盡量減少使用彎管。

2.4.3 出漿口布置

半跨共設置三處出漿口，在拱腳設置一級排漿管，在二級進漿管豎直方向下方1 m布置二級排漿管，在拱頂隔倉板的內側布置拱頂排漿管。排漿管采用直徑180 mm，高度為1.5 m的泵管制作而成。出漿管的選擇既要有利于排漿時避免粗骨料堆積堵塞排漿管，導致無法排出浮漿；又要避免選取管徑過大造成在主拱肋上開孔過大，從而影響鋼結構性能。

拱腳一級排漿管與拱頂排漿管應布置在拱肋頂部，與拱肋呈75°夾角布置，可避免混凝土排出對拱肋造成污染。二級排漿管作用為排出一級灌注時的浮漿，與拱肋水平布置。排漿管使用泵管切割而來，使用卡箍與定制尺寸圓鋼板完成封閉。

排漿管與弦管要求滿焊，焊接可靠、牢固，為了提供足夠的安全系數，應加勁處理，保證排漿管出漿時焊縫不漏漿，不脫管。

2.5 管內混凝土灌注施工

2.5.1 清洗鋼管內壁

在拱腳設置排渣孔，采用從拱頂注入清水的方式對管壁鐵銹及雜物進行沖刷清洗，拱腳預埋段中剩余的水及雜物可采用水管直接排出，在這一過程中保證水管插入預埋段底部并攪動排水管，將剩余的水與雜物吸出，洗管完成后，立即對排渣孔進行焊接恢復。

2.5.2 泵送水泥砂漿潤管

采用同強度水泥砂漿進行潤管，主要起到潤滑管壁和檢驗泵管的氣密性的作用，為接下來正式灌注混凝土打下基礎。在水泥砂漿泵送完后，將一級泵機與一級進漿管連接，當前場混凝土數量充足后開始一級管內混凝土灌注施工。

2.5.3 混凝土運輸

混凝土運輸過程中宜以3～5 r/min的轉速攪動，當運輸車到達前場時，持續攪拌30 min，運輸時間過長時可適當縮短時間，應由試驗工程師確定。待混合料充分熟化，再將混凝土倒入料斗中。混凝土運輸時間應按照120 min控制。

2.5.4 泵送一級管內混凝土

前場混凝土數量充足后開始泵送一級管內混凝土，兩岸一級泵機啟動，開始時泵機應在低速狀態下運行。一級出漿管排出浮漿后，作業人員采用振動板對回流段內混凝土進行振搗密實。拱腳一級出漿管冒出合格混凝土后，用特制尺寸鋼板通過聯結卡箍擰緊螺栓與出漿管端頭，保證連接密實，封閉出漿口。

待混凝土面上升至超一級進漿口2 m高的位置時，啟動抽真空輔助系統，保證混凝土泵送過程中的拱內真空度維持在-0.08～-0.06 MPa。

2.5.5 轉換二級泵管

敲擊鋼管進行混凝土位置確認，當混凝土達到二級出漿管下50 cm時，關閉真空系統進行卸壓，隨后打開二級出漿管進行排漿，待排出合格混凝土后，上卡箍與鋼板封閉二級出漿管。

關閉一級進漿口止回閥，斷開一級輸送管與止回閥，一級泵機在輸送管斷開后先泵入水泥漿，再泵入大量清水完成泵機與一級輸送管的清洗。

2.5.6 泵送二級管內混凝土

一級管內混凝土泵送完畢后，關閉二級出漿口，啟動二級泵機并泵送水泥砂漿進行二級泵管潤滑，待管內恢復常壓后接入二級泵管，打開二級進漿管閥門，開始泵送混凝土。當二級管內混凝土泵送到拱頂，注意觀察拱頂儲漿桶觀察窗，當混凝土液面到達觀察窗后，關閉真空系統并卸除負壓。若混凝土液面出現回落，應繼續泵送混凝土填滿出漿管，等待10 min，液面不回落，打開真空泵與出漿口連接板，插入高頻震動棒，快插慢拔，直至插入主弦管，將氣泡排出，保證混凝土均勻密實。當儲漿桶內無明顯氣泡后，完成管內混凝土灌注。

2.5.7 結束

當所有弦管灌注完成，混凝土各進漿孔、出漿孔、振搗孔、排渣孔在混凝土達到設計強度后，均需進行補焊牢固，再用手砂輪打磨至弦管表面平齊。

2.6 管內混凝土密實度檢測

采用超聲波對管內混凝土進行密實度檢測，包括檢測管內混凝土勻質性、評價混凝土填充效果、定性判別內部裂縫、空洞等缺陷［3］。檢測結果見下頁表3。

金釵紅水河特大橋鋼管混凝土采用超聲波法進行質量檢測，1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#、8#鋼管完成7 d、14 d、28 d共3個工況的測試。1#～8#鋼管不同齡期測試的有效數據數量均為1 536個。檢測結果表明：金釵紅水河特大橋3個工況下的鋼管混凝土密實性均判定為密實性好、結合性好，鋼管混凝土密實性均滿足正常使用和設計要求。

3 結語

本文從場地布置、支架設計、管道布置、人員設備、灌注工藝等方面介紹了管內混凝土的灌注施工工藝。金釵紅水河特大橋采用真空輔助分級泵送的施工技術，經檢測管內混凝土密實度全部合格，且工序銜接順暢無質量問題，表明該鋼管拱橋拱內混凝土灌注全過程施工工藝具有推廣性和借鑒性。

參考文獻

［1］羅業鳳，王建軍，陳光輝.合江長江一橋拱肋鋼管混凝土灌注施工［J］.中外公路，2013，33（3）：158-160.

［2］陸永軍，喬素云，李明澤，等.鋼管混凝土拱肋管內混凝土灌注技術［J］.中外公路，2007（2）：109-112.

［3］韓 玉.鋼管內混凝土真空輔助灌注工藝試驗結果分析及其在合江長江一橋應用［C］．第二十二屆全國橋梁學術會議，2016.

收稿日期：2022-12-20