大跨度鋼管拱混凝土灌注控制措施

張興盛

（中交一公局第四工程有限公司，廣西 南寧 530033）

0 引言

鋼管混凝土拱橋是一種優良的鋼混組合橋梁，其拱形結構能夠有效分擔荷載、減少對支撐結構的需求從而提升施工效率，同時其造型渾然天成，具有很強的藝術感和美觀性。鋼管混凝土拱橋的管內混凝土灌注控制措施作為一種橋梁施工控制的技術措施，對于施工質量控制具有十分重要的作用[1]。趙藝程等[2]以某在建拱橋工程為例，分析主拱管內混凝土頂升灌注的施工優點，并總結其在大跨鋼管混凝土拱橋中的應用效果，有效了預防堵管和爆炸管現象的發生；陳冠名等[3]闡述了主拱管內混凝土頂升灌注方法，通過某在建超大跨度鋼管混凝土拱橋為案例，通過引入主弦管“以折代曲”的工藝流程，提升了各個階段的施工質量； 馮偉[4]則提出對灌注順序進行了詳細的模擬分析，得出先灌注下弦管后灌注上弦管的灌注順序優于其他灌注順序的結論；郭金亮[5]分析鋼管拱橋施工過程中的灌注的基本要求，并提出泵送頂升過程中泵車需要保持排量相對穩定，同時嚴禁灌注過程中少量間斷泵送頂升從而增加堵管風險；何盛文[6]提出在澆筑數小時后可將硅酸鹽水泥覆蓋在鋼管表面并保濕養護，提高鋼管混凝土耐久性。

本文國內混凝土灌注有效施工控制措施的基礎上，依托烏江特大橋這一工程實例，通過提出混凝土灌注“三級泵送頂升”灌注控制施工工藝，探討了施工組織控制，提出了泵送施工現場控制措施，有效解決了堵管、爆管、混凝土供應不連續、泵壓超標、澆筑中斷等一系列問題。

1 工程概況

德余高速烏江特大橋的主橋采用主跨504m、計算跨徑475m 的上承式鋼管混凝土變載面桁架拱橋，為拱、梁、柱剛接協同受力體系，拱軸線采用懸鏈線，拱軸線系數2.2，矢高90m，矢跨比1/5.278。

德余烏江特大橋是一個重要工程實例，本項目采用了泵送頂升壓注法進行管內混凝土灌注。施工準備階段：合理設計施工方案和施工工藝，確保施工人員理解并熟悉工藝要求。嚴格按照設計要求對施工設備進行檢查和維護，確保設備正常運行。提前準備好所需的灌注材料、設備和人員，避免施工中斷。主拱肋為由8 根D1 400cm 鋼管通過腹桿、橫聯和風撐組成的等寬變高度空間桁架結構，弦管橫向中心間距2.5m，橫橋向兩片拱肋間的中心距均為16m，弦管內灌注C70 自密收縮補償混凝土，如圖1 所示。

圖1 德余烏江特大橋拱肋桁架構造圖

2 施工控制措施

2.1 灌注工藝

主弦管內混凝土采用三級泵送頂升壓注法灌注的描述涉及具體的施工工藝和參數規劃。這種施工方法通常用于確保混凝土在鋼管內均勻灌注并順利達到設計要求的位置，同時考慮到施工過程中的對稱性和連續性等因素以確保整體結構穩定性[7]。

主弦管內混凝土采用三級泵送頂升壓注法灌注，灌注自拱腳向拱頂壓注，一級區間約90m 長、50m 高、泵管長約109m；二級區間約80m 長、71m 高、泵管長約83m；三級區間約55m 長、74m 高、泵管長約56m，施工時兩岸對稱同時澆筑，按照上弦管內外側、下弦管內外側順序單管對稱澆筑。如圖2所示。

圖2 三級泵送頂升布置圖

單管泵送頂升流程如下：

（1）施工準備：完成C70 自密實收縮補償混凝土配合比設計，確定8 根弦管混凝土灌注順序，人機材準備完善，完成技術交底、安全交底工作，完成排漿管、排氣管、排渣管等構造安裝，完成三級泵管架設并檢查固定措施及氣密性。

（2）于澆筑前1d 或0.5d，從三級泵壓注口泵送清水進需澆筑弦管內對弦管進行清洗，對沖至拱腳的垃圾進行清理并抽干殘留水分，封閉排渣口。在清洗和準備工作完成后，確保排渣口被封閉，防止雜物進入管道，影響混凝土灌注質量。排渣口的封閉應牢固可靠，在混凝土澆筑過程中不會松動或漏水。在清洗和準備工作中，要注意以上步驟的操作規范，確保施工現場的清潔和安全。這些工作將有助于提高鋼管混凝土拱橋的施工質量和安全性。

（3）自流段混凝土灌注：泵車A 準備，泵送潤泵管砂漿及混凝土，待泵出合格混凝土骨料后接入一級壓注口，泵送拱腳自流段混凝土，從拱腳排漿管觀察混凝土情況，待管中混凝土漿升到一定高度后泵車A 停機，從排漿管插入振搗棒對拱腳混凝土進行振搗，振搗完成快速封閉拱腳排漿管，繼續泵送混凝土。

（4）一級混凝土頂升壓注：估算距離一級泵送口所需的砼方量，提前準備潤弦管砂漿，同時以錘子等敲擊弦管判斷混凝土界面情況，待混凝土界面達到一級壓注口時泵送砂漿潤弦管內壁后再正常泵送一級混凝土（當泵車泵壓有略微升高時表明混凝土界面已超過一級壓注口）。

（5）二級混凝土頂升壓注：從二級排漿管觀察混凝土情況（此時泵車B 及二級泵送準備完善），待排出正常混凝土骨料后快速封閉二級排漿管，泵車A 停機，關閉一級止回閥，泵車B 潤泵管后接入二級壓注口，進行二級混凝土頂升灌注。此時泵車A 進行清洗工作，清洗完成后為三級泵送做準備。

（6）三級混凝土頂升壓注：從三級排漿管觀察混凝土情況（此時泵車A 及三級泵送準備完善），待排出正常混凝土骨料后快速封閉三級排漿管，泵車B 停機，關閉二級止回閥，泵車A 潤泵管后接入三級壓注口，進行三級混凝土頂升灌注。此時泵車B 進行清洗工作，并檢查泵車工況，及時養護。

（7）觀察拱頂排漿管混凝土情況，待排出正常混凝土骨料后泵車B 停機，關閉三級止回閥，拱頂排漿管不封閉，依序將排氣區排氣管打開，觀察到排氣管內混凝土界面上升時關閉該排氣管（每次只打開一個排氣管）并進行下一排氣管排氣。如拱頂排漿管混凝土界面無明顯下降則頂升泵送完成，進行清洗工作。

（8）進行后續養護、監測及下根弦管準備施工。對鋼管混凝土拱橋進行后續養護、監測和下根弦管準備施工非常重要，以確保橋梁結構的穩定性和安全性。

2.2 施工注意事項及措施

（1）鋼管混凝土泵送頂升施工類似于樁基澆筑，切不可中斷，對前后場配合要求更高，各工點聯系更緊密，因此，必須配備足量完好的對講機，同時對各班組分工需更加明確，交底需更具針對性，需把工作內容細化、明確每個人的責任，形成人員分工表。現場需安排1 人于拌合站統籌備料、上料以及混凝土拌合、運輸工作，解決拌合運輸中碰到的各項問題，保證拌合機正常運轉、運輸路線通暢、罐車工況良好及罐車及時到達；1 人總體負責前場澆筑，了解各項要求，與各方及領導溝通，及時根據情況安排前場人員工作，同時負責泵機分級轉換時地面的總體指揮，控制整體澆筑節奏；1 人于泵機上觀察、記錄泵機泵壓、排量，根據拱肋上的情況指導泵機工作，根據混凝土連續情況及泵壓調整泵機排量，跟蹤罐車、泵車情況，跟蹤入泵混凝土工作性能，保證泵送安全及混凝土連續性；2 人于拱肋上跟蹤混凝土澆筑界面，負責拱腳排漿口、拱肋上分級轉換、泵管加固、一二三級及拱頂排漿管觀察等一應事務，必要時抽調1 人負責泵機轉換及清洗，保證混凝土正常澆筑。

（2）混凝土的工作性能是灌注成功與否的決定性因素，對于單岸：試驗室需配備1 名主任總體負責前后場跟蹤混凝土工作性能，根據混凝土入泵前擴展度、塌落度、和易性等指標及時對本車混凝土進行調整，對后續混凝土調配提供指導，使混凝土達到入泵要求；配備1 人于拌合樓里根據前場混凝土情況及指示及時調整混凝土拌合配比；配備1 人于拌合站試驗房對出站混凝土各項指標進行檢測、調整，達到出站要求；配備1 人于拌合站上料處指導上料工人對硅粉、微珠、膨脹劑等摻量進行控制。同時現場管理人員需實時跟蹤混凝土拌合、運輸及入泵情況，及時反饋、尋求技術指導，現場入泵前的混凝土塌落擴展度宜控制在630 ～700mm，T500 控制在6.5 ～9s，入模溫度控制在32℃～36℃。

（3）分級轉換是泵送頂升的一大關鍵點，需讓相關人員在澆筑前通過泵送清水洗弦管進行泵送演練，熟練掌握轉換的各項操作工序。澆筑時分3 組，每組3 ～5 人，2 組專門負責一二三級泵管轉換工作，1 組負責地面分級轉換時罐車指揮工作、放料工作，無轉換時則跟蹤混凝土界面情況及泵管加固情況，及時補加固，防止爆管。每級轉換時間宜控制在5min 以內，當轉換時間超過10min 時，需停止轉換施工，先泵送3 ～4 個循環，使泵管內混凝土流動，防止堵管。因分級轉換時需先泵送潤管砂漿，待泵出合格混凝土后再與壓注口對接，所以其難點在于泵管與壓注口的對接，泵管與壓注口的角度差異則導致對接更為困難，必須在對接完好的情況下保證接口的密閉性，否則會導致從接口處爆管，影響兩岸整體泵送節奏。因此，正式泵送前應督促班組人員勤加練習。接管時如感覺泵管過于沉重可進行1 ～2 次反泵操作，同時若泵機停泵每超過2min 左右必須進行1 次正泵或反泵操作，防止混凝土結塊堵管，正反泵時應要求接管人員避開管口前方范圍，防止發生安全事故。另外，二三級潤泵管的砂漿也可直接泵送至弦管內，因砂漿密度小于混凝土密度，會于下一級排漿管排出，此法可把二三級泵管及壓注口提前對接完善，免去停泵造成的堵管、混凝土澆筑中斷的風險，從實際澆筑結果來看具備一定參考性，但此法增加了弦管內混凝土質量控制的風險，對于其是否應推廣使用有待商榷。

（4）泵機上泵壓、排量的控制也是頂升泵送的一大關鍵點，其直接影響了泵送的整體節奏，泵機處人員應記錄好每車混凝土出場時間、到達時間、入泵時間、泵送完成時間、當車的泵壓、對應泵壓的排量、混凝土入模溫度、塌落擴展度、T500 時間等一應數據，總結出泵壓與排量關系、泵壓與擴展度關系、泵壓與混凝土和易性關系、泵壓與頂升高度關系、排量與澆筑花費時間關系、罐車出站后到達現場所需時間等，從而把控澆筑的整體節奏。對于健康的澆筑節奏來講，現場應有1 臺罐車正在澆筑、2 臺于現場等待澆筑，1 臺在出站路上，1 臺于回站路上，2 臺于拌合站制備混凝土，可根據運輸距離適當減少罐車，同時應當有1 ～2 臺罐車備用，防止罐車長時間工作發生損壞導致混凝土供應不連續。正常澆筑時，一車混凝土（10 方）泵送時間在7 ～12min，平均每車澆筑時間約18min，時間過長則需總結問題所在，于下次澆筑時避免再次發生。當現場罐車數量不足或發現混凝土供應不連續時應當調小泵機排量及減緩放料速度，增加每車泵送時間，但泵送不宜超過20min/車。泵送時如因種種原因必須停泵時，需每隔2min 正泵3 ～5 次，切忌反泵。

（5）對于泵送過程中易碰到的堵管、爆管可從澆筑前措施、澆筑時措施及澆筑后措施三方面進行控制。①澆筑前：泵管架設需根據泵車班組意見進行架設，泵管架設完成后可用水準儀測量地面部分泵管各處相對標高，切忌讓泵管路線形成下坡；泵送完洗弦管清水（不可用污水）后需打開泵管最低處連接，把泵管內水排干后方可用于澆筑施工，防止砂漿及混凝土于泵管內離析造成堵管；泵管加固時多采用方木、橡膠墊、手拉葫蘆等柔性方法進行緩沖減震，防止加固失效導致爆管；泵管架設時應檢查密封圈是否損壞，架設時盡量減少彎頭的使用，盡量保持直線，減少泵送阻力。②澆筑時：分級轉換完成后應及時使用清水進行洗泵，罐車需多次清洗后再接清水用于洗泵（或使用水車洗泵），洗泵完成后應排干管內積水，防止下一級澆筑時堵管；澆筑過程中應安排3 ～5個人對泵管各處接頭、加固點情況進行檢查，發現問題及時處理。③澆筑后：澆筑完成后同樣用清水洗泵并排干積水，復核地面部分泵管各處標高，保證最低點在泵車處；同時，需重點檢查泵車出口處泵管接頭是否開裂、密封圈是否損壞，加固葫蘆及支架是否損壞。

（6）對拱肋弦管的保護是值得注意的點，澆筑過程中排出的砂漿、浮漿需及時用清水沖洗干凈，需在拱頂配備水箱，在各分級點配備水管甚至高壓水槍，必要時可人工進行刮除等，防止混凝土污染弦管、防止弦管漆面損壞造成補漆，從而增加成本。

3 結論

本文通過實際案例，針對弦管內混凝土采用三級泵送頂升壓注法灌注，探討了混凝土頂升作業在準備階段及施工階段的施工要求，并得出如下結論：

（1）鋼管混凝土頂升泵送對各工點配合要求極高，必須保證溝通順暢，施工前細化分工責任清單，明確后場砼料上料、拌合、運輸及前場泵車、協調、試驗、分級轉換等責任人。同時，細化人員、設備等施工組織，選取最優配置。

（2）混凝土的工作性能是灌注施工決定性因素，后場對硅粉、微珠、膨脹劑等摻量進行嚴格控制，全程跟蹤混凝土擴展度、塌落度、和易性等性能指標，塌落擴展度宜在630 ～700mm，T500 控制在6.5 ～9s，入模溫度控制在32℃～36℃，同時，必須綜合考慮現場實際環境影響，建立反饋、修正的良性循環。

（3）分級轉換控制，泵機泵壓、排量的控制是泵送過程關鍵控制點。施工前須進行足夠的泵送施工演練，每級轉換時間控制在5min 以內，當轉換超時時，適當泵送3 ～4 個循環，使泵管內混凝土流動避免堵管。每車混凝土泵送時間在控制在7 ～12min，澆筑時間控制在18min 內，當必須停泵時，每隔2min 正泵3 ～5 次，切忌反泵。

（4）可于澆筑前、澆筑時及澆筑后三方面采取對應控制措施，以減少堵管、爆管等風險。澆筑前充分保證泵管的加固、清潔及順直，不走下坡；澆筑時加強各環節排查，依據總結的經驗控制混凝土性能及泵機工作狀態，從而控制整體澆筑節奏；澆筑后重點檢查泵機、泵管，保證其工況良好。