鋼管拱混凝土真空輔助高壓泵送頂升施工工藝

趙陽晨 胡國偉

1 工程概況

隨著城市社會化和區域經濟化的迅速發展,鐵路客運專線將成為社會經濟發展的有力保障。其中,大跨度混凝土 V形連續剛構—拱組合橋以其造型新穎、美觀、良好的受力性能和合理的經濟技術指標,為鐵路大跨橋梁結構提供了一種新的發展思路。目前國內外公路和鐵路鋼管拱灌注施工一般采用高壓泵送頂升灌注施工方法,難以更好地保證鋼管混凝土的密實度和貼實度。

廣珠城際小欖特大橋主跨為100m+220m+100m的V形連續剛構—拱組合橋,為國內同類型橋梁最大跨度結構,拱肋采用月牙型、N型桁架,在靠近拱腳位置采用變高度啞鈴形截面。上、下弦桿直徑為900mm,壁厚分24mm,22mm和20mm三種,為鋼管混凝土結構;腹桿采用φ600mm×16mm的空鋼管。拱的計算跨徑160m,鋼管拱下弦鋼管矢高35m,拱軸線方程為y= -0.005 67x2;上弦桿鋼管矢高 40 m,拱軸線方程為 y= -0.006 04x2。兩榀拱肋之間共設 7道橫撐,靠近拱頂三個橫撐為米字形撐,其余四道為K字形撐,各橫撐由φ500mm×12mm, φ300mm×10 mm,φ350mm×12mm,φ200 mm×10mm鋼管組成,鋼管內不填混凝土。鋼管拱上下弦管采用了真空輔助泵送頂升施工技術進行灌注施工,保證了大直徑、大體積、大跨度鋼管拱混凝土灌注施工質量。

2 工藝原理

鋼管拱混凝土為C50微膨脹混凝土,灌注時利用真空輔助原理,在單一高壓泵送頂升工藝的基礎上,通過工藝性試驗確定真空度,在灌注過程中抽真空,保證鋼管內混凝土的密實度和貼實度,同時,為保證拱肋線形,灌注過程中灌注順序選擇采用先下弦、后上弦,再進行綴板灌注。其工藝流程見圖 1。

表1 C 50微膨脹混凝土配合比

3 微膨脹混凝土配合比設計

鋼管拱拱肋灌注采用設計強度 C50微膨脹混凝土,既要滿足設計和規范要求,又要滿足施工方面的要求。

通過正交試驗優化配合比,最終確定各項技術性能指標見表 1。

4 工藝實施

4.1 排氣孔、壓注頭和出渣孔設置

骨架合龍后在拱頂處每根鋼管的頂部開一個孔,外焊鋼管作排氣出漿孔。加勁板焊接骨架鋼管采用周邊焊,焊縫高 12 mm,灌注孔孔徑采用125mm。

上下弦管分別設置壓注頭,下弦管壓注頭設在離拱腳約 7.5m處的鋼管側面,與鋼管軸線呈 30°～50°夾角,上弦管壓注頭設在離拱腳約 2.5m處的鋼管頂部,與軸線的角度同下弦管,壓注頭安裝M 125截止閥,出渣孔設在拱座上鋼管最低點,采用 M 70截止閥連接封閉。

4.2 截止閥制作

M 125截止閥自加工而成。將 1.8m的 125mm高壓泵管一分為二,將2 cm厚鋼板分別焊接在管部端頭,中間插入2 cm的截止鋼板,外部采用加強板焊接。

4.3 輸送泵的布設和選型

1)根據鋼管混凝土對稱同時灌注的原則,每次灌注一根鋼管,則兩端各設一臺輸送泵,同時隨時根據灌注情況計劃好備用車泵。為減少垂直高度和彎管引起泵送壓力損失,連接輸送管時盡可能的考慮減少彎管。

2)輸送泵的額定泵送能力應不小于灌注速率或實際混凝土供應量的 2倍。輸送泵的額定壓力須滿足最大泵送壓力,即靜壓力和泵送壓力疊加之和。輸送泵的額定揚程應大于 1.5倍的灌注頂面高度,本橋要求輸送泵的額定揚程大于 100m。

3)根據流體力學能量方程ΔP=γh+∑p,∑p為各種壓力損失總和,可知,輸送泵采用SANY-SY 5122THB90-18泵送混凝土壓力18MPa,水平輸送距離1 200m,高程320m。

4.4 真空泵選擇

鋼管拱灌注單根管弦最大容積 120m3,一臺真空設備同時對于南北兩岸拱肋進行抽真空,因此選擇設備考慮實際情況選擇SZ-2型水環式真空泵,排氣速率2m3/min,配用功率 4 kW,極限真空度0.04MPa。

4.5 真空輔助鋼管混凝土灌注

鋼管混凝土拱橋鋼管內的混凝土采用真空輔助高壓泵送頂升法,采用混凝土輸送泵將混凝土從低處往高處頂升,鋼管內混凝土的灌注采用泵送頂升壓注法,利用輸送泵的壓力,在拱腳開壓注口,在拱頂開出漿孔,將沿鋼管從下往上一次壓注完成,保證連續和均勻。同時在泵送過程中頂部排氣孔抽真空,詳見圖 2。南北拱肋同時從拱腳對稱向拱頂灌注。灌注下一批量混凝土時,前一批混凝土強度要求達到 90%。

施工控制要點:1)為潤滑管壁,減少泵送過程中混凝土和管壁的摩擦力,應在泵送混凝土之前,先用水泥漿沖洗鋼管內壁。2)真空泵拱頂抽真空,使真空度達到-0.08MPa～-0.06 MPa,并保持穩定。3)啟動灌注混凝土泵,進行混凝土泵送頂升灌注,在灌注過程中嚴格控制泵送混凝土對稱性和連續性。4)泵送頂升灌注混凝土過程中,真空泵保持連續工作。5)待泵送混凝土快達到鋼管出漿口頂部時,撤離真空輔助設備。6)灌注泵繼續工作,待混凝土在出漿口冒漿1.5m,維持2min。7)先灌注端閥門后關閉灌注泵,完成混凝土頂升真空輔助灌注。8)拆卸外接管路、附件、清洗設備及閥泵;完成灌注后,必須將所有水泥漿、混凝土的設備清洗干凈。9)灌注完畢后,用孔眼的水管進行鋼管管壁養護。

4.6 混凝土灌注過程中的監控

拱肋混凝土灌注過程中進行全過程監測監控,懸在鋼管拱的L/2,L/4,L/8處設測點,共布設 9個測點,監控拱軸線形變化和拱肋截面應力。鋼管拱混凝土灌注過程中用體外敲擊法檢測,灌注完成后用超聲波進行檢測。

4.7 質量控制

1)加強測量的精度控制與復核,確保鋼管拱拱肋線形符合設計要求,混凝土灌注完畢后,拱肋線形的標高偏位 ±3mm。2)真空泵要連續穩定抽真空,待微膨脹混凝土快到拱頂部時(敲擊法確定),撤除真空設備,確保管內混凝土不能出現斷縫、空洞,管內混凝土不能與管壁分離、脫粘。3)單條(上弦管或下弦管)鋼管拱的混凝土灌注完成時間,不得超過第一盤鋼管混凝土的初凝時間,混凝土必須連續灌注。4)同一拱圈必須待下弦的鋼管拱混凝土達到設計強度的90%以上后,方可灌注上弦鋼管混凝土。

5 結語

1)通過工藝性試驗表明:C50微膨脹混凝土具有低氣泡,大流動性,收縮補償密實性良好等工作性能,真空度控制在-0.08 MPa～-0.06 MPa之間,真空輔助泵送頂升工藝能保證微膨脹混凝土的灌注質量。2)在實際施工中采用真空度-0.08MPa～-0.06MPa的真空輔助高壓泵送頂升施工工藝,對大直徑、大體積鋼管進行抽真空灌注混凝土施工,保證了大體積、大直徑、大跨度鋼管拱的密實度和密貼度。3)采用真空輔助工藝,極大的降低了鋼管混凝土泵送的阻力,提高了工效,整個施工過程比傳統單一高壓泵送施工節約時間50%。

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