鋼管混凝土拱橋混凝土頂升施工工藝

丁靖

(中鐵上海工程局第一工程有限公司，安徽 蕪湖 241000)

鋼管拱橋作為一個新型鋼結構橋梁，在現在的城市新建、改建、擴建中是隨處可見，拱橋本身具有外形美觀、氣勢宏偉等特點，具有良好的觀賞價值。現設計的鋼管拱橋大都采用拱芯內灌注混凝土形式，充分利用了大型鋼結構制作方便及混凝土結構抗壓受力特點，使其各展所長。而鋼管拱混凝土灌注則是鋼管拱橋施工成敗的關鍵之一。下面以南寧市某鋼管拱橋大型鋼管拱混凝土頂升灌注施工工藝為例，介紹鋼管拱橋混凝土頂升施工技術。

1 施工準備

新建南寧市某鋼管拱橋采用1-111.5m中承式鋼管混凝土拱，主拱采用1-111.5m鋼管混凝土拱結構，拱軸線為懸鏈線，矢跨比為1/3.063，拱軸系數m=1.347。主拱肋采用等截面啞鈴型截面，拱肋高3.0m。上、下弦管直徑為1200mm，壁厚18mm，腹板間距666mm，壁厚18mm。弦管內灌注C50微膨脹混凝土，腹腔內不灌注混凝土而采用I63工字鋼加勁。施工前，從鋼管拱混凝土的配置、泵送材料的選擇、現場設備的準備、施工的監控，都需要精心設計，謹慎施工。

1.1 混凝土配合比試配

鋼管拱內采用設計強度為C50的微膨脹商品混凝土，試配強度60Mpa。

設計配合比：

⑴ 組成材料：水泥、中砂、5～20mm碎石、水（拌和水采用自來水）、Ⅱ級粉煤灰、AF-CA聚羧酸型緩凝高效減水劑、UEA混凝土膨脹劑。⑵ 混凝土設計配合比 (單位kg/m3、重比)：水泥：中砂：5～20mm 碎石：水（拌和水采用自來水）：Ⅱ級粉煤灰：AF-CA聚羧酸型緩凝高效減水劑：UEA混凝土膨脹劑＝440：747：1000：155：60：16.5：40 =1：1.70：2.27：0.35：0.14：0.038：0.094。

混凝土試配資料控制參數：控制初拌混凝土坍落度22～24mm，初凝時間10～12h，終凝時間16～18h，早期混凝土標養試件7D，強度≥51.0MPa，28D，標養試件強度≥60.0MPa，混凝土標養試件彈性模量3.7×106MPa（設計要求：Eh≥3.5×106MPa）。

1.2 頂升施工設備

⑴ 混凝土輸送泵4臺；

⑵ 混凝土截止閥8個；

⑶ 自制兩個備用變徑管接頭（各種規格）2個；

⑷ 測量儀器（全站儀等）一套；

⑸ 鋼管架平臺。

混凝土泵的選擇：

一臺混凝土輸送泵的電機功率是決定出口壓力和輸送方量的前提條件，在電機功率一定的情況下，壓力的升高必將使輸送量降低；相反，降低出口壓力，將會使輸送量增加。為了保證混凝土輸送泵既要有較大輸送量，又能有一定的出口壓力和與之相匹配的經濟功率，在混凝土輸送泵的設計中，大都采用了恒功率柱塞泵；即恒功率值選定后，當出口壓力升高時，油泵輸出排量會自動降低，達到與功率設計相對應的值；如果既要達到出口壓力高，又想得到輸送量大的目的。惟一的途徑就是增加電機功率。

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80m。

頂升壓力計算：根據流體力學能量方程知ΔP＝γh＋∑p，∑p為各種壓力損失總和。γh＝2500×9.807×59.7≈1.46MPa。功率=ΔP×s×v.

綜合以上因素選擇SY5110HBC90型混凝土高壓輸送泵，分配閥為S形擺管閥，最大理論泵送垂直高度150m，最大理論輸出量50m3，出口處最大壓力為11.5MPa，電機功率為161kW，數量4臺，兩岸各一臺備用。

2 鋼管混凝土工藝要求

⑴ 管內不得出現斷縫、孔洞，不得出現混凝土與管壁分離現象：

⑵ 單管混凝土灌注必須連續澆注，且灌注完成時間不得超過首盤混凝土初凝時間；

⑶ 設計要求采用C50早強、緩凝、微膨漲混凝土。

校準好鋼管拱軸線后，順序安裝鋼管拱拱腳X撐、拱頂橫撐及拱上立柱，在進行混凝土澆注之前，應該用塑料薄膜（或其他有效材料）將拱肋弦桿（含綴板）全部覆蓋，以免混凝土污損鋼管涂裝。

3 頂升混凝土施工程序

第一階段（現場準備階段）：包括鋼管拱驗收、設備的定位、管道的連接、試運行、材料到場、現場檢驗、試驗、計量設施的常規檢查、設計配合比的現場調整和施工配合比確定并報現場監理工程師認可等。

第二階段（壓注施工階段）：濕潤管道，壓注首盤水泥凈漿。續壓混凝土，隨時綜合混凝土頂升情況、裸肋變形狀況、入料情況分析，控制兩拱腳混凝土泵送速度。泵送時，要求拱肋兩拱腳混凝土泵送速度協調一致，盡量對稱頂升。

第三階段（壓注完成階段）：混凝土壓注到拱頂，待流出原漿一定時間后，方可停止泵送，利用混凝土截止閥對導入孔封閉，完成壓注過程。此階段，應避免單側混凝土上升過快，引起弦管的縱向振動。 混凝土現場養護試件強度達到2.5MPa后，方可拆除拱頂泄漿孔管和拱腳混凝土截止閥。由于混凝土凝結過程因素的不確定性，截止閥松出過程宜謹慎進行。

混凝土澆注順序：先澆注上弦管再下弦管。

鋼管拱混凝土頂升施工現場平面布置：鋼管拱混凝土頂升施工根據單管、單層、對稱、相向壓注的方式進行。本橋采用同肋拱腳位設灌注孔，兩端各設鋼管支架，提供混凝土管道施工工作平臺。

4 頂升工藝

在各項準備工作結束，經檢查合格后，即可開始泵送施工。鋼管混凝土的泵送從兩端拱腳開始，單幅橋四個拱腳對稱灌注，一次頂升泵送到拱頂。為增強混凝土的密實性，保證混凝土的壓注質量，在中拱頂位置開排漿孔，并利用鋼管將φ125mm排漿口接高1m以上，為避免排出的混凝土和水污染拱肋，排漿管的位置在中拱頂的上側面，并且該處在混凝土頂升前先在鋼管拱肋上鋪設好彩條布，待排出含有石子的新鮮混凝土時停止泵送，關掉拱腳處的截止閥，隨后拆除泵管。

為防止泵機壓力不能滿足混凝土頂升要求及意外情況發生，確保混凝土泵送順利進行，在肋間橫梁與第一道吊桿之間弦管上側面增設備用灌注孔，每道弦管需對稱增設兩個備用灌注孔，安裝好泵管接頭及截止閥，在兩岸土圍堰處搭設鋼管腳手架，把泵管接至備用灌注孔處與截止閥連接。混凝土正常從拱腳頂升時，備用截止閥門關閉。在出現泵機壓力不能滿足頂升要求時，關閉拱腳處截止閥，開啟備用灌注孔處截止閥，從該處繼續進行混凝土頂升。

5 質量保證措施

5.1 加強現場統一指揮，分工明確，相互配合。經理負責總指揮，生產副經理負責現場總指揮，鋼管拱兩端由兩名技術人員進行指揮，各灌注口安排8名操作人員負責接管、拆管、堵塞排氣孔檢查、檢查泵管接頭與弦管的各個焊縫等。

5.2 灌注混凝土前，組織指揮和操作人員進行技術交底，使每人明確自己的崗位職責和質量職責，確保技術要求的貫徹執行。

5.3 派人員到混凝土攪拌站監督督促混凝土的供應，與現場密切保持聯系，根據現場的需用量及時進行供應。

5.4 在輸送泵現場，派專人對混凝土運輸車進行調度指揮，保證運輸車進出場暢通。

5.5 在現場每個泵送口各準備一臺混凝土高壓輸送泵備用，出現混凝土輸送泵損壞、混凝土無法繼續頂升等情況，立即將混凝土高壓輸送泵接入備用管，繼續頂升，同時保證整個頂升過程在8個小時內完成。

6 安全保證措施

6.1 灌注混凝土前，進行安全教育和安全技術交底，完善安全設施。

6.2 嚴格按照安全操作規程使用機械。

6.3 嚴格遵守高空作業安全規程，安拆灌注管時，嚴禁從拱上掉東西。高空作業時，嚴禁底下站人。

6.4 所有灌注管安設牢固，不得有松動現象。

6.5 所有用電線路按"三相五線"制安設。

結束語

南寧市某鋼管拱橋鋼管混凝土采用頂升灌注法的成功實例，對我國鋼管拱橋還未有完整的施工規范提供了可行的參考依據，尤其對在國內鋼管拱混凝土冬節施工積累了寶貴的現場經驗，將有力推動鋼管拱橋的施工技術，并且起到積極的作用！

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