單索面鋼箱疊合梁大直徑鋼管內(nèi)混凝土的頂升工藝

鄭如巖

(山東濱州公路工程總公司)

單索面鋼箱疊合梁大直徑鋼管內(nèi)混凝土的頂升工藝

鄭如巖

(山東濱州公路工程總公司)

對下承式鋼管拱橋的鋼管拱混凝土頂升的工藝難點(diǎn)分析、方案比選、關(guān)鍵控制措施、壓注控制要點(diǎn)展開系統(tǒng)研究，最后以超聲波無損檢查為主，錘擊敲打?yàn)檩o對鋼管拱內(nèi)混凝土密實(shí)度檢測，結(jié)果顯示拱肋混凝土密實(shí)，沒有空鼓和脫管現(xiàn)象，符合設(shè)計(jì)要求。

公路;大直徑鋼管拱;混凝土頂升

1 工程概況

主橋?yàn)閱嗡髅驿撓浏B合梁鋼管混凝土下承式系桿拱橋，跨徑組合2×138 m、橋?qū)?9.5 m。拱肋空間形狀為“紡錘形”，是通過橫撐、斜撐和三根主鋼管組成的組合式拱圈，拱座為鋼砼結(jié)合。拱座和拱肋內(nèi)均采用C50高性能自密實(shí)混凝土填充。設(shè)計(jì)為雙孔2×138 m跨徑單索面鋼箱疊合梁鋼管混凝土下承式系桿拱橋形式，該工程具有超大直徑(主拱1.8 m、壁厚30～25 mm)拱肋、紡錘形桁架組合形式的特點(diǎn)，以及大直徑拱肋鋼管制安技術(shù)、采用先梁后拱滿堂支架散拼施工控制技術(shù)、單索面施工中橫向平衡控制技術(shù)、大直徑鋼管混凝土施工控制技術(shù)等施工控制難點(diǎn)。

拱肋鋼管內(nèi)混凝土壓注方法為頂升壓注法。在靠近拱腳的適當(dāng)位置處開鑿壓注孔并將設(shè)有閘閥的鋼管進(jìn)料口與混凝土泵送管相連接，沿拱軸線方向在拱管頂部設(shè)置排氣孔，混凝土在泵壓力的作用下，有下而上頂升，依靠自重?cái)D壓密實(shí)并充滿鋼管，從而與鋼管共同參與結(jié)構(gòu)受力。當(dāng)泵送頂升的高度時(shí)，停泵讓混凝土自由下沉，再次泵送頂升保證分倉的混凝土密實(shí)。

在泵送混凝土之前，首先要進(jìn)行混凝土泵的選型。根據(jù)混凝土的泵送距離、泵送高度、泵送速度等計(jì)算最大泵送壓力以及泵送功率，確定擬選用輸送泵的規(guī)格型號及與之相匹配的混凝土拌合設(shè)備。

2 工藝難點(diǎn)、特點(diǎn)分析

(1)大直徑鋼管混凝土拱肋其混凝土收縮徐變小、孔隙率小、鋼管與混凝土熱膨脹度差異大。

(2)鋼管內(nèi)加縱、橫向勁板數(shù)量多、密度大，不得出現(xiàn)管內(nèi)混凝土空洞、斷縫和混凝土與管壁分離現(xiàn)象。

(3)技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)大。單根主鋼管混凝土方量約300 m3，壓注時(shí)間長，同步對稱頂升控制難度大。

(4)一次性頂升高度大33.75 m，必須保證有足夠的泵壓。

3 泵送方案比選

鋼管內(nèi)混凝土采用泵送法施工。按照泵車可放置的位置施工預(yù)案分為兩種:一是泵車放置于施工便道靠近主橋橋墩處，通過垂直泵管連接進(jìn)漿口進(jìn)行混凝土壓注施工;二是把泵車放置于橋面拱腳處，省去垂直泵管僅通過較短的水平泵管連接進(jìn)漿口進(jìn)行混凝土壓注施工。

第一種方案相較第二種方案因泵車位于地面，距離進(jìn)漿口較遠(yuǎn)，頂升垂直高差達(dá)到60 m多，泵車性能要求高，租賃成本高。同時(shí)泵管較長，如遇突發(fā)事件，不利于及時(shí)處理，頂升風(fēng)險(xiǎn)大。

第二種方案減小了泵車輸送管道長度和泵送高度，縮短了故障排除時(shí)間，對泵車性能要求較低，有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

現(xiàn)場拱肋混凝土泵送最大高度約33.75 m，混凝土密度2 500 kg/m3考慮，混凝土自重最大壓強(qiáng)1.55 MPa，混凝土頂面大氣壓為0.1 MPa，考慮泵管4個(gè)彎頭，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)每個(gè)彎頭降壓約0.1 MPa，彎頭降壓0.4 MPa，故拖泵頂升壓強(qiáng)至少需2.0 MPa。

混凝土頂升采用兩臺三一牌HBT80C—2118D拖泵進(jìn)行壓注。該拖泵低壓為10.8 MPa，高壓為18 MPa。按70%計(jì)算，分別為7.6/12.6 MPa，分別有3.8/6.3倍保證系數(shù)，可確保順利泵送至拱頂。

4 泵送施工工藝流程

見圖1。

圖1 鋼管內(nèi)混凝土泵送工藝流程

5 關(guān)鍵控制措施

(1)頂升順序:先主拱后副拱，待主拱混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%以上，再壓注副拱。

(2)拱腳進(jìn)料管與拱軸線夾角設(shè)計(jì)小于30°，以減小對鋼管壁的沖擊力。見圖2。

圖2 進(jìn)料管設(shè)計(jì)圖

(3)拱頂增設(shè)隔倉板，控制混凝土壓注速度不均衡產(chǎn)生的質(zhì)量問題。見圖3。

圖3 拱頂設(shè)置隔倉板

(4)施工中采用敲擊聽音法，通過人工敲擊布置在拱肋上2 m觀測點(diǎn)的聲音來控制拱腳車載泵泵送壓力。

6 鋼管拱混凝土壓注控制要點(diǎn)

(1)鋼管拱混凝土原材料的質(zhì)量:對原材料的進(jìn)場，嚴(yán)格按照混凝土設(shè)計(jì)配比的要求及規(guī)格進(jìn)場。進(jìn)場的材料既要符合規(guī)范要求，其規(guī)格又要符合配合比設(shè)計(jì)要求。進(jìn)行拌和前，必須對原材料的進(jìn)行檢驗(yàn)，根據(jù)實(shí)際情況，為保證混凝土的工作性能適當(dāng)調(diào)整好施工配合比。

(2)對鋼管拱混凝土，其拌和時(shí)間有更高要求，以保證鋼管混凝土拌和均勻，和易性好。拌和站的產(chǎn)量要能滿足施工泵送的進(jìn)度要求。為保證混凝土在頂升過程中有很好的和易性和流動(dòng)性，施工應(yīng)選擇在早上，此時(shí)的氣溫相對較低，有利于混凝土的緩凝保塑。并在泵送過程中對到現(xiàn)場的每一車混凝土性能進(jìn)行檢測。

(3)保證壓注過程中緩慢連續(xù)，對混凝土施工的人員、機(jī)械的組織特別重要。必須配備方案要求的人員及設(shè)備。

(4)由于在壓注過程中，混凝土輸送泵承受的反向力大，因此混凝土輸送泵支立地基好，泵管必須連接緊密，并固定牢靠。

(5)在混凝土頂升之前，清除拱內(nèi)雜物，使管內(nèi)不得有油污和銹蝕物，在泵送混凝土之前泵送水泥漿濕潤管壁，而后連續(xù)泵送混凝土。

(6)在泵送剛開始前，應(yīng)保持同步慢速，并觀察泵壓及各部分運(yùn)行情況，確認(rèn)正常以后再以常速泵送，兩臺泵的速度及壓力盡量保持一致，為防止混凝土供應(yīng)不及時(shí)，泵斗中儲存一部分混凝土，必要時(shí)降低泵送速度或間隔泵送以維持泵送的連續(xù)性。

(7)為保證泵送為兩端對稱進(jìn)行，在泵送過程中，通過敲擊檢測的方法來確定混凝土的位置。測量檢測工作隨時(shí)進(jìn)行，對拱肋的豎向曲線變化進(jìn)行觀測，根據(jù)混凝土頂升到的不同部位，隨時(shí)觀察拱肋的線性變化。

(8)待排漿口排除混凝土后，管壁截止閥，拆除并清洗泵管。混凝土強(qiáng)度達(dá)到50%拆除排漿管，對所開排漿口進(jìn)行補(bǔ)焊。焊接要平整光滑，不突出和漏焊。

7 鋼管拱肋混凝土密實(shí)度檢測

混凝土泵送完成3個(gè)月左右后，收縮趨于穩(wěn)定，對混凝土與鋼管的密實(shí)情況進(jìn)行檢查。檢查方法以超聲波無損檢查為主，錘擊敲打?yàn)檩o。通過超聲波檢測拱肋拱頂、3 L/8、5 L/8及L/4和人工敲擊檢測主、副拱斷面軸線上108個(gè)敲擊點(diǎn)，檢測結(jié)果相互吻合，拱肋混凝土密實(shí)，沒有空鼓和脫管現(xiàn)象。

圖4 超聲波徑向?qū)y示意圖

8 結(jié)論

結(jié)合該橋拱肋的大直徑特性，在現(xiàn)場混凝土頂升施工方面，從泵送方案選擇、泵送設(shè)備選型、泵送工藝和控制措施等多個(gè)方面，進(jìn)行了設(shè)計(jì)和控制，施工效果較好。

混凝土頂升施工過程中，對鋼管拱肋專門進(jìn)行了應(yīng)力、變形等關(guān)鍵指標(biāo)的監(jiān)測和數(shù)據(jù)分析，結(jié)果顯示理論計(jì)算數(shù)據(jù)和實(shí)測結(jié)果吻合度高，控制較為準(zhǔn)確。

經(jīng)最終的鋼管拱肋密實(shí)度檢測，拱肋填充混凝土密實(shí)性好，施工質(zhì)量優(yōu)良。

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2015－03－25