系桿拱橋拱肋混凝土頂升壓注工藝應(yīng)用研究

馬 宏 杰

(中鐵三局集團(tuán)第五工程有限公司，山西 晉中 030600)

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系桿拱橋拱肋混凝土頂升壓注工藝應(yīng)用研究

馬 宏 杰

(中鐵三局集團(tuán)第五工程有限公司，山西 晉中 030600)

結(jié)合鄒淄特大橋工程的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及設(shè)計(jì)要求，從混凝土的主要指標(biāo)性能要求、機(jī)械設(shè)備的選配方法、管道布置、泵送混凝土施工要求等方面，闡述了拱肋混凝土頂升壓注工藝，解決了拱肋混凝土灌注質(zhì)量差的問題。

系桿拱橋，泵送混凝土，頂升壓注，混凝土泵

1 工程概況

新建濟(jì)南至青島高速鐵路鄒淄特大橋，在367號(hào)～368號(hào)墩通過144 m下承式無砟雙線系桿拱橋跨越青銀高速，為全線跨度最大的特殊孔跨，上部結(jié)構(gòu)采用梁拱組合體系，系梁全長(zhǎng)148 m，拱肋矢跨比為1∶5，拱肋軸線立面投影矢高28.52 m，在橫橋向內(nèi)傾8°呈提籃式。拱肋截面采用啞鈴型鋼管混凝土等截面，截面高度h=4 m，鋼管直徑為1.3 m，每根拱肋的兩鋼管之間采用厚度為20 mm的腹板連接。每隔一段距離，在鋼管內(nèi)設(shè)置環(huán)形加勁箍，在兩腹板中焊接拉桿。拱管內(nèi)灌注C55自密實(shí)補(bǔ)償收縮混凝土，拱肋之間設(shè)置的一字撐和K撐鋼管內(nèi)均不填充混凝土。該結(jié)構(gòu)物正常維護(hù)條件下設(shè)計(jì)壽命100年，結(jié)構(gòu)布置如圖1所示。

2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及設(shè)計(jì)要求

鋼管拱拱肋內(nèi)混凝土采用泵送頂升灌注，泵送拱肋混凝土由拱腳及1/4拱肋處向拱頂延伸。混凝土進(jìn)料導(dǎo)管為外徑125 mm的鋼管，分別在拱腳及1/4拱肋內(nèi)側(cè)各設(shè)置三個(gè)灌注孔，全橋共設(shè)置24個(gè)灌注孔。其進(jìn)料口角度應(yīng)向下傾斜，角度約30°。頂部排漿孔為外徑200 mm鋼管，管內(nèi)另設(shè)有一根外徑32 mm的排氣管，內(nèi)部設(shè)置在拱頂最高處，頂部高出拱管最高處1 m，下管不得伸入管內(nèi)，防止氣體積聚無法排出，每片拱肋的灌注孔在內(nèi)側(cè)前后對(duì)稱設(shè)置。

拱肋混凝土壓注按照下管、上管、腹腔的順序，由拱腳向拱頂對(duì)稱、均衡地在混凝土初凝時(shí)間內(nèi)一次性壓注完成，依靠混凝土的自重而密實(shí)，灌注過程中要嚴(yán)格控制混凝土的泵送管內(nèi)壓力，保證混凝土的連續(xù)泵送，中途不得停頓，并嚴(yán)防拱管脹裂。每根已灌注的管內(nèi)混凝土強(qiáng)度達(dá)到100%，且齡期大于4 d后，方能頂升下一根管的混凝土，全部拱內(nèi)混凝土強(qiáng)度達(dá)到100%后，方能拆除拱肋支架。

3 泵送工藝

3.1 主要工程量

拱肋單側(cè)下管長(zhǎng)154 m，混凝土方量204 m3，上管長(zhǎng)160 m，混凝土方量212 m3，腹腔長(zhǎng)156 m，混凝土方量202 m3，全橋拱肋泵送C55自密實(shí)混凝土方量為1 236 m3。

3.2 混凝土工作性能要求

根據(jù)試驗(yàn)室提供的配合比選定報(bào)告，現(xiàn)場(chǎng)重點(diǎn)將混凝土坍落度控制在220 mm±20 mm范圍內(nèi),擴(kuò)展度控制在50 cm～65 cm，含氣量小于2.5%，T500時(shí)間宜控制為5 s～20 s，V形漏斗通過時(shí)間宜控制為10 s～25 s，U形箱填充高度試驗(yàn)宜大于30 cm。受初凝時(shí)間及工作性能影響，泵送頂升施工須在4 h內(nèi)完成，其3 h坍落度損失應(yīng)小于3 cm，澆筑混凝土?xí)r環(huán)境氣溫5 ℃～30 ℃。

3.3 混凝土泵的選配

1)混凝土泵的實(shí)際平均輸出量可根據(jù)混凝土泵的最大輸出量、配管情況和作業(yè)效率，按式(1)計(jì)算，即:

Q1=ηα1Qmax

(1)

其中，Q1為每臺(tái)混凝土泵的實(shí)際平均輸出量,m3/h；Qmax為每臺(tái)混凝土泵的最大輸出量,m3/h，取中聯(lián)重科5121THB車載泵高壓下最大產(chǎn)量57 m3；α1為配管條件系數(shù)，取0.8；η為作業(yè)效率，0.7；因此Q1=31.92 m3/h。

2)混凝土泵的配備數(shù)量根據(jù)工程量、單機(jī)實(shí)際平均輸出量和計(jì)劃施工時(shí)間，按式(2)計(jì)算，即：

(2)

其中，N2為混凝土泵的臺(tái)數(shù)；Q為澆筑體積,取212 m3；Q1為每臺(tái)混凝土泵的實(shí)際平均輸出量，取50.4 m3/h；T0為泵送計(jì)劃施工作業(yè)時(shí)間,取4 h。因此N2=1.66臺(tái)，進(jìn)位取整為2臺(tái)。

3)無靜壓力情況下，混凝土泵按式(3)計(jì)算的混凝土最大泵送阻力Pmax，即:

(3)

其中，L為各類布置狀態(tài)下混凝土輸送管路的累計(jì)水平換算距離，m；根據(jù)JGJ/T 10—2011混凝土泵送施工技術(shù)規(guī)程附錄A，現(xiàn)場(chǎng)梁面設(shè)置有6 m的水平管；向上28.5 m的垂直管換算后長(zhǎng)度為114 m；3 m的30°傾斜向上管，換算為11.5 m，4只45°彎管換算為24 m，2只90°彎管換算為24 m，求和得出累計(jì)水平換算距離L=185.5 m，其中地面水平管折算長(zhǎng)度為24 m，滿足《規(guī)程》中對(duì)水平管折算長(zhǎng)度不小于垂直管長(zhǎng)度的1/5，且不宜小于15 m的要求。ΔPH為混凝土在水平輸送管內(nèi)流動(dòng)每米產(chǎn)生的壓力損失，可按《規(guī)程》附錄B計(jì)算，見式(4)：

(4)

其中，r為輸送管半徑，取r=0.062 5 m；K1為粘著系數(shù),Pa；K2為速度系數(shù),Pa/m/s；K1=300-S1=300-220=80;K2=400-S1=400-220=180;S1為混凝土坍落度,取220 mm；t2/t1為混凝土泵分配閥切換時(shí)間與活塞推壓混凝土?xí)r間之比，取0.3；V2為混凝土拌合物在輸送管內(nèi)的平均流速，經(jīng)計(jì)算得V2=31.92÷3 600÷0.062 52=0.72 m/s；混凝土徑向壓力與軸向壓力之比α,自密實(shí)混凝土取1.0；將以上數(shù)值代入式(4)得每米壓力損失ΔPH：

Pf為泵送系統(tǒng)附件及泵體內(nèi)部壓力損失，可按《規(guī)程》附錄B.0.1取值累加計(jì)算，管路截止閥1個(gè)，壓力損失0.1 MPa；泵體分配閥0.2 MPa；啟動(dòng)內(nèi)耗1 MPa，共計(jì)1.3 MPa。

將以上已知數(shù)代入式(3)，求得混凝土最大泵送阻力Pmax=2.77 MPa。

4)式(3)僅適用于澆筑水平結(jié)構(gòu)混凝土?xí)r的情況，實(shí)際在拱肋混凝土施工中還應(yīng)考慮拱肋混凝土的靜壓力P1=γH=25 000×28.5=0.71 MPa；1.3 m直徑拱管增加的阻力及拱內(nèi)法蘭等構(gòu)造阻力，取2.5 MPa；則最終修訂后的泵送阻力為：

Pmax修正=Pmax+P1+P2

(5)

則：Pmax修正=2.77+0.71+2.5=5.98 MPa。

5)經(jīng)過以上計(jì)算，該工點(diǎn)橋面選用3臺(tái)中聯(lián)重科ZLJ5121THB(174-14)型車載泵，該設(shè)備最大理論輸送量低壓90 m3，高壓50 m3；最大泵送混凝土壓力高壓9 MPa，低壓14 MPa。橋下選用3臺(tái)48 m泵車，以上主要設(shè)備均考慮了1臺(tái)備用，性能指標(biāo)可以滿足現(xiàn)場(chǎng)施工要求。

3.4 混凝土運(yùn)輸車的選配

現(xiàn)場(chǎng)混凝土泵連續(xù)作業(yè)，每臺(tái)混凝土泵配備的混凝土攪拌運(yùn)輸車數(shù)量N1，按式(6)計(jì)算：

(6)

其中，Q1取31.92 m3/h；V1為每臺(tái)混凝土攪拌運(yùn)輸車容量，取10 m3；ηV為攪拌運(yùn)輸車容量折減系數(shù)，取0.9；S0為運(yùn)輸車平均行車速度，取40 km/h；L1為往返距離，取8 km；T1為每臺(tái)混凝土攪拌運(yùn)輸車總計(jì)停歇時(shí)間，取30 min；將以上數(shù)據(jù)代入后求得N1=2.48臺(tái)，故每臺(tái)車載泵至少選配3臺(tái)運(yùn)輸車進(jìn)行運(yùn)輸。

3.5 拱肋混凝土泵送要求

所有現(xiàn)場(chǎng)拼裝焊縫經(jīng)探傷檢測(cè)合格后，方能澆筑混凝土。泵送施工前檢查現(xiàn)場(chǎng)坍落度，含氣量，擴(kuò)展度等混凝土工作指標(biāo)，在確認(rèn)無誤后泵送方可進(jìn)行；混凝土泵啟動(dòng)后應(yīng)先泵送適量清水清洗，確認(rèn)無異物后，再選用水泥凈漿進(jìn)行潤(rùn)滑，該漿料不得作為結(jié)構(gòu)實(shí)體使用。泵送速度應(yīng)先慢后快，逐步加速，由兩拱腳至拱頂對(duì)稱、均衡，一次壓注完成。壓注過程要控制兩側(cè)頂面混凝土高差不超過1 m，泵送過程中應(yīng)保持輸送泵儲(chǔ)料斗內(nèi)混凝土量不少于料斗容量的1/2，且不反泵；泵送混凝土施工在排漿孔排出合格混凝土后宜停止3 min～5 min，然后繼續(xù)泵送2個(gè)～3個(gè)行程，以增加拱頂混凝土的密實(shí)度；封拱應(yīng)采用低速、低壓泵送混凝土。為防止管內(nèi)水分蒸發(fā)，應(yīng)在澆筑完成混凝土終凝后將鋼管所有開孔封閉。

3.6 質(zhì)量檢驗(yàn)

根據(jù)《高速鐵路橋涵工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》要求，鋼管混凝土除常規(guī)混凝土的檢測(cè)項(xiàng)目外，現(xiàn)場(chǎng)還應(yīng)對(duì)密實(shí)度、澆筑順序、澆筑工藝進(jìn)行檢查，其中混凝土的密實(shí)度可用質(zhì)檢專用的3號(hào)錘進(jìn)行人工敲擊，或采用超聲波進(jìn)行檢測(cè)。

4 結(jié)語(yǔ)

拱肋混凝土的泵送是鋼管混凝土拱橋施工的關(guān)鍵工序，只有鋼管與管內(nèi)混凝土結(jié)合緊密，才能充分發(fā)揮該類組合結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)。通過施工過程中嚴(yán)格控制入管坍落度、擴(kuò)展度、含氣量等混凝土性能指標(biāo)，有效提高了拱肋混凝土壓注質(zhì)量。而壓注前確定合理的泵送參數(shù)，運(yùn)輸車數(shù)量，灌注速度，管道布置、接頭類型及數(shù)量保證了拱肋泵送過程的連續(xù)頂升。

[1] JGJ/T 10—2011，混凝土泵送施工技術(shù)規(guī)程[S].

[2] GB 50923—2013，鋼管混凝土拱橋技術(shù)規(guī)程[S].

[3] JGJ/T D65—06—2015，公路鋼管混凝土拱橋設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4] TB 10752—2010，高速鐵路橋涵工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)[S].

On application of jacking and pressed pouring craft in arch rib concrete of tied-arch bridges

Ma Hongjie

(No.5EngineeringCo.,Ltd,ChinaRailwayNo.3BureauGroup,Jinzhong030600,China)

Combining with the structural features and design requirements of Zouzi Super-large Bridge, the paper illustrates the jacking and pressed pouring craft in arch-rib concrete from the main index performance of concrete, selection method for mechanic equipment, pipeline allocation, and construction requirement of the pumped concrete, so as to solve the problem with weak grouting quality of the arch rib concrete.

tied-arch bridge, pumped concrete, jacking and pressed pouring, concrete pump

2016-11-13

馬宏杰(1983- )，男，工程師

1009-6825(2017)04-0192-02

U445

A