鋼管拱橋拱肋混凝土壓注施工與監測

林家鎮

（海峽偉業建筑工程有限公司，福建 廈門 361000）

0 引言

某橋設計為下承式鋼管混凝土系桿拱橋結構，主跨跨徑66m，采用懸鏈線系桿拱。拱肋為雙啞鈴斷面：上、下弦桿鋼管規格為Ф800，數量為4根，兩塊腹板連接上、下弦管形成啞鈴型斷面，再采用橫隔板連結兩個啞鈴形成整體組成拱肋，拱肋間共設三道橫鋼管桁架撐。

眾所周知，鋼管拱橋拱肋混凝土的施工是整個橋梁工程控制的重點。本文以該拱橋的建設為例，對鋼管拱橋拱肋混凝土壓注施工方法及其質量監測進行介紹。

1 工程對混凝土性能的要求

為保證施工質量并達到鋼管拱密實度要求，該橋采用C50微膨脹自密實混凝土。每根鋼管拱內（包括上弦管、下弦管和腹板）要壓注混凝土206m3，拱頂標高為+23.15m，橋面標高為+7.05m。鋼管內混凝土采用一級泵送一次到頂，并左右兩側同時進行。混凝土為C50微膨脹混凝土，根據試驗結果測出微膨脹率后再最終確定C50微膨脹混凝土的配合比。

1.1 混凝土的配合比

C50微膨脹混凝土配合比委托華信商品混凝土有限公司工程結構與材料試驗中心通過實驗確定。C50微膨脹混凝土收縮率為0%。微膨脹混凝土配合比如表1：

表1 C50微膨脹混凝土配合比

1.2 工程對C50微膨脹混凝土性能要求

（1）坍落度應在200mm以上，初始坍落度210mm，2h后坍落度保持值210mm。

（2）初凝時間610min，終凝時間720min。

（3）7d抗壓強度為44.0MPa，28d抗壓強度為59.9MPa。

（4）混凝土膨脹率控制指標為：標準養護14d膨脹率不超過2.0×10-4（基本對應于峰值膨脹率），28d混凝土膨脹率為1.8×10-4±0.1×10-4，滿足規范要求[1]。

2 拱肋混凝土壓注施工過程及要求

2.1 壓注施工前完成的事項

2.1.1 設置壓漿孔和出氣孔

壓漿孔設置在每根鋼管拱腳處；出氣孔設置在每根鋼管拱頂部的上弦管、下弦管及腹板倉處。其中，下弦管及腹板倉處的出氣孔鋼管與拱表面夾角為30°，孔口向上；上弦管處的出氣孔垂直于上弦管。為了保證混凝土的密實度，需在壓漿孔處焊接一個輸送泵鋼管閘閥并伸入內腔5cm；在鋼管拱頂部的出氣孔各焊接一根高2m、直徑200mm 的鋼管作為混凝土的反壓管。焊接的壓漿孔鋼管閘閥和出氣孔鋼管與拱肋側面的夾角均為30°。

2.1.2 做好前期施工準備

施工前組織開展大范圍技術交底工作。向技術人員和實際操作人員講解具體施工要求和流程，從而讓參與混凝土施工的全體成員充分明確施工內容。泵送混凝土前則是要根據進度測定溫度，合理選擇氣溫合適的時間進行混凝土泵送施工，通過對溫度的控制可以減少坍落度的損失。澆筑前，要清除澆筑位置處的垃圾，同時為了平衡管內外壓力，要設置冒漿孔。等待明確灌注時間后，要及時準備好泵車和相應工具。泵送前通過預發動進行試車，保證設備的完整。泵送混凝土當天要及時完成泵管的安裝，并檢查所有設備的連接情況，指揮現場人員到達各自工作崗位。做好泵送混凝土前的所有工作準備，保證后續施工的順利開展。

2.2 壓注施工的質量要求

（1）鋼管內混凝土的強度應比設計強度高10%～15%。

（2）新壓注鋼管的混凝土在3d 內不能承受大于30%設計強度的外力，7d 內不宜承受大于80%設計強度的外力。

（3）應在第一盤入管混凝土的初凝時間內完成一根鋼管混凝土的壓注施工。

（4）一根鋼管混凝土應保持持續壓注，一氣呵成。

（5）壓注溫度控制在5～35℃，當現場氣溫高于35℃，鋼管溫度高于55℃時，應采取有效措施降低鋼管溫度。

（6）壓注完成后，應保證鋼管內混凝土密實性，不允許出現混凝土離析、斷縫、空洞與鋼管內壁脫空等現象。

2.3 壓注施工的順序

對鋼管拱C50 微膨脹混凝土的壓注順序要遵循自拱腳至拱頂同步、對稱、均衡和連續壓注的原則，并應在短時間內完成壓注。同時施工過程中注意觀測拱肋軸線的變位情況。

主弦管內混凝土壓注采用“先下弦，后上弦，先內側，后外側”的順序分四次完成施工。壓注順序為：施工前期準備工作→按設計應力進行第一次張拉→壓注下弦內側管→壓注上弦內側管→壓注內腹板倉→混凝土強度達到80%設計強度→按設計應力進行第二次張拉→壓注下弦外側管→壓注上弦外側管→壓注外腹板倉→混凝土強度達到80%設計強度→按設計應力進行第三次張拉[2]。

整個壓注過程中保持慢速、均勻、對稱和低壓的壓注狀態，在混凝土初凝時間內完成一個鋼管的泵送，中間不得間斷，兩肋對稱進行壓注，進度≤2.5m（一個節間）。每次壓注之前要將管內灰塵及雜物清除干凈，然后壓注2m3的高標號砂漿潤管，緊接著壓注C50微膨脹混凝土。

2.4 壓注施工的注意事項

每根鋼管和腹板均采用水平泵從兩端同時壓注。壓注施工過程中需要注意以下問題：

（1）正式壓注前先壓注約2m3的高標號微膨脹砂漿，主要是用來濕潤鋼管拱和輸送管內壁，砂漿收縮率為0。

（2）混凝土拌站試驗人員先檢驗壓注前的混凝土坍落度，現場再進行重復檢驗，合格后方可泵送。坍落度小于180mm容易堵管，坍落度大于240mm容易離析，絕對不得使用坍落度不合格的混凝土。

（3）現場試驗人員必須對每車混凝土的到場時間、坍落度及泵送的起止時間進行記錄。兩臺泵在同一段時間內輸送的混凝土方量要一致，并且兩側混凝土面高差在1m以內，為保證混凝土的連續壓注，每一側待泵罐車不少于2 輛。混凝土泵送過程中拱肋兩側相差超出1m時，調節泵機壓注壓力，通過減慢壓注速度來控制壓注連續性。

（4）混凝土運輸車出漿速度與泵送速度要保持一致，避免空泵現象。

（5）待拱頂出氣孔冒出合格的混凝土后，且持續時間不少于15s，兩側泵送混凝土應暫停5min，然后繼續向管內壓送少量混凝土后才停止壓注，關閉閘閥和泵機完成壓注。最后及時用水清洗拱肋上溢出的混凝土。同時拆除輸送管，再進行下一根的壓注。

（6）注意控制水平泵的工作壓力。高壓水平輸送泵最大工作壓力為18MPa，正常泵送時壓力控制在6MPa。對高壓水平輸送泵應設有專人觀看壓力表，以防壓力過大導致鋼管拱爆裂。為了防止在泵送混凝土過程中發生腹板倉鼓脹或爆裂現象，在腹板倉內每間距1m 就設置一根Ф18mm的鋼筋拉桿。

（7）為了避免出現堵管現象，必須正確計算混凝土的方量。混凝土壓注完成8h以后，割除壓漿孔和出氣孔的鋼管，將開口蓋板按要求進行補焊密封。鋼管混凝土灌注完成，混凝土齡期達到28d以后，應對管內混凝土壓注質量進行全面檢查。從拱腳外包混凝土到拱頂部，每40cm一個斷面，采用鐵錘敲擊鋼管頂部及兩側，采用耳朵貼近辨音的方法進行檢測。當敲擊部位的聲音有異常時，可采用電鉆在鋼管拱頂部鉆孔，假如發現鋼管拱內壁與混凝土之間有空隙，就必須進行壓漿處理，保證混凝土密實性符合要求[3]。

3 壓注施工監測

該橋梁主拱結構分三節段預制，采用支架法吊裝。由于材料參數、環境及施工誤差等客觀因素，使得設計階段的理論建模分析計算無法真實反映拱橋在施工過程中的受力狀態，為了提供施工中反映施工實際情況的數據與信息，保證施工過程中結構的安全性，需要對橋梁施工各個階段進行監控。

其中，主拱在不同施工工況下撓度變化情況是最主要的監控指標。混凝土壓注前和壓注后也需要觀測主拱的撓度變化，用來與分折預測值進行比較，并提供修正依據。為了保證施工的安全性，對主拱結構的線形及位移指標監測應貫穿整個施工過程。另外，監測指標還包括主拱的溫度情況。

3.1 測點布設

（1）基準點的布設：在一側橋臺左右幅外側相對穩定的地方分別埋設3個簡單I類四等基準點；橋下在靠近主橋主墩附近相對穩定的地方埋設2個簡單I類四等基準點[4]。

（2）橋臺測點的布設：在橋臺上布置變形觀測點，測點采用鋼筋頭底端埋入橋臺內部與鋼筋點焊接牢固，鋼筋頭高出橋臺表面約5cm，并用紅漆標記。

（3）主拱肋測點的布設：在主拱肋的各控制截面及各節段上弦桿拱軸線背面布設高程控制點，測點由紅油漆進行標記，在拱肋1/2和1/4位置處布設。

3.2 監測內容

線形監測分為豎直面內的線形和位移以及水平面內的線形和位移監測兩個部分。為全面掌握主拱結構的變位情況，較好地控制測量誤差，宜用高精度的全站儀對測點的三維坐標進行監測。

（1）拱肋軸線的控制。在每段拱肋安裝及合攏調整階段需進行拱肋軸線的監測，將觀測站在河兩岸的拱肋軸線上合適的高程位置各設一個，對每節段拱肋軸線上頂面固定好三角標志（白漆打底劃紅漆），按要求觀測本岸節段上弦頂面拱肋軸線。

（2）在每段拱肋安裝、壓漿和張拉過程中對拱肋各扣點進行標高監測。

（3）對主拱肋各分段及各控制截面進行線形與位移變化監測。

（4）通過對主拱肋的拱腳變形監控來監測拱座的變位情況。

（5）對橋臺的水平變形和基礎的沉降變形進行監測。

3.3 監測要求

拱肋標高的觀測采用高精度水準儀，分別在節段吊裝前后進行，其任務是反映各工序前后或某一特定時間段內主拱撓度的實際情況，并以這些觀測值為依據來進行有效的施工控制。

4 結束語

鋼管拱橋拱肋混凝土的施工是整個橋梁工程控制的重點。壓注施工前應做好充分準備，設置好壓漿孔和出氣孔，明確各工序的關鍵技術措施。施工中應嚴格按照施工順序，清楚施工中的注意事項，保證壓注施工的質量。進行施工監測時，要結合實際情況，嚴格按照規范布設測點，明確重點監測內容，及時開展監測工作，確保施工質量達到預期要求。