大跨度鋼管拱管內(nèi)混凝土施工技術(shù)研究

宋勝華

摘 要：以某工程橋梁為項目背景，從工藝特點、施工順序、施工前期準(zhǔn)備等方面闡述了大跨度鋼管拱管內(nèi)混凝土施工技術(shù)的施工工藝，其中重點對進料管、排漿管安裝和鋼管混凝土灌注進行分析，并提出施工檢測和灌注質(zhì)量控制措施，以期為相關(guān)工程提供借鑒。

關(guān)鍵詞：鋼管混凝土 灌注 應(yīng)力監(jiān)測

1.工程概況

某工程橋梁采用飛燕式鋼管混凝土中承式系桿拱橋，跨徑組合42m+160m+42m，拱軸線采用懸鏈線，主拱矢跨比1/4，拱軸系數(shù)m=1.15。主橋橫橋向平行設(shè)置兩片鋼管混凝土拱肋，其橫向軸線距為15.35m。拱肋為鋼管混凝土組成的桁架梁結(jié)構(gòu)，截面高3.2m，肋寬1.95m。拱肋上下各兩根φ750×14（16）mm鋼弦管，管內(nèi)灌注C50自密實補償收縮混凝土。弦管通過橫聯(lián)鋼管（φ500×12mm）和豎向鋼腹管（φ351×10mm）連接構(gòu)成鋼管混凝土桁架梁。

2.主要施工工藝

2.1工藝特點

本工程鋼管拱管內(nèi)混凝土主要有以下特點：

（1）鋼管內(nèi)混凝土設(shè)計強度高且無法人工振搗，必須采用高強度自密實混凝土配合比；

（2）鋼管內(nèi)混凝土必須具有一定的微膨脹性，抵消混凝土收縮，保證混凝土與鋼管內(nèi)壁緊密結(jié)合，共同形成受力體系；

（3）單個鋼管混凝土要求一次澆筑，中途不得停倉；

（4）混凝土澆筑過程中鋼管拱兩側(cè)必須同步上升，設(shè)計要求兩側(cè)混凝土不得>2m（弧長）。

2.2施工順序

根據(jù)工程特點，施工順序如下：

（1）排漿管、進料管、閘板閥安裝，起重機等設(shè)備就位；

（2）混凝土泵及泵管安裝，設(shè)備調(diào)試；

（3）鋼管兩側(cè)灌注砂漿，標(biāo)號與鋼管混凝土相同，起到潤滑泵管及鋼管內(nèi)壁的左右；

（4）鋼管兩側(cè)同時灌注C50自密實微膨脹混凝土，保證每側(cè)同時具備2臺攪拌車進料，并備用2臺混凝土輸送泵、2臺混凝土運輸攪拌車車。

（5）頂部排漿管開始出漿，待砂漿排凈，開始排出自密實混凝土后，停止灌注混凝土；

（6）關(guān)閉閘板閥；

（7）拆除泵管，清理堆放；

（8）應(yīng)力、線形等監(jiān)測。

3.施工準(zhǔn)備

3.1原材料準(zhǔn)備

準(zhǔn)備充足的拌制混凝土所需水泥、碎石、砂、膨脹劑及外摻劑等原材料，并進行質(zhì)量檢驗，保證原材料質(zhì)量。根據(jù)現(xiàn)場實測砂、石子含水率，及時調(diào)整用水量，確保混凝土質(zhì)量。

3.2設(shè)備準(zhǔn)備

根據(jù)工程實際情況，投入主要施工設(shè)備：HBT80C混凝土輸送泵4臺、攪拌運輸車10臺，上述設(shè)備預(yù)留其中2臺備用；規(guī)格Φ125mm輸送管200m；50T汽車吊、電焊機、拌合站各2臺；萊卡TS02plus全站儀1、蘇州一光DSJ2水準(zhǔn)儀各1臺，用于測量和監(jiān)控。

應(yīng)當(dāng)注意的是，鋼管混凝土在工地攪拌站拌合，灌注拱肋混凝土過程中不允許為其他項目生產(chǎn)混凝土；采用混凝土運輸車運輸，運輸車輛滿足灌注速度要求，兩邊各投入1臺HBT80C型（或同類型）輸送泵。

4.主要工序施工方法

4.1進料管、排漿管安裝

進料管安裝：在鋼管拱腳合適位置開設(shè)進料孔，并焊接一段與泵管同型號的鋼管，便于泵管的連接。為防止拆卸泵管時混凝土從進料管倒流，需在進料管設(shè)置閘板閥，混凝土澆筑完成后插入閘板，起到防止倒流的作用，泵管盡量布置平順，降低混凝土泵送阻力。

排漿管安裝：設(shè)置在鋼管頂部最高點左右各1m處。拱肋上每隔7.5m設(shè)置排氣孔，孔徑3cm。由于水、砂漿、混凝土密度不同，在重力作用下，鋼管內(nèi)砂漿在前，混凝土在后，當(dāng)混凝土灌注到排氣孔（即排氣孔冒漿時），將木塞封緊。

4.2鋼管混凝土灌注

4.2.1自密實微膨脹混凝土技術(shù)指標(biāo)

鋼管混凝土為自密實微膨脹混凝土，灌注時依靠自重密實，不需人工振搗。要求灌注過程中，混凝土應(yīng)保持良好的塑性，施工過程混凝土具有不初凝、不泌水，不離析、和易性好，粘聚性好。且具有一定的微膨脹性，以抵消混凝土收縮，避免混凝土與鋼管內(nèi)壁出現(xiàn)縫隙。

在混凝土灌注施工時，對現(xiàn)場混凝土進行泌水率、坍落度、初凝時間和終凝時間、膨脹率和彈性模量等實驗，當(dāng)出現(xiàn)主要指標(biāo)不符合要求時，不能夠使用。

4.2.2混凝土灌注順序

本工程鋼管拱拱肋混凝土灌注順序為：A組系桿第1次張拉→灌注主拱內(nèi)側(cè)下弦管砼→砼強度需達(dá)到80%且齡期>4d→灌注主拱內(nèi)側(cè)上弦管砼→砼強度達(dá)到100%→A組系桿第2次張拉→灌注主拱下弦外側(cè)鋼管內(nèi)砼→砼強度需達(dá)到80%且齡期>4d→灌注主拱上弦外側(cè)鋼管內(nèi)砼→砼強度達(dá)到100%→A組系桿第3次張拉。灌注期間需全程監(jiān)控主弦桿線性變化。

4.2.3混凝土泵送

（1）泵送與混凝土同標(biāo)號砂漿。泵送混凝前先泵送和混凝土同標(biāo)號的砂漿，鋼管每側(cè)砂漿數(shù)量為1m3，潤滑鋼管內(nèi)壁，減小混凝土泵送阻力。

（2）泵送自密實微膨脹混凝土。當(dāng)混凝土泵出料斗砂漿剩余約1/3時，加入自密實微膨脹混凝土。在拱肋上設(shè)專人負(fù)責(zé)檢查砼的壓注進度，保證兩岸對稱頂升時兩端砼進度差不能超過2m。當(dāng)排氣孔冒漿時，拱上檢查人員將排氣孔打上木塞塞緊。鋼管混凝土一次泵送到拱頂，中間盡量不停頓，待砂漿先從拱頂排漿口排出，接著混凝土排出，每隔5min再泵一次，反復(fù)3～4次，增加拱頂混凝土密實度，混凝土泵送完成后，打入閘板閥，防止混凝土反流，然后拆卸泵管，清洗堆放。

5.施工監(jiān)測

5.1混凝土灌注位置監(jiān)測

施工現(xiàn)場在兩側(cè)設(shè)專人記錄每側(cè)混凝土灌注數(shù)量，專人負(fù)責(zé)現(xiàn)場調(diào)配運輸車輛并和混凝土拌合站聯(lián)系，確保鋼管拱兩側(cè)灌注速度相同。灌注時安排專人敲擊鋼管，利用對講機與地面指揮人員聯(lián)系，實時判斷混凝土位置，當(dāng)兩側(cè)混凝土灌注速度不一致時（超過2 m弧長），暫停或放緩較快一側(cè)混凝土灌注，直至兩邊對稱再恢復(fù)正常作業(yè)。

5.2拱肋軸線監(jiān)測

在拱腳、1/8、1/4L、3/8L、1/2L共9個斷面，進行標(biāo)高觀測和平面定位觀測。利用全站儀直接測量橋軸線的偏位情況，在各控制點設(shè)置棱鏡，利用全站儀進行監(jiān)測。

5.3鋼管應(yīng)力監(jiān)測

共布置9個鋼管應(yīng)變監(jiān)控斷面，分別布置在15#拱座、15#拱腳、L/6、L/3、L/2、2L/3、5L/6、16#拱腳、16#拱座處（如圖1所示）。每個監(jiān)控斷面埋設(shè)4個應(yīng)力應(yīng)變傳感器，分別布置在外側(cè)拱肋的上下邊緣處。利用應(yīng)力應(yīng)變傳感器采集數(shù)據(jù)，對鋼拱肋的受力狀態(tài)進行監(jiān)測。

5.4混凝土應(yīng)力監(jiān)測

混凝土應(yīng)力監(jiān)控設(shè)置在拱腳、L/4、拱頂、3L/4斷面處。在混凝土灌注到相應(yīng)位置時實時采集數(shù)據(jù)，之后視現(xiàn)場情況每天或隔天采集。

5.5拱肋混凝土溫度監(jiān)測

拱肋溫度監(jiān)控斷面設(shè)置拱腳、L/4、拱頂、3L/4斷面處布置3個溫度傳感器，鋼管表面貼1個溫度傳感器。在混凝土泵送到相應(yīng)位置前采集數(shù)據(jù)，灌注到監(jiān)控斷面后連續(xù)采集數(shù)據(jù)，每隔1h采集1次，之后每天采集1次。

6.灌注質(zhì)量控制

采用人工敲擊和超聲波檢測相結(jié)合的方法進行鋼管混凝土檢測。對檢測異常的地方進行鉆孔復(fù)驗，不符合要求的部位采用鉆孔注漿進行補強處理，漿液強度高于管內(nèi)混凝土強度，完成后將鉆孔補焊、防腐處理。

7.結(jié)束語

鋼管混凝土采用泵送施工工藝進行灌注，利用混凝土的自密實微膨脹性能及頂升壓力達(dá)到自然密實，具有安全可靠、施工操作簡便、澆筑速度快等優(yōu)點。本工程已經(jīng)完成了鋼管混凝土澆筑，經(jīng)檢測各項指標(biāo)符合設(shè)計及規(guī)范要求，對同類型混凝土施工具有指導(dǎo)意義。同時高強度微膨脹自密實混凝土在水利工程門槽二期混凝土澆筑等難以人工振搗的部位施工也有指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)：

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