沙尾左江特大橋管內(nèi)混凝土灌注施工技術(shù)

付柳源 周弟松 馬文輝

摘要：文章以360 m公路鋼管提籃拱橋沙尾左江特大橋為例，介紹了管內(nèi)混凝土真空輔助灌注工藝以及現(xiàn)場設(shè)備布置等，并通過精心的施工組織和資源安排，優(yōu)化施工工藝，解決管內(nèi)混凝土脫空問題，對后續(xù)同類型橋梁施工具有參考和借鑒價值。

關(guān)鍵詞：橋梁工程;提籃拱橋;混凝土灌注;真空輔助

0 引言

鋼結(jié)構(gòu)和混凝土等高強度高性能材料的發(fā)展，以及橋梁施工技術(shù)的突破，促使鋼管混凝土拱橋不斷向更大跨徑挑戰(zhàn)。鋼管混凝土拱橋作為鋼結(jié)構(gòu)與管內(nèi)混凝土結(jié)合的受力結(jié)構(gòu)，跨徑越大，施工條件越復(fù)雜，管內(nèi)混凝土灌注施工難度更大，越易出現(xiàn)管壁脫空問題。因此本文以沙尾左江特大橋為工程背景，結(jié)合真空輔助分級泵送灌注工藝，展開對管內(nèi)混凝土灌注施工的關(guān)鍵技術(shù)研究，為同類型橋梁施工提供借鑒。

1 工程概況

沙尾左江特大橋是南寧南過境線，吳圩機場至隆安段高速公路上跨越沙尾左江的一座重要橋梁。大橋起止樁號為K22+653.295～K23+621.795，全長968.5 m，跨徑組合為：9×40 m（預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)小箱梁）+360 m（中承式鋼管混凝土提籃拱）+6×40 m（預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)小箱梁）。主橋為計算跨徑340 m的中承式鋼管混凝土提籃拱橋，矢跨比為1/4.533，兩拱肋在豎直面內(nèi)向橋軸線側(cè)傾斜10°，南岸為吳圩岸，北岸為隆安岸，建成時為世界最大跨徑的公路鋼管混凝土提籃拱橋。

其拱肋采用Q345qC鋼材的變高度鋼管混凝土四管桁式結(jié)構(gòu)，拱頂截面徑向高7 m，拱腳截面徑向高12 m，肋寬3.2 m。單片拱肋分16個節(jié)段加工制作及安裝，全橋上下游共32段。主拱肋均為1 200 mm的鋼管混凝土弦管，壁厚24～32 mm，管內(nèi)混凝土采用C60自密實補償收縮混凝土。主拱肋通過綴管720 mm和豎向兩根腹桿610 mm鋼管連接主管而構(gòu)成矩形截面（見圖1）。

2 材料與設(shè)備計劃

2.1 材料計劃

根據(jù)混凝土灌注配合比及各原材料的規(guī)格型號，準備足夠的水泥、石子、砂及外摻劑等材料，初步統(tǒng)計管內(nèi)灌注方量為3 396.9 m3。為保證材料準備充足，原材料數(shù)量按4 000 m3管內(nèi)混凝土計劃，如表1所示。其中混凝土按自密實無收縮的目標進行設(shè)計，在混凝土中摻入膨脹劑和微珠等材料，抵消生成強度過程中及后期的收縮，同時滿足混凝土高流動、早強、免振自密及易泵送的性能要求，最終確定配合比如表2所示。施工過程中有關(guān)人員應(yīng)做好后場材料的存量跟蹤并及時進場補充。

2.2 設(shè)備計劃

灌注所需混凝土罐車、泵管、混凝土輸送泵在拱肋合龍后全部進場完畢，并對各設(shè)備進行全面的試運行和檢查維護，保證各設(shè)備性能良好，避免施工過程潛在的不良因素。其中南岸采用兩套120型拌和設(shè)備，產(chǎn)能為120 m3/h;北岸采用兩套90型拌和設(shè)備，產(chǎn)能為90 m3/h。

為滿足兩岸對稱同時灌注的施工要求，綜合考慮拌和站距離、運輸、材料供應(yīng)等因素，現(xiàn)場泵送效率約為40 m3/h，混凝土罐車的運輸能力為10 m3/輛。南岸拌和站距現(xiàn)場行程約16 km，需配置混凝土罐車11臺;北岸拌和站距現(xiàn)場行程約7.2 km，需配置混凝土罐車9臺。主要設(shè)備計劃如表3所示。

3 現(xiàn)場布置

為減少泵送壓力和灌注風(fēng)險，沙尾左江特大橋分二級從拱腳向拱頂泵送。施工中遵循單根拱肋兩岸對稱灌注以及全橋拱肋上下游交替灌注的原則，避免加載過分集中，保證全橋拱肋結(jié)構(gòu)受力體系平衡，并結(jié)合現(xiàn)場地形條件確定泵機位置，必要時搭設(shè)泵管支撐架，以減少泵管彎頭個數(shù)以及避免大幅度轉(zhuǎn)角，保證整個泵送過程順暢無堵塞。現(xiàn)場整體布置如下頁圖2所示。

3.1 進漿管布置

單根弦管半跨布置2處進漿口，分2級向拱頂泵送。第1處進漿管位于拱腳處，第2處進漿管位于5#拱肋節(jié)段，約3/5矢高處。為減小泵送阻力及對鋼管壁的沖擊，進漿管應(yīng)順弦管軸線（往拱頂）走向設(shè)置，且與拱肋鋼管軸線夾角<45°。因此，在管內(nèi)部連接一節(jié)彎管，緩解混凝土對管壁的沖擊，其中第1級選用規(guī)格為45°R1 m的彎管，第2級選用規(guī)格為15°R1.5 m的彎管，如圖3所示。同時為了保持管內(nèi)混凝土的壓力，防止管內(nèi)混凝土回流，進漿管應(yīng)設(shè)置止回閥。

3.2 出漿管安裝

在北岸第8節(jié)段上弦距拱頂接頭100 cm和下弦距拱頂接頭200 cm處設(shè)置出漿管，全橋共16根。出漿管高度約1.2 m，直徑為180 mm，以免排漿時粗骨料堵住出漿管，造成多余的漿液和氣體排不出。出漿管應(yīng)設(shè)置在隔倉板中心50 cm處（見圖4）。為保證灌滿出漿時焊縫處不滲漿、不脫空，出漿管應(yīng)與拱肋弦管焊接牢固。出漿管高度以作業(yè)人員實際操作便利為宜，視情況可根據(jù)設(shè)計要求合理調(diào)整。

3.3 真空輔助系統(tǒng)布置

將水環(huán)式真空泵及儲漿桶（容量≥3 m3）吊至拱頂作業(yè)平臺位置固定，上下游各2套，并用高壓軟管連接真空泵、儲漿桶和排漿口，連接布置如圖5所示。同時在拱肋鋼管L/8、L/4、拱頂處和儲漿筒上設(shè)置帶有氣體閥門的真空表，施工過程中實時記錄真空表的讀數(shù)并及時做出反應(yīng)，保證外界與弦管的連接位置密封性良好，維持管內(nèi)所需要的真空狀態(tài)。

3.4 泵管布置

全橋共配置8套泵管，南北岸上下游各2套。泵管采用125×5 mm（9 mm）的高壓泵管并布置在拱肋上弦管處（見圖6）。整個施工過程中不移動泵管位置，澆筑下弦管時通過加長泵管接入下弦管的進漿管。為避免泵送管內(nèi)混凝土?xí)r泵管晃動過大導(dǎo)致接頭松動以致于漏漿，泵管使用手拉葫蘆與拱肋固定，且不可懸空布置。

4 施工工藝

4.1 灌注順序

沙尾左江特大橋采用真空輔助灌注工藝，全橋共分為8次灌注，每次南北岸對稱澆筑1根主弦管。先下弦后上弦、先內(nèi)側(cè)后外側(cè)。每次單根弦管混凝土灌注施工完成后，其混凝土強度須達到設(shè)計要求的80%才能進行下一根灌注施工，齡期≥3 d且≤5 d。灌注順序如圖7所示。

4.2 施工流程

步驟一：沖洗鋼管內(nèi)壁。在拱腳鋼管下緣開設(shè)A150 mm的排渣孔，根據(jù)全橋矢高選擇合適高揚程的抽水機，將抽水機放置在拱頂作業(yè)平臺上，其出水口與拱頂出漿管連接，開始抽水作業(yè)。通過大量注入的水流，將鋼管內(nèi)壁的鐵銹、焊渣及其余加工安裝過程中存在的細小雜物排出管外。待水流中無管內(nèi)雜物排出后停止抽水，補焊排渣孔，焊接要求及補焊材料同拱肋主體結(jié)構(gòu)。

步驟二：先后泵送清水、砂漿潤滑1級泵管。

（1）斷開1級泵機的泵管與進漿管止回閥的連接，先用罐車運水放入泵機內(nèi)，啟動泵機，將水一直泵到管外，使泵管全部濕潤。

（2）1級泵機泵送2 m3同標號水泥砂漿，充分潤滑管壁，減小混凝土泵送阻力。

（3）泵出的砂漿泄入導(dǎo)排漏斗中，排出拱肋結(jié)構(gòu)以外，避免污染拱肋油漆;被污染的油漆面應(yīng)及時沖洗干凈。

（4）砂漿泵送完成后，連接1級泵機的泵管與進漿管閥門，做好1級泵送準備。

步驟三：泵送第1級管內(nèi)混凝土。

（1）待每岸2輛C60混凝土罐車運送至現(xiàn)場，每車待料30 min，混凝土充分熟化，排出大氣泡，現(xiàn)場試驗人員測定混凝土坍落度及擴展度等各項性能指標均合格后，開始進行管內(nèi)混凝土灌注作業(yè)。

（2）啟動1級泵機，泵送1級管內(nèi)混凝土。灌注過程中采用敲擊法判別混凝土界面，待超出1級進漿口3 m高左右的位置時，啟動真空系統(tǒng)，泵機暫停。管內(nèi)真空度合格后，繼續(xù)泵送1級管內(nèi)混凝土。

（3）泵送過程中維持管內(nèi)真空度在-0.08～-0.06 MPa范圍內(nèi)。

步驟四：泵送第2級管內(nèi)混凝土。

（1）同理采用敲擊法，判別1級泵機泵送混凝土直到混凝土面高于2級進漿管3 m左右時，關(guān)閉1級進漿管閥門，完成1級泵機泵送工作。

（2）啟動2級泵機，先后用清水和同標號砂漿潤滑2級進漿管，操作與1級進漿管相同。

（3）潤管完成后啟動真空系統(tǒng)，觀測真空表讀數(shù)達到要求后，2級泵機繼續(xù)泵送混凝土。泵送過程中維持管內(nèi)真空度在-0.08～-0.06 MPa范圍內(nèi)。

步驟五：真空系統(tǒng)退出工作。

（1）當2級管內(nèi)混凝土泵送至拱頂位置并開始出漿時，將混凝土泵送至儲漿桶內(nèi)至少1.0 m3后，暫停2級泵機，緩慢打開空氣閥門，斷開真空系統(tǒng)與拱頂出漿管的連接，此時真空輔助系統(tǒng)退出工作。

（2）卸除負壓時，人工用鐵錘敲擊出漿管，靠聲音辨識混凝土面在出漿管內(nèi)的位置，檢查混凝土是否有回落，當發(fā)現(xiàn)混凝土面下降后，立即通知泵機再泵進混凝土，使混凝土重新填滿出漿管，確保排漿管內(nèi)混凝土面不回落至鋼管內(nèi)，以防止空氣回流至鋼管。

（3）反復(fù)進行上述操作，直至負壓卸載完畢。

步驟六：完成單根管內(nèi)混凝土灌注。

真空輔助系統(tǒng)退出工作后，2級泵機繼續(xù)泵送混凝土，以便將管內(nèi)浮漿從拱頂出漿管排出。待持續(xù)排出的混凝土顆粒均勻，浮漿已完全排盡后，暫停泵送，靜置10 min。然后泵送兩次，再靜置10 min。當管內(nèi)混凝土無明顯的下沉、氣泡等現(xiàn)象，關(guān)閉2級進漿管閥門，完成單根管內(nèi)混凝土灌注。

步驟七：清洗設(shè)備，準備下一根拱肋混凝土灌注。

拆除泵管，將泵機及泵管等灌注設(shè)備沖洗干凈。待管內(nèi)混凝土達到施工要求，開始開展下一根主弦管灌注的工作。施工要求參照上一輪步驟進行。

5 結(jié)語

管內(nèi)混凝土灌注是形成鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其施工質(zhì)量優(yōu)劣直接影響到成橋的質(zhì)量和安全，因此務(wù)必引起高度重視。本文采用真空輔助施工工藝，分2級由兩岸拱腳同時向拱頂接力泵送，速度快、質(zhì)量好，能有效解決管內(nèi)混凝土脫空問題，大大節(jié)約了時間和人工成本，值得同類型橋梁施工借鑒。

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