鋼管拱橋內頂升混凝土的工藝及質量控制

王婷

摘要 結合大蘆線航道整治二期工程老蘆公路橋的施工實際情況，提出主橋鋼管拱混凝土采用單片拱肋從拱腳對稱壓注頂升至拱頂的方法，并嚴格要求微膨脹混凝土的配合比和原材料，確保了頂升工藝的順利及鋼管內混凝土的施工質量。總結出鋼拱橋混凝土頂升施工工藝，以及質量通病和控制措施，可為同類項目的施工及質量控制提供參考。

關鍵詞 鋼管拱橋;混凝土頂升;質量控制

中圖分類號 U445.57 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）10-0113-03

0 引言

鋼管混凝土系桿拱橋屬于鋼結構與混凝土組合結構中的一種，由于其一定程度上簡化施工工藝，縮短了施工工期，同時成橋后具有觀賞價值，在城市橋梁建設中應用廣泛。鋼管拱橋內混凝土的頂升是鋼管拱橋成橋施工的關鍵之一，該文以上海市的一座鋼管混凝土系桿拱橋為例，探討鋼管混凝土拱橋混凝土的頂升施工工藝、質量控制的措施。

1 項目概況

大蘆線航道整治二期工程老蘆公路橋的主橋長度117 m，計算跨徑114 m。橋梁的上部結構為下承式系桿拱橋，全橋采用兩片鋼管拱肋。鋼管混凝土采用C50微膨脹混凝土，單片拱肋混凝土方量約308 m3。按照對稱設計和均勻加載的準則，采用拱肋的兩端同步壓注頂升的方法，直到排漿管溢出混凝土。該工程采用兩級泵送的方式施工。

2 施工流程

具體工藝流程詳見圖1。

3 施工準備

3.1 配合比設計

必須有補償收縮的性能以及良好的和易性，能夠達到自密實效果。為保證強度和彈性模量，混凝土符合以下要求：

（1）鋼管內混凝土選用干硬性混凝土（水灰比0.4～0.45左右），選用的外加劑對用水量不敏感。

（2）混凝土彈性模量不小于常規混凝土且和易性滿足要求。

（3）混凝土膨脹率控制在萬分之3～3.5范圍內。

（4）混凝土保證合理的骨料粒徑和級配，粗骨料外徑不宜大于25 mm，沙粒含泥量不大于1.5%。

（5）鋼管內混凝土根據實際的泵送能力確定合理的初凝時間和終凝時間，并考慮緩凝型減水劑對膨脹率的降低。

（6）粉煤灰中SO的含量，控制在0.5%～1.5%左右。

（7）微膨脹混凝土必須按照要求進行配合比強度和收縮試驗，混凝土收縮徐變持續時間較長，因此收縮試驗要有三個月以上的數據，根據試驗結果確定最終配合比方案。

（8）頂升混凝土實施前，混凝土配合比試驗報告及數據提交設計單位確認，明確各項參數是否滿足要求。

3.2 泵送設備配置

（1）混凝土拌合站：滿足生產技術能力的前提下主要考慮運輸問題。

（2）泵送設備：單片拱肋的兩端布置2臺高壓輸送泵，泵送頂升過程中要求同步進行。全橋共6臺高壓輸送泵作為混凝土泵送機械，兩片拱肋兩側同時泵送需要4臺，2臺泵作為備用。

（3）混凝土運輸車輛：視現場實際情況進行車輛調度，另配備1輛備用車輛。

（4）混凝土拌合設備：所有拌合設備檢驗調試后方可拌合作業。

（5）其他設備：現場配備2臺高壓沖洗水槍，有混凝土冒出后立即沖洗拱身。

3.3 澆注口、排氣孔、排漿管的布置

拱肋上的混凝土澆注口、排氣管及排漿孔在鋼結構吊裝前就開口完成，具體布置見圖2。

（1）一級澆注口設置。一級澆注口距拱腳2～2.5 m，采用Φ125 mm、壁厚≥3.5 mm、長度約140 cm的鋼管制成[1]，位于拱肋上部，伸到拱內85 cm左右，與拱肋的拱軸線有45°的夾角，同時在拱內導向管端部加一個135°彎頭使出料口方向與鋼管拱軸線一致，頂升的過程中減小阻力，保證順暢。拱肋上的開孔處設加固環筋提高其強度。通過法蘭將泵送管與澆注口緊密連接，并設截止閥，各構件栓焊的質量要嚴格控制，避免施工過程出現脫焊[2]。

（2）二級澆注口設置。二級澆注口設置在拱肋長度約一半位置處，避開內部加勁板位置，其他規格與一級澆注口一致。

（3）增壓排漿管設置。拱頂上每隔3 m對稱地安裝Φ150 mm的排漿管，長度1.5 m，管端可向側面略微前傾，以免冒出的混凝土污染拱肋。

3.4 泵管的布置

泵管為耐高壓輸送管，由專人負責線路的排定。在混凝土澆注口的位置及管道上搭設支架，以確保管道泵送頂升的過程中不會產生晃動。連接泵管之前仔細檢查內部是否干凈，連接頭和密封圈是否完好無損，避免施工中發生堵管和泄露。泵管裝好后，逐節進行密封性檢查，嚴禁人員在泵管上走動。為避免發生意外，現場留一套同規格的泵管備用。混凝土壓入前，在輸送泵管上設防回流的截止閥，并對法蘭盤接頭的焊縫部位加勁處理。

4 混凝土頂升施工

4.1 人工澆注壓漿管下部區域的混凝土

拱腳以上2 m范圍內的拱肋鋼管混凝土人工澆注，采用輸送泵直接輸入，人工使用振搗棒振搗密實。施工前在拱腳上方0.5 m處拱背中間開圓孔，直徑25 cm，作為混凝土泵入和振搗的通道。澆注后的混凝土頂面比壓注口處低40～50 cm，防止后續的混凝土泵送時集料產生離析，造成混凝土的質量問題。

4.2 泵管嚴密性試驗

泵送混凝土前將截止閥關閉，料斗內裝滿清水進行泵送，起到洗管作用，同時可以驗證泵管的嚴密性，檢查是否有泄露現象。

4.3 泵送高等級砂漿

泵送混凝土之前先泵送砂漿潤滑泵管，起到減阻的效果。

4.4 鋼管混凝土頂升

鋼管混凝土的頂升初凝前完成，整個過程不得中斷[3]。澆注在當天溫度較低時進行，具體頂升工藝遵循以下要求：

（1）鋼管拱肋混凝土施工注意溫度控制，混凝土頂升施工時，拱肋的表面溫度超過要求，將覆蓋的土工布包裹起來并澆水降溫。避免因溫度過高造成混凝土產生裂縫。

（2）準備工作就緒開始泵送混凝土，泵機開啟后先處于低速運轉的狀態，及時觀察泵的壓力表讀數和其他部件的狀況，待設備狀態良好、輸送順暢后再提升泵送速度。

（3）施工過程中盡可能避免出現停泵，混凝土供料不及時減緩壓送速度，提前預估避免停泵或空泵。

（4）混凝土泵送頂升時若進入空氣立即將泵反轉，將混凝土再抽回料斗中，空氣排出后再正轉。

（5）單片拱肋嚴格遵守兩側對稱壓送的要求，避免因一側頂升過快而引起拱肋的縱向振動。兩側拱肋的混凝土的高度相差不能大于1 m，可以通過混凝土消耗量和敲擊拱肋檢查的方法判斷。泵送過程中兩側隨時保持聯系以確保混凝土的同步對稱頂升。

（6）排漿口開始有水泥漿液溢出時，說明鋼拱內大部分已充滿混凝土，這時減慢泵送的速度，用木棒或竹竿在排漿口內插搗，擠出過多的漿液和空氣，直到流出的混凝土與泵入的混凝土濃度一樣，然后穩壓一段時間后關閉截止閥。

4.5 設備清洗及封堵壓、排漿口

泵送完成并關閉防回流截止閥后拆除輸送泵管，對壓力泵和泵管進行清洗。澆注口、排氣孔、排漿口的封堵宜用開孔時割下來的鋼板封閉焊接。

5 施工關鍵控制點

（1）壓送頂升混凝土時嚴格要求縱向對稱進行。輸送泵的工作壓力在5～10 MPa范圍內，防止過大造成爆管。

（2）拱肋上的孔洞切割、焊接時有相應降溫措施，避免燒傷混凝土和造成鋼結構的應力變形。所有孔的密封焊接光滑平整，不得有突出和漏焊點。

（3）當鋼管拱內發生堵塞，立即停止泵送并關閉壓注口截止閥，將管道與截止閥的接頭拆開，排出泵管內的全部混凝土，檢查鋼管拱內混凝土的位置，在混凝土面以下約2 m的位置開孔，從孔口插入振搗棒將頂部的混凝土振搗密實，然后焊接備好的壓注管口，按初始泵送的要求繼續壓注頂升混凝土直至拱頂。

（4）一旦發生鋼管脹裂立即停止泵送卸壓，關閉壓注口截止閥，在裂縫處以下0.5 m開孔將上部的混凝土全部排出，插入振搗棒將下部混凝土振搗密實，緊接著將脹裂部位的鋼管恢復原樣，然后焊接裂縫，經檢測不影響質量后繼續上部混凝土壓注頂升。

（5）施工過程中嚴格控制端橫梁的變形，主橋墩兩側面埋設測量標志，用儀器觀測鋼管拱混凝土頂升每個階段的墩頂水平位移情況。

6 質量通病和控制措施

6.1 頂升過程中由中斷或排氣不暢引起混凝土空腔的控制

（1）審核方案排氣孔設置的合理性，現場檢查排氣孔安裝質量是否按方案進行。

（2）泵送的時候料斗里至少要有一半的混凝土，以避免泵入空氣，施工要連續泵送到排漿管流出干凈的混凝土為止。

6.2 混凝土配合比的問題造成收縮裂縫的控制

（1）施工前，嚴格審核混凝土配合比是否合理，特別是外加劑的添加比例，查看試驗配比報告。

（2）現場對混凝土的塌落度進行檢查，并比對隨車的配合比報告單，對于不符合要求的混凝土廢棄處理。

6.3 鋼管內壁銹蝕導致混凝土與管壁粘結不良的控制

（1）鋼拱肋制作過程中加強內壁防銹處理質量的檢查。

（2）檢查壓送混凝土前是否對拱內壁清洗，清除雜物，增強混凝土與管壁的粘結。

6.4 原材料不良或拋投壓注造成混凝土離析的控制

（1）原材料嚴格把關，粗骨料中針片狀含量、骨料最大粒徑及級配要滿足要求，如果粉含量較大，可用水沖洗干凈后再使用。細骨料以天然中砂為宜，如有必要可過篩。混凝土拌合完成后要求工作性好，不離析，坍落度損失小。

（2）加強拌合站的攪拌質量，攪拌機口也要進行坍落度檢查。

（3）如果混凝土中粗細骨料分離嚴重，會造成混凝土裂縫，應禁止使用。

6.5 泵壓不足、壓注速度過快造成混凝土不密實的控制

（1）壓注過程中，隨時檢查輸送泵的泵壓及壓注速度。

（2）泵壓在正常工作范圍內，施工中避免因泵壓過大而引起輸送管發生爆裂或截止閥的連接開焊脫落。

（3）單拱兩端的壓注速度保持均衡一致，避免產生壓力差。

7 鋼管混凝土的質量檢測及處理

拱肋內混凝土養護達到要求后檢查其密實情況，考慮到混凝土的收縮徐變，施工完成后的2個月左右也要進行一次檢查。檢查的方法可以通過人工敲擊和超聲波檢測相結合，先用人工敲擊鋼拱肋初步檢測，聲音又重又啞，說明混凝土已經充滿，否則可能有異常，應提高檢測密度，確定超聲波探測范圍[4]。對于超聲檢測提出的可疑部位，將鉆孔復查，如果發現脫粘率>20%，或脫粘空隙厚度>3 mm，則鉆孔壓漿補強加固。壓漿完成后壓漿孔牢固焊接，表面打磨光滑。

8 結束語

該鋼管混凝土拱橋內混凝土的泵送頂升一次性成功，經檢測拱肋內混凝土的密實性合格率100%，實踐證明，施工過程中的質量控制措施是有效的，總結出的施工工藝及質量控制措施對類似的鋼管拱橋施工提供參考。

參考文獻

[1]馬曉波. 橋梁泵送頂升鋼管拱自密實混凝土施工技術[J]. 民營科技， 2017（1）： 191.

[2]楊忠波. 南浦溪特大橋鋼管拱混凝土泵送頂升施工關鍵技術[J]. 城市建筑， 2020（5）： 170-172+194.

[3]李豪. 拱橋勁性骨架管內混凝土施工工藝[J]. 建材與裝飾， 2019（5）： 250-251.

[4]鄧志成. 下承式鋼管拱橋混凝土頂升施工工藝[J]. 工程建設與設計， 2020（10）： 155-156.