金釵紅水河特大橋管內(nèi)混凝土灌注施工技術(shù)

摘要：文章以主跨310 m的金釵紅水河特大橋?yàn)槔瑥膱龅夭贾谩⒅Ъ茉O(shè)計(jì)、管道布置、人員設(shè)備、灌注工藝等方面，介紹了金釵紅水河特大橋管內(nèi)混凝土灌注的施工工藝。經(jīng)超聲波檢測管內(nèi)混凝土密實(shí)度全部合格，且工序銜接順暢無質(zhì)量問題，表明該鋼管混凝土拱橋管內(nèi)混凝土灌注全過程施工工藝具有推廣性和借鑒性。

關(guān)鍵詞：拱橋；鋼管混凝土；混凝土灌注

中圖分類號(hào)：U448.34 A 40 141 4

0 引言

鋼管混凝土橋梁作為基本橋型之一，具有跨度較大、成本較低、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、造型美觀等優(yōu)點(diǎn)。隨著國家工業(yè)化、現(xiàn)代化發(fā)展，鋼材與混凝土性能不斷提升，加上鋼管的套箍作用使得混凝土的抗壓能力、抗拉能力以及塑性性能得到了極大提高，使得鋼管混凝土拱橋的跨越能力得到進(jìn)一步提高。管內(nèi)混凝土灌注作為鋼管混凝土拱橋施工的一道重要工序，施工條件復(fù)雜、施工難度大、施工組織能力要求高，該道工序施工具有一次性，過程中涉及的人力、物力以及協(xié)調(diào)統(tǒng)籌安排都將決定著管內(nèi)混凝土灌注的成敗［1-2］。

本文以金釵紅水河特大橋?yàn)楣こ瘫尘埃瑥膱龅夭贾谩蛟O(shè)計(jì)、管道布置、人員設(shè)備、灌注工藝等方面介紹了管內(nèi)混凝土灌注的關(guān)鍵技術(shù)，為同類型橋梁管內(nèi)混凝土灌注施工提供參考與借鑒。

1 工程概況

金釵紅水河特大橋?yàn)橹骺?10 m，計(jì)算跨徑280 m的中承式鋼管混凝土拱橋。每幅橋兩片拱肋，其主拱橫橋向中心間距為16.2 m，單片拱肋為四管桁式變高度截面，拱腳截面徑向高度為8 m，拱頂截面徑向高度為5 m，肋寬為2.8 m。每肋上弦、下弦均為兩根1 000 mm鋼管混凝土弦管，壁厚分別為20 mm、24 mm。管內(nèi)混凝土采用C55自密實(shí)補(bǔ)償收縮混凝土。主拱肋矩形截面由700 mm綴管和豎向兩根508 mm腹桿鋼管連接主管構(gòu)成，見圖1。

2 管內(nèi)混凝土灌注施工技術(shù)

2.1 場地布置

為了減輕泵機(jī)壓力從而減少泵送風(fēng)險(xiǎn)，金釵紅水河特大橋分二級(jí)自拱腳向拱頂泵送混凝土。此外，為了避免灌注過程中出現(xiàn)泵管堵塞的情況，金釵紅水河特大橋布設(shè)有三級(jí)進(jìn)漿口作為備用進(jìn)漿口。泵機(jī)布置于兩岸拱座后方平臺(tái)上，泵管通過鋼棧橋連接拱肋與泵機(jī)，見圖2。

2.2 棧橋設(shè)計(jì)

由于泵機(jī)布置平臺(tái)與拱肋連接泵管需要克服地面高差，金釵紅水河特大橋采用鋼棧橋作為泵管支撐平臺(tái)。忻城岸泵管棧橋立柱由8根12 m的530 mm×10 mm鋼管組成，分配梁由65根間距為0.6 m的Ⅰ14工字鋼組成；馬山岸泵管棧橋立柱由8根11.05 m的530 mm×10 mm鋼管組成，分配梁由65根間距為0.6 m的Ⅰ14工字鋼組成。鋼管立柱橫聯(lián)由Ⅰ14工字鋼橫向連接鋼管構(gòu)成。貝雷片的支撐架選用115型支撐架。上鋪防滑鋼板業(yè)平臺(tái)。鋼材材質(zhì)均采用Q235鋼材。棧橋的計(jì)算使用Midas Civil2020有限元分析軟件進(jìn)行分析計(jì)算。計(jì)算荷載主要考慮泵管混凝土荷載及人群荷載組合作為施工荷載。材料自重由Midas Civil2020提供，取安全系數(shù)為1.2；計(jì)算模型見圖3，計(jì)算結(jié)果見表1、表2。

2.3 人員設(shè)備布置

2.3.1 人員布置

管理人員安排以一岸為例，分為前場人員與后場人員。

后場人員7人：3人負(fù)責(zé)后場混凝土取樣試驗(yàn)，2人負(fù)責(zé)監(jiān)控拌和站設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況、物資剩余情況與人工投外摻料情況，1人負(fù)責(zé)保持道路暢通以及1名電工保證后場電力及設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常。

前場人員11人：前場人員分為地面組、拱上組、拱頂組。地面組8人：1人總指揮，3人負(fù)責(zé)前場混凝土取樣試驗(yàn)，1人指揮罐車現(xiàn)場交通，1人負(fù)責(zé)觀察泵機(jī)的運(yùn)行情況與拱上組交流并記錄管內(nèi)混凝土到達(dá)位置，1名安全員保障現(xiàn)場安全無隱患及1名電工保證前場電力及設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常；拱上組2人：1名施工員實(shí)時(shí)跟蹤管內(nèi)混凝土位置，負(fù)責(zé)溝通地面與拱頂組人員進(jìn)行泵機(jī)與真空泵的操作及1名安全員保障現(xiàn)場安全無隱患；拱頂組1人確保管內(nèi)真空壓力足夠，并在收到混凝土位置信息后進(jìn)行真空泵的啟停。

一岸前后場共計(jì)18人，兩岸共需要36名管理人員。

2.3.2 設(shè)備布置

忻城岸現(xiàn)場用料由1#拌和站進(jìn)行拌制，1#拌和站產(chǎn)能為160 m3/h，現(xiàn)場泵送效率為40 m3/h，能夠滿足施工要求。1#拌和站距施工現(xiàn)場約14 km，混凝土罐車運(yùn)輸能力為10 m3/輛，行駛速度為20 km/h，混凝土拌制時(shí)間tw=15 min，運(yùn)輸時(shí)間tlx=40 min，罐車卸料時(shí)間td=10 min。

QX=tw+tlx×2+tdtd

=（15+40×2+10）/10=10.5輛

考慮到備用罐車，忻城岸需配置混凝土罐車12臺(tái)。

馬山岸現(xiàn)場用料由2#拌和站進(jìn)行拌制，2#拌和站產(chǎn)能為120 m3/h，能夠滿足施工要求。2#拌和站距施工現(xiàn)場約5 km，混凝土罐車運(yùn)輸能力為10 m3/輛，行駛速度為20 km/h，混凝土拌制時(shí)間tw=15 min，運(yùn)輸時(shí)間tlm=15 min，罐車卸料時(shí)間td=10 min。

QM=tw+tlm×2+tdtd

=（15+15×2+10）/10=5.5輛

考慮到備用罐車，馬山岸需配置混凝土罐車8臺(tái)。

2.4 泵管布置

2.4.1 進(jìn)漿口布置

每根鋼管拱肋半跨設(shè)三處進(jìn)漿支管，分別位于拱腳處和1/4跨徑處，第三處備用進(jìn)漿管布置于4/5跨徑處。

進(jìn)漿管應(yīng)順弦管往拱頂走向設(shè)置，進(jìn)漿支管與拱肋軸線夾角宜≤45°，且應(yīng)設(shè)置止回閥。進(jìn)漿管與主拱弦管相貫口按結(jié)構(gòu)焊縫要求施焊，保證焊縫質(zhì)量，并加勁處理。

2.4.2 泵管布置

泵管禁止懸空，水平方向應(yīng)布置橫向約束，間距不宜過大，彎管處應(yīng)固定牢靠。泵管盡量少采用彎管送料，不宜使用軟管，與泵機(jī)連接的第一節(jié)泵管需采用直管。

全橋共配置4套泵管，半幅兩岸、上下游各1套，布置在拱肋上弦管處。澆筑下弦管時(shí)通過加長泵管接入下弦管的進(jìn)漿管，澆筑完半幅后移動(dòng)至另一幅繼續(xù)澆筑，可滿足單次澆筑兩根弦管的要求。

泵管使用手拉葫蘆與拱肋固定，避免泵送管內(nèi)混凝土?xí)r泵管晃動(dòng)過大，導(dǎo)致接頭松動(dòng)漏漿。在接入下弦管的部位搭設(shè)臨時(shí)施工平臺(tái)，泵管布置在施工平臺(tái)上，與上方拱肋平聯(lián)管用手拉葫蘆拉住，不可懸空布置。

泵管采用直徑125 mm×9 mm的高壓泵管。兩節(jié)管道間接頭的橡膠墊圈位置應(yīng)準(zhǔn)確，聯(lián)結(jié)卡箍對(duì)準(zhǔn)橡膠墊圈卡緊，配套螺栓上穩(wěn)卡緊，盡量減少使用彎管。

2.4.3 出漿口布置

半跨共設(shè)置三處出漿口，在拱腳設(shè)置一級(jí)排漿管，在二級(jí)進(jìn)漿管豎直方向下方1 m布置二級(jí)排漿管，在拱頂隔倉板的內(nèi)側(cè)布置拱頂排漿管。排漿管采用直徑180 mm，高度為1.5 m的泵管制作而成。出漿管的選擇既要有利于排漿時(shí)避免粗骨料堆積堵塞排漿管，導(dǎo)致無法排出浮漿；又要避免選取管徑過大造成在主拱肋上開孔過大，從而影響鋼結(jié)構(gòu)性能。

拱腳一級(jí)排漿管與拱頂排漿管應(yīng)布置在拱肋頂部，與拱肋呈75°夾角布置，可避免混凝土排出對(duì)拱肋造成污染。二級(jí)排漿管作用為排出一級(jí)灌注時(shí)的浮漿，與拱肋水平布置。排漿管使用泵管切割而來，使用卡箍與定制尺寸圓鋼板完成封閉。

排漿管與弦管要求滿焊，焊接可靠、牢固，為了提供足夠的安全系數(shù)，應(yīng)加勁處理，保證排漿管出漿時(shí)焊縫不漏漿，不脫管。

2.5 管內(nèi)混凝土灌注施工

2.5.1 清洗鋼管內(nèi)壁

在拱腳設(shè)置排渣孔，采用從拱頂注入清水的方式對(duì)管壁鐵銹及雜物進(jìn)行沖刷清洗，拱腳預(yù)埋段中剩余的水及雜物可采用水管直接排出，在這一過程中保證水管插入預(yù)埋段底部并攪動(dòng)排水管，將剩余的水與雜物吸出，洗管完成后，立即對(duì)排渣孔進(jìn)行焊接恢復(fù)。

2.5.2 泵送水泥砂漿潤管

采用同強(qiáng)度水泥砂漿進(jìn)行潤管，主要起到潤滑管壁和檢驗(yàn)泵管的氣密性的作用，為接下來正式灌注混凝土打下基礎(chǔ)。在水泥砂漿泵送完后，將一級(jí)泵機(jī)與一級(jí)進(jìn)漿管連接，當(dāng)前場混凝土數(shù)量充足后開始一級(jí)管內(nèi)混凝土灌注施工。

2.5.3 混凝土運(yùn)輸

混凝土運(yùn)輸過程中宜以3～5 r/min的轉(zhuǎn)速攪動(dòng)，當(dāng)運(yùn)輸車到達(dá)前場時(shí)，持續(xù)攪拌30 min，運(yùn)輸時(shí)間過長時(shí)可適當(dāng)縮短時(shí)間，應(yīng)由試驗(yàn)工程師確定。待混合料充分熟化，再將混凝土倒入料斗中。混凝土運(yùn)輸時(shí)間應(yīng)按照120 min控制。

2.5.4 泵送一級(jí)管內(nèi)混凝土

前場混凝土數(shù)量充足后開始泵送一級(jí)管內(nèi)混凝土，兩岸一級(jí)泵機(jī)啟動(dòng)，開始時(shí)泵機(jī)應(yīng)在低速狀態(tài)下運(yùn)行。一級(jí)出漿管排出浮漿后，作業(yè)人員采用振動(dòng)板對(duì)回流段內(nèi)混凝土進(jìn)行振搗密實(shí)。拱腳一級(jí)出漿管冒出合格混凝土后，用特制尺寸鋼板通過聯(lián)結(jié)卡箍擰緊螺栓與出漿管端頭，保證連接密實(shí)，封閉出漿口。

待混凝土面上升至超一級(jí)進(jìn)漿口2 m高的位置時(shí)，啟動(dòng)抽真空輔助系統(tǒng)，保證混凝土泵送過程中的拱內(nèi)真空度維持在-0.08～-0.06 MPa。

2.5.5 轉(zhuǎn)換二級(jí)泵管

敲擊鋼管進(jìn)行混凝土位置確認(rèn)，當(dāng)混凝土達(dá)到二級(jí)出漿管下50 cm時(shí)，關(guān)閉真空系統(tǒng)進(jìn)行卸壓，隨后打開二級(jí)出漿管進(jìn)行排漿，待排出合格混凝土后，上卡箍與鋼板封閉二級(jí)出漿管。

關(guān)閉一級(jí)進(jìn)漿口止回閥，斷開一級(jí)輸送管與止回閥，一級(jí)泵機(jī)在輸送管斷開后先泵入水泥漿，再泵入大量清水完成泵機(jī)與一級(jí)輸送管的清洗。

2.5.6 泵送二級(jí)管內(nèi)混凝土

一級(jí)管內(nèi)混凝土泵送完畢后，關(guān)閉二級(jí)出漿口，啟動(dòng)二級(jí)泵機(jī)并泵送水泥砂漿進(jìn)行二級(jí)泵管潤滑，待管內(nèi)恢復(fù)常壓后接入二級(jí)泵管，打開二級(jí)進(jìn)漿管閥門，開始泵送混凝土。當(dāng)二級(jí)管內(nèi)混凝土泵送到拱頂，注意觀察拱頂儲(chǔ)漿桶觀察窗，當(dāng)混凝土液面到達(dá)觀察窗后，關(guān)閉真空系統(tǒng)并卸除負(fù)壓。若混凝土液面出現(xiàn)回落，應(yīng)繼續(xù)泵送混凝土填滿出漿管，等待10 min，液面不回落，打開真空泵與出漿口連接板，插入高頻震動(dòng)棒，快插慢拔，直至插入主弦管，將氣泡排出，保證混凝土均勻密實(shí)。當(dāng)儲(chǔ)漿桶內(nèi)無明顯氣泡后，完成管內(nèi)混凝土灌注。

2.5.7 結(jié)束

當(dāng)所有弦管灌注完成，混凝土各進(jìn)漿孔、出漿孔、振搗孔、排渣孔在混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，均需進(jìn)行補(bǔ)焊牢固，再用手砂輪打磨至弦管表面平齊。

2.6 管內(nèi)混凝土密實(shí)度檢測

采用超聲波對(duì)管內(nèi)混凝土進(jìn)行密實(shí)度檢測，包括檢測管內(nèi)混凝土勻質(zhì)性、評(píng)價(jià)混凝土填充效果、定性判別內(nèi)部裂縫、空洞等缺陷［3］。檢測結(jié)果見下頁表3。

金釵紅水河特大橋鋼管混凝土采用超聲波法進(jìn)行質(zhì)量檢測，1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#、8#鋼管完成7 d、14 d、28 d共3個(gè)工況的測試。1#～8#鋼管不同齡期測試的有效數(shù)據(jù)數(shù)量均為1 536個(gè)。檢測結(jié)果表明：金釵紅水河特大橋3個(gè)工況下的鋼管混凝土密實(shí)性均判定為密實(shí)性好、結(jié)合性好，鋼管混凝土密實(shí)性均滿足正常使用和設(shè)計(jì)要求。

3 結(jié)語

本文從場地布置、支架設(shè)計(jì)、管道布置、人員設(shè)備、灌注工藝等方面介紹了管內(nèi)混凝土的灌注施工工藝。金釵紅水河特大橋采用真空輔助分級(jí)泵送的施工技術(shù)，經(jīng)檢測管內(nèi)混凝土密實(shí)度全部合格，且工序銜接順暢無質(zhì)量問題，表明該鋼管拱橋拱內(nèi)混凝土灌注全過程施工工藝具有推廣性和借鑒性。

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收稿日期：2022-12-20