钢管拱混凝土综合项目施工基本工艺及要点.doc

钢管拱混凝土施工工艺及要点
陈磊
中铁二十局集团六公司
【摘要】宝鸡市广元路渭河大桥是国内西北首座持续五孔无风撑、双承载面下承式钢管混凝土系杆拱桥，现以本桥为例，简介钢管拱混凝土施工工艺及要点。
核心词 钢管拱混凝土施工工艺 要点
1 前言
钢管混凝土构造自60年代初就已引入国内，近来几年国内在钢管拱应用方面发展较快，许多大跨度桥梁设计采用了钢管拱技术。因其具备如下长处，该桥型当前在国内得以流行：
1.1 形态优美。
1.2 跨度大，施工简便。
1.3 抗震、抗压、抗裂性能明显提高
钢管拱混凝土充分运用了钢管套箍作用，采用了微应力混凝土，其抗压、抗裂性能明显提高。三向应力混凝土重要特性是强度高，变形性好，在外荷载作用下，由于钢管约束其内部核心混凝土横向变形，使在三向应力作用下核心混凝土强度比普通浇注混凝土提高了2～3倍。普通混凝土受压压缩应变≥0.002时，浮现纵向裂缝而破坏。三向应力作用下混凝土可看作弹塑性材料，当压缩应变达0.002时，不但仍有承载能力，并且表面不发生裂缝，它是一种较好抗震材料。
2 工程简介
宝鸡市广元路渭河大桥桥宽28.5m，全桥总长585.56m。两端引桥某些为8跨32m后张法预应力大孔板梁，主桥某些由五孔无风撑、双承载面下承式钢管混凝土系杆拱构成（64m+64m+72m+64m+64m）。拱矢跨比为1/5，拱轴线为二次抛物线，拱肋采用圆端形扁钢管构造。拱肋高度72m跨为0.9m，64m跨为0.8m，宽均为1.8m，钢管内填充C40微膨胀砼。拱肋钢管材质Q345d，厚度为16mm。截面见下图：
900
450
1800
900
400
1000
800
1800

72 米 跨 （mm） 64 米 跨(mm)
3 准备工作
3.1 方案比选
3.1.1 方案一 采用持续抛落无振捣浇注混凝土施工办法，混凝土由拱顶持续抛落。但对距拱顶4m如下混凝土仍需开天窗用插入式振动器进行振捣，且所浇注混凝土不易密实，施工难度较大。
3.1.2 方案二 压注顶升法。即在距离拱脚1.5-2米处拱轴线处,两侧对称各开压注孔，运用混凝土输送泵压力将混凝土从压注孔处焊接好泵管持续不断地自下而上压入钢管拱内，并达到砼自密实效果。这种施工工艺简便易行。但必要选用压力大、性能好输送泵。
咱们采用压注顶升法施工，获得了满意效果。并学习总结出了施工中需注意某些问题。
3.2 施工前观测
观测目是为了拟定拱轴线、控制点标高与否对的。如果轴线有偏差可用预先设立好风揽进行调节；如果因焊接、拼装等因素导致一侧控制点高程偏大，而另一侧高程偏小，则可在压注混凝土过程中调节，详细操作见下文。
3.3 人员
工人规定能纯熟拆装混凝土泵管，责任心强。
技术人员涉及拱上混凝土压注指挥、泵车指挥、实验、测量四组，各组间通过对讲机保持联系。
3.4 机具
3.4.1 泵送顶升施工需要有较大泵送压力，泵车选取是混凝土顶升压注成功与否核心。本工程选用了三辆三一牌HBT—60B型拖泵，其中一台备用。此泵出口泵压可达6.3Mpa，对混凝土适应性较强。
3.4.2 为保证泵送压注顶升持续进行，施工时依照混凝土拌和站位置和泵送速度，每台泵车配备了3辆砼运送车，并有一辆备用。
3.4.3 混凝土拌和站
做好搅拌机检查、维修工作。
3.4.4 原材料
在混凝土施工前要做好原材料进场检查工作。水泥和外加剂质量是保证混凝土膨胀率核心。
4 施工工艺
4.1 “二级压注，一次成型”
由于钢管为扁形，加劲肋布置较远，且矢高较大，依照混凝土所能产生压力及扁钢管抗变形能力计算，若混凝土从拱脚始终压到拱顶，则混凝土压力将把扁钢管直线某些压弯，因此采用“二级压注，一次成型”办法，即除原有拱脚底预留焊接泵管接头外，在拱高1/2处（拱高含拱顶排气管1.5m），两边对称，增设型号一致泵管接头，在紧靠拱顶吊杆位置两侧设两根Ф20cm，高1.5m排气增压钢管。示意图如下：
K0 K0

K3 K4

K1 K2

K0：排气增压管
K1、K2、K3、K4：混凝土压注孔（带混凝土止回闸板阀）
4.2 施工中钢管拱观测
为了获得较完整测量数据，混凝土压注过程要进行全程观测。混凝土压至每一种控制点，都对拱轴线及标高施测一次，并将测量成果绘制成随时间或工况变化曲线图，依照这一曲线，可以较直观地理解钢管拱在泵送混凝土各阶段变化状况。
4.3 压注顶升施工程序
4.3.1 灌注前认真检查泵管及输送泵各个接头，接头之间应垫像皮圈防止漏气、漏浆。
4.3.2 启动止回闸阀K1、K2，用与混凝土相似品种及标号水泥搅拌砂浆润滑泵车与泵管，以减小混凝土泵送时摩阻力，砂浆必要在钢管拱外排出。
4.3.3 对称进行灌注混凝土，同步有专人观测拱内混凝土泵送状况，两台泵灌注速度尽量保持一致，如有不对称现象应及时调节。最简朴而实用观测办法就是“锤击法”，即用铁锤敲击钢管拱，听到清脆声音和沉闷声音交界处就是混凝土已压注到位置。这一观测能保证混凝土对称同步浇注如果发现两侧压注速度不一致，应及时通过对讲机与泵车指挥人员联系，进行调节。小某些偏载导致钢管拱弹性变形可以完全恢复，有效保证了拱轴线符合设计规定。
4.3.4 当混凝土灌注至超过K3、K4压注孔约1米时，停止泵送，及时关闭K1、K2闸板阀，已最迅速度将泵管接至K3、K4压注孔，打开K3、K4闸板阀，开始第二级混凝土压注。
4.3.5 当混凝土从排气孔冒出时，控制灌注速度，改两台泵同步对称泵送为交替泵送，继续压注约1～2m3混凝土，保证钢管拱内混凝土压注密实。
4.3.6 关闭止回闸阀，避免混凝土倒流，清洗泵管、泵车。
4.3.7 做好钢管混凝土保温工作。
5 要点
5.1 混凝土配合比优化
该混凝土规定早强、高流态、缓凝、自密性及可泵性非常好。最为核心问题是该钢管混凝土为微应力混凝土。混凝土内掺膨胀剂，满足补偿收缩规定，坍落度规定到达作业面18－20cm，初凝时间依照压注速度计算，规定控制在6小时以上。设立微应力，可提高构件承载力及变化普通混凝土灌注导致混凝土和钢管间有间隙现象。在配合比设计中拟定微膨胀率是核心因素。钢管内部混凝土质量对工程构造安全影响很大，稍有不慎，就会浮现质量事故，导致泵送困难、内有空气、不饱满、混凝土和钢管间有收缩空隙及承载力下降等现象。因而，对此种混凝土配合比要多做实验，控制好膨胀率。
5.2 混凝土压注要两侧对称同步进行。
咱们对混凝土压注过程中进行了全程观测，成果显示：拱下半部混凝土灌注时第一至三段标高明显下降，第五段至拱顶段标高明显上升。相反，当拱顶某些泵送完混凝土后，拱顶标高明显下降，而第一段至第三节段标高自动得到回升。（见下图）

混凝土压至第四吊杆处拱形状示意 混凝土压注完毕钢管拱恢复至设计曲线
从上图看，混凝土自重对钢管拱线形影响比较明显。因此压注必要对称同步进行。如果在浇注前因拼装、焊接等因素，导致一侧控制点偏高而另一侧偏低，则可以用非对称方式浇注进行调节，即先从偏高一侧进行压注混凝土，同步密切观测拱变形，当拱两侧控制点标高基本恢复至设计标高时，两侧开始同步浇注，逐渐调节两侧混凝土压注量，最后同步压至拱顶。
5.3 混凝土压至拱顶时，要继续压注，让混凝土从排气增压孔中排出约1—2m3，排气孔不冒气泡时停止压注，关闭混凝土止回阀。
5.4 “二级压注，一次成型”
设计规定混凝土压注必要持续进行，而本桥扁拱构造抗变形能力又决定了混凝土必要分两级压注。因此咱们采用了“二级压注，一次成型”压注方案。方案核心在于二级混凝土之间持续性。第二级混凝土必要在第一级混凝土初凝时间内尽早开始，规定工人在两级混凝土压注间拼接泵管速度要快，必要安排纯熟工人进行。
5.5 钢管混凝土保温工作
混凝土和钢管之间如果产生空隙，微膨胀混凝土优势将失去，直接影响拱承载力。钢管混凝土保温工作不到位是空隙产生一种因素。因而，可以采用将钢管拱用麻袋包起等办法，尽量减小内外温差。
6 检测评估成果
钢管拱混凝土检测原则可根据《钢管混凝土构造设计与施工规程》，先用小锤敲击钢管进行初步检查，若有异常，则对该处进行超声波检测。经检测，本桥钢管拱混凝土完全符合设计和规范规定。

参照文献：
1、 JCJ01—89 钢管拱混凝土构造设计与施工规程
2、 GBJ205—203 刚构造工程施工及验收规范
3、 JTJ041— 公路桥涵施工技术规范
4、 JTJ071—98 公路工程质量检查评估原则
5、 河南交通·交通科技·桥涵工程.付 超 贾其友 罗克卿
6、 钢管混凝土拱桥发展综述·桥梁建设·陈宝春1997
7、 桥涵·人民交通出版社