湘潭蓮城大橋鋼管混凝土灌注施工技術(shù)

榮勁松　石雪飛

摘要：文章結(jié)合工作實(shí)例介紹了湘潭蓮城大橋鋼管拱混凝土灌注施工工藝、方法和技術(shù)要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：湘潭蓮城大橋；鋼管混凝土；泵送頂升；施工技術(shù)

中圖分類號(hào)：U448.14

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1006－8937(2009)16－0029－03

1工程概況

湘潭蓮城大橋是湖南省重點(diǎn)工程，位于湘潭三大橋下游4.3km處，西起湘潭市二環(huán)線與富洲路交匯處，東接107國道，是湘潭二環(huán)線、320國道和長株潭三市城際間快車道的一段。

大橋全長1345m，橋面寬27m，其中主橋?yàn)?20m+400m+120m斜拉飛燕式鋼管混凝土拱橋。這一橋型為國內(nèi)首創(chuàng)，它巧妙地集拱、梁、索三種結(jié)構(gòu)于一體，設(shè)計(jì)新穎，造型美觀，科技含量較高。主橋橋型布置如圖1所示。

主拱采用中承式雙肋無鉸平行拱，拱肋中心距34m，計(jì)算跨徑為388m。拱肋矢跨比為1／5.19，拱肋軸線理論矢高為74.7m。

主拱拱肋采用雙肋6管桁架截面，主弦管直徑為φ850mm，材質(zhì)Q345D。距拱腳中心水平距離16m范圍內(nèi)拱肋為實(shí)腹板截面，距此水平距離29.55m范圍內(nèi)為橫啞鈴形桁架截面，由此至拱頂為全桁架截面。拱肋高度由拱腳的中心桁高5.0沿縱向水平直線變化至拱頂中心桁高9.0m，外形呈月牙形。主拱拱肋典型橫斷面詳見圖20

上弦桿均灌注C50微膨脹混凝土。下弦桿距拱腳中心水平距離0～116m內(nèi)灌注C50微膨脹混凝土，其余為空鋼管截面。

由于該橋拱肋鋼管中的核心混凝土采用泵送頂升施工工藝，因而混凝土的質(zhì)量是整個(gè)橋梁工程質(zhì)量重要的一環(huán)，混凝土的工作性能、物理力學(xué)性能以及長期體積變形性能(如膨脹率、徐變等)將直接關(guān)系到橋梁施工進(jìn)程的順利與否，關(guān)系到橋梁使用的安全性、可靠性以及使用壽命。

2鋼管混凝土灌注施工工藝

湘潭蓮城大橋主拱上弦管設(shè)計(jì)均灌注混凝土，下弦桿距拱腳中心水平距離0～116m范圍內(nèi)灌注混凝土，其余為空鋼管截面。上弦管每根弦管需壓注混凝土方量為198m³；下弦管每根弦管需壓注混凝土方量為116m³。上弦管每次灌注2根，上下游各一根；下弦管每次灌注3根。鋼管混凝土灌注采用從拱腳向拱頂一次泵送壓注到頂?shù)姆椒ㄊ┕ぁ?img align="center" hspace="15" src="https://cimg.fx361.com/images/2019/10/25/qkimagesjskfjskf200908jskf20090815-1-l.jpg" vspace="5"/>

2.1設(shè)備的選擇及布置

攪拌站的生產(chǎn)能力要足夠。兩岸各設(shè)置有一臺(tái)35m³／h攪拌站，每臺(tái)的鋼管混凝土生產(chǎn)能力為15m³／h，另外，項(xiàng)目部還租用了橋位附近一個(gè)商品攪拌站的一臺(tái)120m³／h攪拌機(jī)，生產(chǎn)能力為40m³／h，則總的鋼管混凝土生產(chǎn)能力為70m³／h，可滿足施工需要。

混凝土運(yùn)輸配備10～12臺(tái)8m³混凝土運(yùn)輸車?；炷吝\(yùn)輸車的配備應(yīng)有適當(dāng)?shù)母挥啵乐蛊渲幸粌膳_(tái)車出現(xiàn)故障時(shí)，混凝土的運(yùn)輸不致受到太大的影響。

混凝土泵機(jī)是鋼管混凝土灌注施工的關(guān)鍵設(shè)備。設(shè)備選型必須滿足兩個(gè)條件，一是泵機(jī)的功效要滿足灌注進(jìn)度的要求，不小于40m³／h；二是其泵送壓力必須足以將混凝土從拱腳頂升至拱頂。最后通過計(jì)算后選擇三一重工HBT80C泵。共配備3臺(tái)泵，東西兩岸各設(shè)置一臺(tái)，一臺(tái)備用。

泵機(jī)擺放位置有講究，除了考慮混凝土運(yùn)輸及下料方便外，還應(yīng)盡量靠近壓注孔以減少泵管的長度。采用φ125mm泵管，布管時(shí)應(yīng)盡量避免彎管，尤其是90°。彎管，以降低混凝土泵送阻力，若彎頭無法避免，則所有彎管折合成90°彎頭應(yīng)不超過2個(gè)。同時(shí)，還要兼顧上下游泵送轉(zhuǎn)換方便。

泵管彎頭處應(yīng)設(shè)定位裝置，將泵管牢牢固定，以防止泵送過程中泵管偏離原來位置，引起爆卡或堵管。

2.2灌注順序

按照設(shè)計(jì)要求的主拱加載程序，主拱12根弦管分五次灌注完成，上弦管每次灌注2根，上下游各一根，下弦管每次灌注3根，上下游分別各1根或2根。具體灌注順序詳見圖3。

2.3混凝土的泵送頂升施工

本工程中C50鋼管混凝土采用不分倉、一次性泵送頂升的施工工藝，即每根鋼管在拱腳處開壓注孔，焊接設(shè)有閘閥的混凝土壓注管并與泵管相連，拱頂設(shè)置排氣管φ125×1500mm。為避免主拱因偏壓變形，施工時(shí)應(yīng)遵循對(duì)稱與均衡加載原則，以拱頂為對(duì)稱線，混凝土兩半跨對(duì)稱壓注。

2.3.1施工準(zhǔn)備

①設(shè)備檢修保養(yǎng)。施工時(shí)須保證有足夠的混凝土拌合能力并備有預(yù)留泵機(jī)。在泵送前，應(yīng)將拌合機(jī)、泵機(jī)等施工機(jī)具進(jìn)行全面檢查和維修保養(yǎng)，使其具備良好的工作狀態(tài)。混凝土攪拌和泵送設(shè)備應(yīng)備有配件，以便設(shè)備在出現(xiàn)故障時(shí)能及時(shí)搶修。

泵車、泵管需要固定，尤其是彎頭位置，以防止泵送過程中泵機(jī)、泵管擺動(dòng)增大混凝土泵送阻力，引起爆管。

②管內(nèi)清理?；炷凉嘧⑶皬墓绊敵鰸{孔處灌入清水沖洗鋼管內(nèi)壁，將管內(nèi)殘留的雜物、灰塵等沖洗干凈，同時(shí)也起到濕潤鋼管內(nèi)壁的作用。

③壓注孔、排氣孔及出漿孔的設(shè)置。壓注孔設(shè)置應(yīng)根據(jù)泵機(jī)所處的位置開設(shè)，壓注孔處牢固焊接一段端口朝外的泵管，該泵管型號(hào)與連接泵機(jī)的泵管型號(hào)相同。該段泵管另一端切割成斜口，斜口朝上，插入鋼管內(nèi)，插入長度約為鋼管直徑的1／4～1／3，并與拱肋鋼管軸線的夾角為30°～45°。壓注孔應(yīng)焊接牢固，施工前派專人檢查，避免泵送頂升施工過程中脫焊造成而管內(nèi)混凝土噴流，施工人員受傷。為了防止停泵卸管時(shí)混凝土從泵管流出，需在管口處設(shè)置一個(gè)“閘板閥”，如圖4所示。

④排氣孔。對(duì)于大跨度鋼管拱橋，跨中部分的一段鋼管是非常平緩的，拱軸線的水平夾角很小，這一段鋼管在混凝土灌注時(shí)，其頂部的空氣是很難全部通過出漿孔排出的，所以需要設(shè)排氣孔。本工程在橋跨中心線每側(cè)25m范圍內(nèi)，沿主拱肋鋼管頂面每隔5m設(shè)置一個(gè)帶螺絲的φ20mm排氣孔。混凝土灌注至該處，出漿后擰上螺栓。如圖5所示。

⑤出漿孔。在每根鋼管的頂部跨中位置各設(shè)一個(gè)φ125×1500mm的鋼管排漿孔。用一彎管將排漿管伸出拱肋外面，保證排漿時(shí)不污染拱肋及吊桿。如圖6所示。

2.3.2施工要點(diǎn)

鋼管混凝土的泵送遵循“逐步成拱，逐級(jí)加載，外力釋放，間期縮短”的原則，以橋跨中心線為對(duì)稱線，兩邊對(duì)稱灌注。

①鋼管混凝土泵送遵循對(duì)稱與均衡加載原則，每根鋼管須同時(shí)從兩拱腳處進(jìn)行泵送施工，鋼管內(nèi)砼的進(jìn)度差不超過6m，在灌注過程中，注意加強(qiáng)觀測控制，如果兩岸進(jìn)度差超過6m時(shí)，應(yīng)將速度快的一岸放慢速度，但不可長時(shí)間停漿，另一岸加快速度?；炷翉拿扛摴艿撞宽斏盟?，直至排漿孔有混凝土排出為止。

②在施工過程中，必須隨時(shí)測定砂石料含水率的變化，配合現(xiàn)場新拌混凝土工作性能測試結(jié)果來調(diào)整混凝土加水量。

③在泵送混凝土之前，先泵送拌制好的砂漿0.8～1m³左右。灌注砂漿的是為了潤滑鋼管內(nèi)壁，以避免先期泵人的混凝土因接觸管壁失水而變干硬，從而減小摩擦阻力，降低泵送難度。潤滑用砂漿的配合比除未使用碎石外，其余原料用量與鋼管混凝土的用量相同。灌注完潤滑砂漿后，接著進(jìn)行C50鋼管微膨脹混凝土的泵送施工。正式泵送施工時(shí)，在拱肋上應(yīng)有專人負(fù)責(zé)觀察砼的壓注進(jìn)度，以盡可能保證兩岸混凝土的泵送頂升施工對(duì)稱進(jìn)行。當(dāng)混凝土從排漿管冒出后，應(yīng)繼續(xù)泵送混凝土，直至將浮漿排凈并連續(xù)排出約1m³混凝土。此后，每隔5min左右泵送一次，總共開機(jī)2～3次后方可停止泵送混凝土，以盡可能排除鋼管中的氣體，避免混凝土與鋼管壁的脫粘。

④在泵送時(shí)，混凝土應(yīng)連續(xù)泵送，盡量避免停泵，以防止泵管堵塞，當(dāng)混凝土量供應(yīng)不足時(shí)，應(yīng)降低泵送速度，保證混凝土的連續(xù)泵送。

⑤每根鋼管拱的混凝土泵送施工時(shí)間應(yīng)間隔3天，以保證混凝土具有足夠的強(qiáng)度和剛度，能夠承受鋼管混凝土自重和施工時(shí)產(chǎn)生的沖擊荷載。

3結(jié)語

湘潭蓮城大橋于2007年2月12日開始灌注第一根鋼管，12根主弦管分五次灌注完成，全部按計(jì)劃進(jìn)行，整個(gè)混凝土灌注過程連續(xù)順暢(混凝土輸送泵泵壓8～14MPa)，沒有出現(xiàn)堵管情況。經(jīng)超聲波輔以錘擊手段檢查，除拱頂局部有很小的脫空外(中度敲擊回聲)，混凝土整體均勻密實(shí)，與鋼管壁結(jié)合好，全橋鋼管混凝土質(zhì)量優(yōu)良。通過該橋鋼管混凝土的施工，我們有以下兩點(diǎn)心得體會(huì)。

①良好的工作性能是鋼管混凝土得以順利灌注施工的關(guān)鍵。鋼管混凝土應(yīng)流動(dòng)性大，不泌水，不離析，粘聚性好，具有良好的可泵性；混凝土坍落度經(jīng)時(shí)損失要小，混凝土在灌注過程中其工作性能可以得到較好保持。評(píng)價(jià)混凝土工作性能要不僅要看坍落度，還要看擴(kuò)展度指標(biāo)。

②對(duì)于大跨度鋼管拱，采用不分倉一次性泵送頂升方法灌注管內(nèi)混凝土是可行的。在制定鋼管混凝土灌注施工工藝時(shí)，應(yīng)綜合考慮混凝土攪拌站生產(chǎn)能力、泵機(jī)泵送能力與混凝土工作性能保持等方面的適應(yīng)性，保證混凝土灌注過程均勻連續(xù)。單根鋼管灌注時(shí)間宜控制在2～3.5h?；炷凉嘧⑦^程應(yīng)對(duì)稱、均衡、連續(xù)，滿足設(shè)計(jì)要求，并做好施工監(jiān)控。