鋼管拱混凝土真空輔助高壓泵送頂升施工工藝

趙陽晨 胡國偉

1 工程概況

隨著城市社會化和區(qū)域經(jīng)濟化的迅速發(fā)展,鐵路客運專線將成為社會經(jīng)濟發(fā)展的有力保障。其中,大跨度混凝土 V形連續(xù)剛構—拱組合橋以其造型新穎、美觀、良好的受力性能和合理的經(jīng)濟技術指標,為鐵路大跨橋梁結構提供了一種新的發(fā)展思路。目前國內(nèi)外公路和鐵路鋼管拱灌注施工一般采用高壓泵送頂升灌注施工方法,難以更好地保證鋼管混凝土的密實度和貼實度。

廣珠城際小欖特大橋主跨為100m+220m+100m的V形連續(xù)剛構—拱組合橋,為國內(nèi)同類型橋梁最大跨度結構,拱肋采用月牙型、N型桁架,在靠近拱腳位置采用變高度啞鈴形截面。上、下弦桿直徑為900mm,壁厚分24mm,22mm和20mm三種,為鋼管混凝土結構;腹桿采用φ600mm×16mm的空鋼管。拱的計算跨徑160m,鋼管拱下弦鋼管矢高35m,拱軸線方程為y= -0.005 67x2;上弦桿鋼管矢高 40 m,拱軸線方程為 y= -0.006 04x2。兩榀拱肋之間共設 7道橫撐,靠近拱頂三個橫撐為米字形撐,其余四道為K字形撐,各橫撐由φ500mm×12mm, φ300mm×10 mm,φ350mm×12mm,φ200 mm×10mm鋼管組成,鋼管內(nèi)不填混凝土。鋼管拱上下弦管采用了真空輔助泵送頂升施工技術進行灌注施工,保證了大直徑、大體積、大跨度鋼管拱混凝土灌注施工質(zhì)量。

2 工藝原理

鋼管拱混凝土為C50微膨脹混凝土,灌注時利用真空輔助原理,在單一高壓泵送頂升工藝的基礎上,通過工藝性試驗確定真空度,在灌注過程中抽真空,保證鋼管內(nèi)混凝土的密實度和貼實度,同時,為保證拱肋線形,灌注過程中灌注順序選擇采用先下弦、后上弦,再進行綴板灌注。其工藝流程見圖 1。

表1 C 50微膨脹混凝土配合比

3 微膨脹混凝土配合比設計

鋼管拱拱肋灌注采用設計強度 C50微膨脹混凝土,既要滿足設計和規(guī)范要求,又要滿足施工方面的要求。

通過正交試驗優(yōu)化配合比,最終確定各項技術性能指標見表 1。

4 工藝實施

4.1 排氣孔、壓注頭和出渣孔設置

骨架合龍后在拱頂處每根鋼管的頂部開一個孔,外焊鋼管作排氣出漿孔。加勁板焊接骨架鋼管采用周邊焊,焊縫高 12 mm,灌注孔孔徑采用125mm。

上下弦管分別設置壓注頭,下弦管壓注頭設在離拱腳約 7.5m處的鋼管側面,與鋼管軸線呈 30°～50°夾角,上弦管壓注頭設在離拱腳約 2.5m處的鋼管頂部,與軸線的角度同下弦管,壓注頭安裝M 125截止閥,出渣孔設在拱座上鋼管最低點,采用 M 70截止閥連接封閉。

4.2 截止閥制作

M 125截止閥自加工而成。將 1.8m的 125mm高壓泵管一分為二,將2 cm厚鋼板分別焊接在管部端頭,中間插入2 cm的截止鋼板,外部采用加強板焊接。

4.3 輸送泵的布設和選型

1)根據(jù)鋼管混凝土對稱同時灌注的原則,每次灌注一根鋼管,則兩端各設一臺輸送泵,同時隨時根據(jù)灌注情況計劃好備用車泵。為減少垂直高度和彎管引起泵送壓力損失,連接輸送管時盡可能的考慮減少彎管。

2)輸送泵的額定泵送能力應不小于灌注速率或?qū)嶋H混凝土供應量的 2倍。輸送泵的額定壓力須滿足最大泵送壓力,即靜壓力和泵送壓力疊加之和。輸送泵的額定揚程應大于 1.5倍的灌注頂面高度,本橋要求輸送泵的額定揚程大于 100m。

3)根據(jù)流體力學能量方程ΔP=γh+∑p,∑p為各種壓力損失總和,可知,輸送泵采用SANY-SY 5122THB90-18泵送混凝土壓力18MPa,水平輸送距離1 200m,高程320m。

4.4 真空泵選擇

鋼管拱灌注單根管弦最大容積 120m3,一臺真空設備同時對于南北兩岸拱肋進行抽真空,因此選擇設備考慮實際情況選擇SZ-2型水環(huán)式真空泵,排氣速率2m3/min,配用功率 4 kW,極限真空度0.04MPa。

4.5 真空輔助鋼管混凝土灌注

鋼管混凝土拱橋鋼管內(nèi)的混凝土采用真空輔助高壓泵送頂升法,采用混凝土輸送泵將混凝土從低處往高處頂升,鋼管內(nèi)混凝土的灌注采用泵送頂升壓注法,利用輸送泵的壓力,在拱腳開壓注口,在拱頂開出漿孔,將沿鋼管從下往上一次壓注完成,保證連續(xù)和均勻。同時在泵送過程中頂部排氣孔抽真空,詳見圖 2。南北拱肋同時從拱腳對稱向拱頂灌注。灌注下一批量混凝土時,前一批混凝土強度要求達到 90%。

施工控制要點:1)為潤滑管壁,減少泵送過程中混凝土和管壁的摩擦力,應在泵送混凝土之前,先用水泥漿沖洗鋼管內(nèi)壁。2)真空泵拱頂抽真空,使真空度達到-0.08MPa～-0.06 MPa,并保持穩(wěn)定。3)啟動灌注混凝土泵,進行混凝土泵送頂升灌注,在灌注過程中嚴格控制泵送混凝土對稱性和連續(xù)性。4)泵送頂升灌注混凝土過程中,真空泵保持連續(xù)工作。5)待泵送混凝土快達到鋼管出漿口頂部時,撤離真空輔助設備。6)灌注泵繼續(xù)工作,待混凝土在出漿口冒漿1.5m,維持2min。7)先灌注端閥門后關閉灌注泵,完成混凝土頂升真空輔助灌注。8)拆卸外接管路、附件、清洗設備及閥泵;完成灌注后,必須將所有水泥漿、混凝土的設備清洗干凈。9)灌注完畢后,用孔眼的水管進行鋼管管壁養(yǎng)護。

4.6 混凝土灌注過程中的監(jiān)控

拱肋混凝土灌注過程中進行全過程監(jiān)測監(jiān)控,懸在鋼管拱的L/2,L/4,L/8處設測點,共布設 9個測點,監(jiān)控拱軸線形變化和拱肋截面應力。鋼管拱混凝土灌注過程中用體外敲擊法檢測,灌注完成后用超聲波進行檢測。

4.7 質(zhì)量控制

1)加強測量的精度控制與復核,確保鋼管拱拱肋線形符合設計要求,混凝土灌注完畢后,拱肋線形的標高偏位 ±3mm。2)真空泵要連續(xù)穩(wěn)定抽真空,待微膨脹混凝土快到拱頂部時(敲擊法確定),撤除真空設備,確保管內(nèi)混凝土不能出現(xiàn)斷縫、空洞,管內(nèi)混凝土不能與管壁分離、脫粘。3)單條(上弦管或下弦管)鋼管拱的混凝土灌注完成時間,不得超過第一盤鋼管混凝土的初凝時間,混凝土必須連續(xù)灌注。4)同一拱圈必須待下弦的鋼管拱混凝土達到設計強度的90%以上后,方可灌注上弦鋼管混凝土。

5 結語

1)通過工藝性試驗表明:C50微膨脹混凝土具有低氣泡,大流動性,收縮補償密實性良好等工作性能,真空度控制在-0.08 MPa～-0.06 MPa之間,真空輔助泵送頂升工藝能保證微膨脹混凝土的灌注質(zhì)量。2)在實際施工中采用真空度-0.08MPa～-0.06MPa的真空輔助高壓泵送頂升施工工藝,對大直徑、大體積鋼管進行抽真空灌注混凝土施工,保證了大體積、大直徑、大跨度鋼管拱的密實度和密貼度。3)采用真空輔助工藝,極大的降低了鋼管混凝土泵送的阻力,提高了工效,整個施工過程比傳統(tǒng)單一高壓泵送施工節(jié)約時間50%。

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