劉軍其,王也楓,高平原
(中交一航局第一工程有限公司,天津 300456)
鋼管混凝土拱橋受力合理,造型優(yōu)美,架設(shè)方便,適應(yīng)性廣,近20 a在我國應(yīng)用廣泛,但對管內(nèi)混凝土施工技術(shù)的研究還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足。本文結(jié)合工程建設(shè)實(shí)例對鋼管混凝土拱橋管內(nèi)混凝土的施工進(jìn)行探討。
營口仙人島標(biāo)志性景觀工程為擬建原油碼頭的接岸棧橋。該工程為重力墩臺(tái)式沉箱結(jié)構(gòu),棧橋墩臺(tái)之間由雙幅108m跨度鋼管混凝土拱橋連接,共計(jì)16榀,全長960 m。單幅橋面寬14.54m,高18.167m,采用下承式鋼管混凝土系桿拱橋結(jié)構(gòu)。單片拱肋采用雙肢式斷面,由弦管和腹桿焊接而成。拱肋弦管外徑900 mm,上弦管弧長114.44m,距橋面18.167m,下弦管弧長105.918m,距橋面高16.167m,上、下弦管軸線間距2.0m,單榀拱橋4根弦管內(nèi)灌注混凝土256m3。單片拱肋間設(shè)置橫撐及K撐以增大橫向剛度,橫撐及K撐由主桿和腹桿焊接而成。橋面系由系桿、縱梁、橫梁及聯(lián)接系組成。吊索為柔性,采用帶有雙層PE護(hù)套的鍍鋅高強(qiáng)鋼絲,頂端配備可張拉冷鑄錨具,底端為吊鉸,上下還可以有些微緊縮功能。行車道部分為鋼筋混凝土橋面,管線帶鋪設(shè)鋼格板。
棧橋總體布置效果如圖1所示。
圖1 棧橋總體布置效果
鋼管混凝土拱橋管內(nèi)混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級為C60,彈性模量≥3.8×104MPa,早期強(qiáng)度>85%設(shè)計(jì)強(qiáng)度。
管內(nèi)混凝土工作性能要求:
1)坍落度180~220mm,擴(kuò)散度420~620mm;
2)坍落度2 h損失量≤30mm;
3)混凝土初凝時(shí)間≥8 h;
4)混凝土在水中28 d膨脹率達(dá)到(2~6)×10-4;
5)混凝土拌合物含氣量≤2%;
6)混凝土相對壓力泌水率≤35%。
選擇優(yōu)質(zhì)原材料進(jìn)行管內(nèi)混凝土配合比設(shè)計(jì)[1],通過考察遼寧地區(qū)各種原材料,并經(jīng)試驗(yàn),選用大連水泥廠52.5R普通硅酸鹽水泥,營口展鵬Ⅰ級硅粉,細(xì)度模量>2.3的歸州河砂,最大粒徑<25mm,歸州石場碎石,沈陽萬砼WT(固)膨脹劑,天津豹鳴UBM-1(固)高效減水劑進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)。各種原材料均符合“水運(yùn)工程混凝土質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)”的要求。
根據(jù)原材料試驗(yàn)數(shù)據(jù)及以往混凝土配合比經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)室試拌及試塊制作,最終選定混凝土配合比如表1所示。
表1 混凝土配合比
采用現(xiàn)場附近攪拌站供混凝土,從岸邊向海側(cè)推進(jìn)。每榀鋼管混凝土拱橋管內(nèi)混凝土按照先下弦管后上弦管的順序灌注,灌注時(shí)利用混凝土輸送泵將混凝土從鋼管拱橋南北兩端的拱腳壓入,保持同步倒灌頂升泵送,直到拱橋頂?shù)某鰵夤芸诿俺龌炷翞橹埂?/p>
管內(nèi)混凝土[2]施工流程為:
施工準(zhǔn)備→開設(shè)灌注孔與出氣孔→布設(shè)輸灰管道和輸送泵→灌注管內(nèi)混凝土→清洗設(shè)備及封堵灌注孔、出氣孔。
備足混凝土原材料并進(jìn)行檢驗(yàn),選擇3臺(tái)泵送能力50 m3/h,出口壓力為16MPa的HBT-80高壓固定式混凝土輸送泵,設(shè)置1座攪拌能力為90m3/h拌合站;配備4臺(tái)6 m3混凝土罐車。
在每根弦管兩端拱腳距橋面1.2m處 (根據(jù)高壓固定式混凝土輸送泵高度設(shè)定)各開設(shè)一個(gè)直徑125mm灌注孔,灌注孔與弦管軸線夾角小于30°,以減小泵送阻力,減小對拱管的沖擊。在每根弦管頂部開設(shè)一個(gè)直徑為100 mm的出氣孔。
由于只能單側(cè)供灰,所以在陸側(cè)布置2臺(tái)輸送泵,其中1臺(tái)通過輸灰管道,與弦管灌注孔連接,另1臺(tái)通過輸灰管道與海側(cè)的第3臺(tái)輸送泵速接,同樣第3臺(tái)輸送泵也用輸灰管道與弦管灌注孔相連。
輸灰管道采用直徑125mm的高壓管,其上設(shè)置防回流截止閥,管道沿線路設(shè)置一定數(shù)量的支架,管道盡量少用彎頭。
輸灰管道與輸送泵布置如圖2所示。
圖2 輸灰管道與輸送泵布置
3.4.1 輸灰管道水密試驗(yàn)
關(guān)閉輸灰管道上防回流截止閥,在輸送泵料斗內(nèi)裝清水泵送,檢查輸送泵運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常,輸灰管道是否滲漏。
3.4.2 泵送砂漿
在灌注混凝土前先泵送砂漿濕潤輸灰管道,減少混凝土泵送阻力,注意砂漿不得進(jìn)入弦管內(nèi)。
3.4.3 灌注混凝土
管內(nèi)混凝土采取從弦管南北兩端拱腳處倒灌頂升泵送方法連續(xù)灌注,并在混凝土初凝前完成。
管內(nèi)混凝土施工注意事項(xiàng)為:
1)原材料必須與配合比設(shè)計(jì)相一致,所有原材料進(jìn)場后要進(jìn)行檢驗(yàn),合格后方可使用。
2)原材料按施工配合比準(zhǔn)確計(jì)量,嚴(yán)格控制攪拌時(shí)間,確保攪拌均勻。
3)灌注混凝土開始時(shí)輸送泵應(yīng)處于低速運(yùn)行狀態(tài),并觀察泵的壓力和各部件工作情況,待泵送工作正常后,方可提高泵送速度。泵送混凝土應(yīng)連續(xù)進(jìn)行,盡量避免停泵。當(dāng)混凝土供應(yīng)不足時(shí),宜降低泵送速度。當(dāng)泵壓升高,管道振動(dòng)時(shí),應(yīng)及時(shí)對管路進(jìn)行檢查,并放慢泵送速度或使泵反轉(zhuǎn),以防堵塞。泵送混凝土?xí)r,泵的料斗應(yīng)裝滿混凝土,當(dāng)吸入空氣,應(yīng)立即反轉(zhuǎn)泵將混凝土抽回料斗內(nèi),待去除空氣后改為正轉(zhuǎn)泵送。當(dāng)泵管被堵塞時(shí),可用木棰敲擊管路,關(guān)閉截止閥,停泵卸壓后拆卸阻塞管的管段,取出阻塞的混凝土雜物后接管,打開截止閥再行泵送。
4)嚴(yán)格遵循管內(nèi)混凝土兩邊上升對稱的施工要求,防止一邊上升過快引起弦管縱向振動(dòng),可通過混凝土泵送量及敲擊檢查的結(jié)果等來判斷兩側(cè)管內(nèi)混凝土高差,按不超過1m控制。
當(dāng)出氣孔有混凝土排出時(shí),應(yīng)放慢泵送速度,每泵一下停一下直到純凈混凝土溢出為止(出氣口流出的混凝土濃度與泵送混凝土濃度相同),然后穩(wěn)壓,關(guān)閉截止閥。
清洗拆除輸送泵和輸灰管道,待管內(nèi)混凝土強(qiáng)度達(dá)到80%設(shè)計(jì)強(qiáng)度后可割除弦管上的灌注孔管和出氣孔管,并用原切割孔的鋼板封堵焊接,以防雨水侵入和碳化反應(yīng)。
1)管內(nèi)混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后,天津港灣工程質(zhì)量檢測中心有限公司采用超聲波無損檢測,16榀拱橋聲速均在3594~4182m/s之間,變異系數(shù)均小于3.0%,混凝土均勻性良好,沒有發(fā)現(xiàn)鋼管混凝土拱橋中鋼管壁與鋼管內(nèi)混凝土之間存在“脫黏”的現(xiàn)象[3]。
2)鋼管混凝土拱橋橋面鋼筋混凝土施工完畢達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后,西安長大公路工程檢測中心對整橋進(jìn)行荷載試驗(yàn),其承載能力和工作性能均滿足設(shè)計(jì)要求[3]。
1)鋼管混凝土拱橋內(nèi)混凝土配合比設(shè)計(jì)除對原材料選擇,拌合物坍落度損失量,初凝時(shí)間,微膨脹性等常規(guī)性技術(shù)要求外,還對影響管內(nèi)混凝土硬化體與管壁間黏結(jié)性能的拌合物含氣量、相對壓力泌水率進(jìn)行了控制,實(shí)施效果良好,提高了工程質(zhì)量。
2)每榀拱橋灌注管內(nèi)混凝土?xí)r,按照先兩根下弦管后兩根上弦管的灌注順序,4個(gè)進(jìn)灰口同時(shí)連續(xù)倒灌頂升泵送,均在6 h以內(nèi)完成,提高了施工速度,也達(dá)到了對稱均衡加載的效果。
3)實(shí)踐表明本工程上、下弦管內(nèi)混凝土的施工工藝是成功的,可供參考。但混凝土拌合物含氣量,相對壓力泌水率的合理取值范圍還有待于進(jìn)一步試驗(yàn)研究。
[1] JTS202—2011,水運(yùn)工程混凝土施工規(guī)范[S].
[2] 陳寶春.鋼管混凝土拱橋(2版)[M].北京:北京人民交通出版社,2007.
[3] 李鋒,丁慶軍,陳寶春,等.鋼管混凝土拱橋內(nèi)混凝土品質(zhì)檢驗(yàn)綜述[J].混凝土,2011(9):118-120.