廣珠鐵路虎跳門特大橋鋼管拱頂升施工技術(shù)探討

劉敬

【摘 要】鋼管拱頂升砼施工在鋼管拱橋施工過程中是一項(xiàng)工藝復(fù)雜，設(shè)計(jì)技術(shù)難度較高的分部工程，在國(guó)內(nèi)外的同類施工中，屢屢出現(xiàn)堵管、空洞現(xiàn)象，而這類問題每出現(xiàn)一次，都要進(jìn)行鉆孔、注漿等工作，從而造成工期拖延，給企業(yè)造成不良社會(huì)影響和巨大經(jīng)濟(jì)損失，而砼配合比設(shè)計(jì)尤為關(guān)鍵。廣珠鐵路項(xiàng)目部中心試驗(yàn)室通過大量的試驗(yàn)、研究，取得了很好的實(shí)施效果。

【關(guān)鍵詞】鋼管拱；頂升；配合比；設(shè)計(jì)

1 工程概況

1.1 工程概況

虎跳門特大橋全長(zhǎng)2505m，中心里程為DK154+609.45，主橋采用（120m+240m+120m）連續(xù)鋼構(gòu)-柔性拱組合結(jié)構(gòu)，主橋全長(zhǎng)489.6m，跨越國(guó)家Ⅰ級(jí)航道虎跳門水道。

鋼管拱拱肋矢跨比為1/5，計(jì)算跨度為240m，矢高48m，拱軸線為二次拋物線，每片拱肋采用兩管平行單管提籃內(nèi)傾的三肢桁架拱。

1.2 水文地質(zhì)及氣象特征

虎跳門特大橋位于北回歸線以南，屬熱帶海洋性季風(fēng)氣候。全年氣候溫和，熱量充足，雨量充沛，濕度大，無霜期長(zhǎng)，冬少嚴(yán)寒，夏少酷熱。本區(qū)歷年平均氣溫為21.8℃，1月份平均氣溫13.3℃，7月份平均氣溫28.4℃，歷年極端最高氣溫36.7℃，歷年極端最低氣溫-1.3℃。

1.3 鋼管拱砼頂升施工順序

鋼管拱砼頂升順序我們按照上弦管-下弦管-中弦管的順序進(jìn)行，即上弦管混凝土強(qiáng)度達(dá)到90%時(shí)，頂升下弦管，下弦管混凝土強(qiáng)度達(dá)到90%時(shí)，頂升中弦管。每次頂升混凝土為280m3，每支管每側(cè)頂升混凝土為140 m3。頂升時(shí)由拱腳兩側(cè)同步連續(xù)一次頂升。

2 施工準(zhǔn)備

2.1 砼原材料質(zhì)量控制

（1）水泥：選用江門海螺普通硅酸鹽P·O42.5水泥。經(jīng)檢驗(yàn)符合普通硅酸鹽水泥的技術(shù)要求（GB175-2007）。

（2）礦物摻和料：礦物摻和料選用珠海電廠提拱的Ⅰ級(jí)粉煤灰。經(jīng)檢驗(yàn)符合Ⅰ級(jí)粉煤灰的技術(shù)要求（GB/T1596-2005）。

（3）細(xì)骨料：選用的是江門新會(huì)西江中砂。經(jīng)檢驗(yàn)符合細(xì)骨料的技術(shù)要求（JGJ52-2006）。

（4）粗骨料：由于此次鋼管拱頂升砼的強(qiáng)度等級(jí)為C50，所以粗骨料的最大粒徑不應(yīng)大于25mm。我項(xiàng)目部選用5-19.5mm二級(jí)配、粒形良好、質(zhì)地均勻堅(jiān)固、線膨脹系數(shù)小的潔凈碎石。粗骨料的品質(zhì)要符合規(guī)范中規(guī)定的技術(shù)要求（JGJ52-2006）。

（5）外加劑：采用減水率高、坍落度損失小、適量引氣、能明顯提高砼耐久性且質(zhì)量穩(wěn)定的產(chǎn)品。外加劑與水泥之間應(yīng)有良好的相容性。外加劑應(yīng)滿足外加劑的技術(shù)要求外，還應(yīng)滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土外加劑》的規(guī)定（GB8076）。我項(xiàng)目部試驗(yàn)部門對(duì)進(jìn)場(chǎng)的每批外加劑均按相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的試驗(yàn)項(xiàng)目、試驗(yàn)方法和檢驗(yàn)規(guī)則取樣檢驗(yàn)，均滿足要求。為了更了解外加劑的性能我項(xiàng)目部還專門請(qǐng)來了減水劑廠家的有關(guān)人員針對(duì)我們現(xiàn)場(chǎng)的原材料進(jìn)行試驗(yàn)。我們先專門測(cè)定了減水劑與膨脹劑之間的相溶性以及其與膠凝材料的適應(yīng)性。

（6）拌和用水：采用當(dāng)?shù)鼐?，按相?yīng)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的試驗(yàn)項(xiàng)目、試驗(yàn)方法和檢驗(yàn)規(guī)則進(jìn)行取樣送檢。試驗(yàn)結(jié)果滿足規(guī)范要求。

2.2 砼試拌

施工前由中心試驗(yàn)室在攪拌站進(jìn)行多種配合比、膨脹率等有關(guān)性能測(cè)試，并符合GBJ119-98規(guī)定。試拌時(shí)我們選用江門兆倫石場(chǎng)4.75～19.5mm的碎石，摻配比例按4：6進(jìn)行摻配。理論配合比詳見下表。我們按照此理論配合比進(jìn)行了六次試拌，試拌1和試拌2由于出機(jī)狀態(tài)太差，我們未做詳細(xì)記錄。試拌3：

在以上數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上砂調(diào)為：769kg，砂率為：0.44 %， G1：380 kg，G2：610 kg，用水量：171 kg，水膠比：0.31。出機(jī)后的砼狀態(tài)非常好，無泌水現(xiàn)象，和易性好。坍落度為：265，擴(kuò)展度為：600，含氣量為：6.5，我們并對(duì)試拌3砼進(jìn)行留樣觀察。試拌4：

在以上數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上砂調(diào)為：813kg，砂率為：0.48 %， G1：332 kg，G2：534kg，用水量：167 kg，水膠比：0.30。出機(jī)后的砼有輕微泌水現(xiàn)象，和易性好。坍落度為：265，擴(kuò)展度為：605，含氣量為：6.2，我們并對(duì)試拌4的砼進(jìn)行留樣觀察。試拌5（試拌3與試拌4混合）：

在以上數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上砂調(diào)為：791kg，砂率為：0.46 kg， G1：356 kg，G2：572kg，用水量：169 kg，水膠比：0.31。出機(jī)后的砼無微泌水現(xiàn)象，和易性很好。坍落度為：260，擴(kuò)展度為：600，含氣量為：6.3，我們并對(duì)試拌5的砼進(jìn)行留樣觀察。

下午14：23我們分別對(duì)樣品進(jìn)行對(duì)比：試拌3：無泌水現(xiàn)象，和易性好；試拌4：有少量泌水現(xiàn)象，和易性好；試拌5：無泌水現(xiàn)象，和易性很好。15：30樣品對(duì)比情況：試拌3：無泌水情況，和易性好；試拌4：有少量泌水情況，和易性好；試拌5：無泌水現(xiàn)象，和易性很好。從目前對(duì)比情況我們初步定為試拌5為最合適的配合比。

由于本次鋼管拱砼頂升是一項(xiàng)難度非常大的工作，上級(jí)領(lǐng)導(dǎo)也非常重視。公司檢測(cè)中心派專人來協(xié)助我項(xiàng)目部中心試驗(yàn)室的試配工作。我們以試拌3和試拌5又進(jìn)行了一次試拌并最終確認(rèn)。

試拌3：

試拌5：

這兩次的試拌都不如上次的狀態(tài)好。相比之下，試拌5比試拌3的狀態(tài)好。大家通過仔細(xì)分析，我們認(rèn)為氣溫和石子粒型與混凝土狀態(tài)相關(guān)，所以我們將碎石比例調(diào)整為5：5，再次對(duì)試拌5進(jìn)行試拌。

將碎石比例調(diào)整后拌出的砼狀態(tài)非常好，無泌水現(xiàn)象，和易性非常好。對(duì)試拌5砼進(jìn)行坍落度、擴(kuò)展度、含氣量檢測(cè)均符合要求。通過多次的試配對(duì)比，我們選定試拌5做為鋼管拱頂升砼的最終配合比。經(jīng)過試拌配制的混凝土具有工作性能良好、早強(qiáng)和膨脹密實(shí)的特性，混凝土含氣量為6.3%。膨脹率在2.0×10-4～4.0×10-4之間，初凝時(shí)間為19.5小時(shí)，滿足大于12小時(shí)的設(shè)計(jì)要求。壓力泌水量V10<15ml。

施工前按照選定的配合比，再次在攪拌站提前進(jìn)行試拌，檢查拌出的砼流動(dòng)性、初凝時(shí)間、坍落度、終凝時(shí)間均能滿足原配合比要求的出機(jī)坍落度230～270mm，初凝時(shí)間為18小時(shí)。

3 施工中的注意事項(xiàng)

3.1 攪拌機(jī)

為了確保能連續(xù)供應(yīng)混凝土，項(xiàng)目部定為兩臺(tái)設(shè)備同時(shí)工作。為避免在正式施工時(shí)設(shè)備出現(xiàn)故障，我們?cè)俅握?qǐng)廣東省珠海市質(zhì)量計(jì)量監(jiān)督檢測(cè)所的檢測(cè)人員對(duì)所有設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)。

3.2 砼灌車

砼運(yùn)輸設(shè)備的運(yùn)輸能力應(yīng)適應(yīng)砼凝結(jié)速度和和澆筑速度的需要，保證澆筑過程連續(xù)進(jìn)行，運(yùn)輸過程中，應(yīng)確保砼不發(fā)生離析、漏漿、泌水及坍落度損失過多等現(xiàn)象。運(yùn)至澆筑地點(diǎn)的砼應(yīng)仍保持均勻性和良好的拌和物性能。根據(jù)運(yùn)輸路程我們選擇用8輛灌車，其中兩輛灌車做為備用。在運(yùn)輸過程中灌車要保證以2～4r/min的轉(zhuǎn)速攪動(dòng)。當(dāng)灌車到達(dá)澆筑現(xiàn)場(chǎng)時(shí)要高速旋轉(zhuǎn)30～60s后再將砼拌和物喂入泵車料斗中。

3.3 輸送泵

輸送泵的額定泵送能力應(yīng)不小于灌注速率或?qū)嶋H砼供應(yīng)量的2倍；額定壓力要滿足最大泵送壓力；額定揚(yáng)程應(yīng)大于1.5倍的灌注頂面高度，本橋要求輸送泵的額定揚(yáng)程大于100m。根據(jù)實(shí)際情況我項(xiàng)目部選擇3臺(tái)理論砼輸送能力為18MPa，最大泵送距離1000m，最大輸送高度200m的三一HBT60c-1416拖式砼輸送泵，其中1臺(tái)備用，另2臺(tái)分別布置在33#和34#墩橋面上。3臺(tái)汽車泵，其中1臺(tái)備用，另2臺(tái)分別布置在33#和34#墩下。施工時(shí)由汽車泵先輸送到地泵，然后進(jìn)行頂升。砼應(yīng)連續(xù)泵送，避免停泵。當(dāng)砼供應(yīng)不足時(shí)，應(yīng)降低泵送速度，以避免停泵而引起泵管堵塞。為防止砼假凝引起堵管，每隔2～3min抽動(dòng)一下泵的活塞。

3.4 降溫

頂升灌注砼時(shí)正處于8月份，溫度較高，我項(xiàng)目部采用在水池中提前加冰降溫。施工盡可能避開一天中的最高氣溫。

4 鋼管拱砼頂升施工

4.1 鋼管拱砼灌注

鋼管拱采用中心試驗(yàn)室確定的C50微膨脹砼，配合比編號(hào)為PHB-C50-F。該砼應(yīng)具備和易性好、可泵性好、無泌水現(xiàn)象。砼泵送過程中，設(shè)專業(yè)質(zhì)檢人員用敲擊法判斷管內(nèi)砼的填充情況，如有空隙應(yīng)及時(shí)用體外加振法解決。在施工過程中要嚴(yán)格控制按照灌注順序進(jìn)行施工。

拱肋砼的灌注順序?yàn)橄裙嘧蝹?cè)上弦管，待灌注完后灌注另一側(cè)上弦管，待達(dá)到齡期或強(qiáng)度指標(biāo)后按照同樣次序依次灌注下弦管，最后灌注中弦管；管內(nèi)砼要求每根管一次泵送到頂；澆注前宜壓入少量的清水，濕潤(rùn)管壁，再壓入2 m3的砼以填充注漿孔以下部分的弦管，接著在加入2 m3的水泥砂漿（與砼配比相同，不摻粗骨料）作為先導(dǎo)，以有助于排除氣泡，然后再連續(xù)抽真空壓注微膨脹砼；在砼的灌注過程中我項(xiàng)目部分別在33#、34#墩派試驗(yàn)人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)盯控，并對(duì)砼進(jìn)行取樣。每車砼都要做坍落度、和易性檢驗(yàn)，要確保泵送前砼的坍落度控制在200mm～240mm以內(nèi)及保證混凝土和易性、可泵性和自密實(shí)性良好。需待已灌注砼的強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的90%后，方可灌注下一環(huán)的砼。

4.2 泵送清水與水泥砂漿

清水必須濕潤(rùn)所有的輸送泵管。檢查輸送泵工作情況是否正常、輸送管道有無滲漏。同時(shí)沖洗鋼管內(nèi)壁，清理焊渣和其他雜質(zhì)。清水泵送完畢后，泵送水泥砂漿，進(jìn)行潤(rùn)滑泵送管道，減小泵送過程砼和管壁之間的摩擦力。

4.3 真空輔助施工

啟動(dòng)真空泵抽真空，使真空度達(dá)到0.06MPa～0.1MPa并保持穩(wěn)定。然后啟動(dòng)灌注砼泵，進(jìn)行砼泵送頂升灌注，在灌注過程中嚴(yán)格控制泵送砼質(zhì)量和速度。在泵送頂升砼過程中，真空泵要保持連續(xù)工作，待泵送砼快達(dá)到鋼管出漿口頂部時(shí)，撤離真空輔助設(shè)備。灌注泵繼續(xù)工作，待砼在出漿口冒漿（出漿口高1.5m），并且維持2min。關(guān)閉灌注泵及灌注端閥門，完成砼頂升真空輔助灌注。完成灌注后拆卸外接管路、附件等，必須將所有水泥漿、砼的設(shè)備清洗干凈。

5 結(jié)束語

通過現(xiàn)場(chǎng)全體施工人員的積極努力，在施工過程中，沒有出現(xiàn)任何問題，使得鋼管拱砼頂升工作順利進(jìn)行，避免了不必要的巨大經(jīng)濟(jì)損失，為企業(yè)贏得了良好的社會(huì)信譽(yù)。

[責(zé)任編輯：薛俊歌]