中承式鋼管混凝土拱橋拱肋內(nèi)混凝土澆注質(zhì)量控制

謝光雄

摘要： 中承式鋼管混凝土拱橋以其造型美觀、施工簡便、經(jīng)濟效益好、適應(yīng)性強等優(yōu)點，在現(xiàn)在橋梁建設(shè)中被越來越多的采用。如何確保鋼管拱肋內(nèi)混凝土澆注質(zhì)量是拱橋質(zhì)量控制的重要一環(huán)。本文介紹了頂升法澆注混凝土的一些施工控制措施。

Abstract： Half-through concrete-filled steel tubes arch bridge is widely used in bridge construction because of its beautiful appearance， simple construction， good economic benefit and strong adaptability. How to ensure the quality of concrete pouring in the arch rib of steel pipe is an important part of the quality control of arch bridge. This paper introduces some construction control measures of pouring concrete.

關(guān)鍵詞： 鋼管拱橋；拱肋內(nèi)混凝土；混凝土澆注質(zhì)量控制

Key words： steel pipe arch bridge；concrete in arch rib；quality control of concrete pouring

中圖分類號：U445.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）15-0114-03

0 引言

隨著我國科學(xué)技術(shù)和交通運輸水平的不斷提高以及建筑水平的不斷發(fā)展，橋梁向著大跨徑、高承載力、工廠化等方向發(fā)展，作為新生代的中承式鋼管混凝土拱橋以其造型美觀、輕巧大方、強度高、施工簡便、經(jīng)濟效益好、適應(yīng)性強等優(yōu)點，越來越多地受到社會的青睞，本文可為中承式鋼管混凝土拱橋拱肋內(nèi)混凝土澆注施工提供借鑒。

1 工程概況

平果右江大橋為中承式鋼管混凝土拱肋，拱橋計算跨徑為136m，矢高27.2m，矢跨比1/5。主拱采用中承式等截面懸鏈線鋼管混凝土拱，拱軸系數(shù)為1.8。橋面結(jié)構(gòu)跨度為（7.4+7.5+11.1+11×8+11.1+7.5+7.4）m。拱肋斷面采用啞鈴形，高為1.5m，由上下兩根直徑為600mm的鋼管組成，上下鋼管之間為42cm高腹板。管內(nèi)及腹板內(nèi)灌注C50微膨脹混凝土。

拱肋之間設(shè)置四道“一”字形橫撐、八道“K”形撐及兩道“米”形撐。每道橫向聯(lián)接桁架分上下兩層，分別與上下層鋼管相連。直管采用Φ400×12mm鋼管，斜管采用Φ300×10mm鋼管，鋼管間焊接好，在Φ400和Φ300鋼管的接頭段，Φ400鋼管內(nèi)部采用鋼環(huán)進(jìn)行加強，以減小變形附加應(yīng)力。

2 總體施工方案

根據(jù)設(shè)計，鋼管拱肋上下弦管及腹板內(nèi)灌注C50微膨脹混凝土，共計192.8m3。灌注時間選擇在一天中最低氣溫時段進(jìn)行，拱肋鋼管混凝土分三次灌注完成，其灌注順序為：先灌注拱肋下弦管混凝土（待第一次灌注混凝土達(dá)到設(shè)計強度80%后）→灌注拱肋上弦管混凝土（待第二次灌注混凝土達(dá)到設(shè)計強度80%后）→灌注拱肋腹板混凝土。

采用泵送頂升法對稱施工，從拱腳至拱頂一次澆注，施工步驟：施工準(zhǔn)備→壓清水對輸送泵管進(jìn)行清洗→泵送高標(biāo)號砂漿→從拱腳至拱頂對稱泵送混凝土→從拱頂排漿孔抽插混凝土浮漿→關(guān)閉逆止閥→清洗泵管和拱肋鋼管表面→鋼管表面保溫養(yǎng)護(hù)。

3 混凝土配合比的選定

3.1 混凝土性能指標(biāo)

管內(nèi)混凝土泵送施工難度大、技術(shù)性能要求高。具體性能指標(biāo)如下：①有良好的可泵性，即坍落度適度、和易性好、不泌水、不離析、自密實，坍落度經(jīng)時損失小，3小時坍落度損失小于3cm。②工作性能重要指標(biāo)。相對濕度60±5%，溫度28℃以下，初凝時間≥16h，終凝時間18～22h，新拌砼坍落度值≥22cm。③混凝土力學(xué)性能：設(shè)計強度fcu，k≥50MPa，3d齡期宜達(dá)到80%，不小于設(shè)計強度的70%即35MPa，28d齡期達(dá)到100%設(shè)計強度。④補償收縮性，密閉環(huán)境下砼穩(wěn)定收斂期在56d以內(nèi)，砼自由膨脹率為22～24；自應(yīng)力值為0.4～0.8MPa；膨脹量控制在1.5×10-4～3.5×10-4之間。

3.2 混凝土比選要求

混凝土最大水膠比0.36，最小膠凝材料用量360kg/m3。

①摻加高效減水劑及保塑劑。要求選用具有高效的減水、保塑、緩凝的聚羧酸減水劑，減水率應(yīng)在25%以上，含氣量應(yīng)小于2.5%，具有非引氣性能。

②摻加磨細(xì)摻合料。要求采用一級粉煤灰。

③控制強度和膨脹之間的平衡關(guān)系。為了減小砼收縮產(chǎn)生的不良后果，選定配合比時摻入適量的膨脹劑，最大限度降低砼水泥用量和用水量，降低其水化熱。選擇膨脹劑應(yīng)考慮對混凝土后期強度及質(zhì)量無損害，與所用水泥適應(yīng)性較好的，對砼工作性能影響小且膨脹性能穩(wěn)定，限制膨脹率水中大于0.05%，空氣中（溫度20±2）℃，相對濕度（60±5%）21d大于0。膨脹劑摻入量不宜大于15%，不宜小于10%，微膨脹混凝土水中養(yǎng)護(hù)14天的最小限制膨脹率≥2.5×10-4，隨后放在恒溫室養(yǎng)護(hù)28天的最大干縮率≤4.0×10-4。

④粗、細(xì)骨料選擇。粗骨料：粒度5～20mm連續(xù)級配碎石，壓碎指標(biāo)值<10%，針片狀指標(biāo)值<10%。細(xì)骨料：中砂，細(xì)度模量2.6～4.0，含泥量<1.0%，宜選用河砂。

⑤水泥的選擇。水泥使用要求達(dá)到ISO9000質(zhì)量認(rèn)證的品牌，并在國家重點工程中達(dá)到免檢的產(chǎn)品。宜選用525R早強型水泥，水泥的含堿量不宜超過0.6%。

配合比的選定，根據(jù)本地地材情況，請攪拌站實驗室技術(shù)人員和我方相關(guān)人員成立專題組，按照以上要求和相關(guān)規(guī)范，多次選配優(yōu)化，保證其工作性能、力學(xué)性能、體積穩(wěn)定性能及外加劑性能均達(dá)到鋼管混凝土規(guī)范要求，最后確定并出正式的選定報告，并按203m3混凝土備料。

4 施工方法及控制要點

4.1 工藝方法及要點

①泵送設(shè)備選擇。根據(jù)本工程特點，在橋兩端各設(shè)置2臺HBT-90型高壓輸送泵，輸送泵的泵壓一般在9MPa左右，不超過16MPa，防止爆管；另外考慮設(shè)備故障等綜合因素，橋兩端各備用一臺輸送泵?？偣策x用6臺HBT-90型高壓輸送泵作為泵送機械，其中2臺（橋南、橋北各1臺）作為備用。

②混凝土運輸配備。由平果縣強生混凝土有限公司提供9輛10m3混凝土罐車，橋北4臺，橋南4臺，1臺備用，施工時根據(jù)實際情況做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，以確?；炷凉嘧⒌倪B續(xù)性。

③混凝土攪拌設(shè)備。由平果縣強生混凝土有限公司提供。在開始攪拌前，要求強生混凝土有限公司對所有的設(shè)備進(jìn)行檢驗調(diào)試，經(jīng)檢驗調(diào)試合格后才能進(jìn)行施工。

若遇高溫天氣，鋼管溫度高于30℃時，給鋼管拱肋降溫淋水（2臺抽水泵），并隨時對混凝土從排氣孔、冒漿孔流出時，進(jìn)行鋼管拱肋清洗。

④泵管的布置及注漿孔、排氣孔、冒漿孔的設(shè)置。泵管選用直徑為150mm高壓管，在管道鋪設(shè)時要確保管道的穩(wěn)定性，并應(yīng)盡可能使管道順直，在泵管正式對接前，要仔細(xì)檢查管道內(nèi)是否清潔，接頭及密封圈的完好程度，以防止在泵送時發(fā)作阻塞、爆管和走漏現(xiàn)象，接好管后，對每個接頭都要進(jìn)行復(fù)查，確保接口的緊密性，防止在頂升進(jìn)程中出現(xiàn)脫管現(xiàn)象。

另外，需要在現(xiàn)場準(zhǔn)備一定數(shù)量的泵管、彎頭和密封圈以做備用，對備用設(shè)備的替換工作事先做模擬演習(xí)，做到心中有數(shù)熟練掌握。泵管鋪設(shè)好以后，泵管上不得放重物，任何人不得在泵管上走行。

此處地面比拱腳處高約5m，混凝土泵送時會存在離析，因此我們在離拱腳5m處開設(shè)壓漿孔，并在壓漿孔處設(shè)置法蘭和逆止閥，壓漿管和備用的壓漿孔為Φ150×10×700mm鋼管。

為了保證澆注的順利進(jìn)行，從拱腳壓漿孔開始到拱頂每隔20m設(shè)置一處排氣孔（間距可調(diào)整），設(shè)置的排氣孔采用Φ30×100mm鋼管，在拱頂設(shè)置Φ110×4×1500mm的冒漿鋼管2根同時兼作排氣管。（圖1）

⑤泵管水密試驗及管內(nèi)廢渣清除。在正式泵送混凝土之前，先進(jìn)行水密試驗，用輸送泵泵送清水，檢查管道是否存在漏氣現(xiàn)象。再從拱頂?shù)呐艢夤芴幾⑷肭逅瑢摴軆?nèi)的廢渣清走，從拱腳處的排渣孔排出（拱腳鋼管封閉時預(yù)留一直徑10cm的圓孔做為排渣孔），完成以后封閉排渣孔道。

⑥送砂漿。完成上步工作后，開始泵送高標(biāo)號砂漿濕潤泵管，其主要作用是濕潤管道減小后面的混凝土泵送阻力，值得注意的是，管內(nèi)的砂漿必須全部排出去。

⑦泵送C50微膨脹混凝土。壓注時間宜選擇一天中溫度較低時段進(jìn)行，一般選在溫度適中的某天清晨或傍晚（施工前關(guān)注天氣預(yù)報），澆注從兩側(cè)拱腳注漿孔處對稱連續(xù)壓注，并要求在初次拌制的混凝土初凝前全部完成。

1）混凝土拌制時應(yīng)嚴(yán)格按照試驗配合比準(zhǔn)確計量，每盤凈拌時間不少于2.5min。2）混凝土坍落度控制在22～24cm，擴散度420～620mm，且無離析、泌水現(xiàn)象，嚴(yán)禁出現(xiàn)向罐車內(nèi)加水現(xiàn)象；各種參數(shù)嚴(yán)格按照前面有關(guān)數(shù)據(jù)，對于有問題的混凝土，不得使用。3）施工時準(zhǔn)備好土工布、抽水泵及水管等，土工布鋪設(shè)在鋼管拱上，施工時注意測量鋼管表面溫度，如果溫度過高，需要采取灑水降溫措施。4）拱肋混凝土壓注時，由拱腳至拱頂壓注，無需振搗（當(dāng)拱頂排漿孔有漿排出時，用人工配合竹竿等在排漿孔抽插），剛開始泵送時，采取低速壓送狀態(tài)，并觀察各種情況，當(dāng)壓送平穩(wěn)順利后，可按正常壓送速度。5）泵送混凝土的壓注應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，不得停泵（混凝土供應(yīng)要及時），原則上不得中斷。6）當(dāng)遇到混凝土壓注困難，泵壓升高時，要多方面查找原因，不可強制壓送，重點是對管路進(jìn)行排查，必要時使泵反轉(zhuǎn)，以防出現(xiàn)堵塞。當(dāng)出現(xiàn)堵塞時，可以用木槌敲擊管路來查找堵塞的地方，并要立即關(guān)閉防回流截止閥，等待混凝土泵卸壓，再拆開堵塞管段，取出堵管的雜物，確認(rèn)所有的管道無堵塞后重新接管，恢復(fù)壓送混凝土?xí)r，應(yīng)注意打開前面關(guān)閉的防回流截止閥再重新泵送。7）料斗內(nèi)應(yīng)先裝滿混凝土，再進(jìn)行壓送混凝土，壓送過程中如果吸入空氣影響質(zhì)量時，應(yīng)立即進(jìn)行反泵，把混凝土抽回到料斗內(nèi)，去除空氣后正轉(zhuǎn)。8）泵送時，嚴(yán)格按照對稱原則的施工要求，防止出現(xiàn)有一邊上升太快引起拱肋縱向震動等問題。一般通過混凝土的量以及敲擊檢查來進(jìn)行判斷，管內(nèi)混凝土兩端的高度差一般不得超過1m。施工時兩端的聯(lián)系用對講機進(jìn)行，隨時保持聯(lián)系。9）當(dāng)泵送至拱頂排漿孔有漿冒出來時，要放慢泵送的速度，并采取人工使用竹竿在排漿孔抽插，將氣體和浮漿排出，直到有和注漿孔處混凝土濃度一致的混凝土溢出時為止，然后穩(wěn)壓，關(guān)閉止回閥，停止泵送，清洗泵管和拱肋鋼管表面等。10）在混凝土強度達(dá)到設(shè)計值80%前，視天氣情況每隔2～3小時對鋼管表面進(jìn)行一次澆水。

4.2 施工關(guān)鍵控制點

①鋼管混凝土灌注必須連續(xù)進(jìn)行，不得中斷。

②灌注混凝土?xí)r要求兩頭對稱進(jìn)行，隨時檢查管內(nèi)混凝土兩頭的高度差，灌注時注意觀察泵的壓力和揚程，泵壓控制在16MPa以下。

③拱肋鋼管泵送時，需確保管內(nèi)混凝土初凝前完成。

④鋼管內(nèi)混凝土達(dá)到設(shè)計的強度值50%以上時，可對鋼管上的灌注孔、排氣孔進(jìn)行拆卸，所有的孔應(yīng)當(dāng)用原來切割下來的鋼板焊接封閉，切割或焊接時，需做好降溫處理，以避免燒傷混凝土，封閉孔時應(yīng)平整光滑，不得突出和漏焊。

⑤待鋼管內(nèi)混凝土達(dá)到設(shè)計強度80%后，檢查鋼管混凝土的密實性以及管內(nèi)混凝土澆筑質(zhì)量，一般采用超聲法檢測。

5 質(zhì)量保證措施

①樹立“質(zhì)量就是生命”的思想，加強培訓(xùn)教育，嚴(yán)格按照施工方案進(jìn)行施工，施工前做好相關(guān)交底培訓(xùn)工作，嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)。②建立質(zhì)量保證體系：建立分公司、分項目部、施工班組三級管理體系，層層把關(guān)，嚴(yán)格問責(zé)制度。③施工前要對鋼管拱及加固情況、施工的機械、設(shè)備、管道鋪設(shè)等進(jìn)行全面檢查，確保泵送施工的連續(xù)性。④根據(jù)實驗確定的配合比控制各組成材料，施工時做好混凝土坍落度測試，按規(guī)定做好試件。⑤壓注時，兩頭派2人專門檢查管道及支架情況，隨時檢查管內(nèi)混凝土兩頭的高度差，確保兩側(cè)對稱施工。派1名質(zhì)檢人員檢查砼密實情況，出現(xiàn)問題及時作相應(yīng)處理。⑥施工時，技術(shù)測量人員加強對鋼管拱的變形監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)異常情況應(yīng)及時通知并采取相應(yīng)處理，如有必要暫停施工，進(jìn)行加固。⑦通過試件測得砼強度達(dá)到設(shè)計值80%后，采用超聲法對混凝土的密實行進(jìn)行檢驗，如有缺陷應(yīng)及時的進(jìn)行處理。

6 結(jié)束語

中承式鋼管混凝土拱橋是一種美觀、經(jīng)濟、環(huán)保的橋梁，也是一種施工要求較高的橋梁。如何控制拱肋內(nèi)混凝土澆注質(zhì)量是其質(zhì)量控制中一個重要環(huán)節(jié)，需要引起高度重視，希望本文能為以后此類施工提供借鑒。

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