花山大橋鋼混結(jié)合段施工質(zhì)量研究

李 昂 薛鵬龍 劉厚軍 李 雁 雷宏軍 朱 闊 王 俊 萬 里

1. 南京市城市建設(shè)（控股）有限公司 江蘇 南京 210037；

2. 南京工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院 江蘇 南京 211816；3. 中鐵大橋勘測設(shè)計院集團有限公司 湖北 武漢 430050

橋梁的鋼混結(jié)合段一直以來都是困擾橋梁施工的重要問題，國內(nèi)外許多人員對于不同橋梁的鋼混結(jié)合段進行了研究，但目前施工過程中可能存在的缺陷問題還未能得到很好的解決。

施一春[1]研究了安徽省亳州市渦陽縣的渦河三橋，該橋的主塔形狀為水滴形，是鋼混組合塔獨塔斜拉橋，與本文花山大橋的結(jié)構(gòu)形式類似，重點研究了鋼混段的受力特性。雍海鴿[2]以山水1號斜拉橋為工程背景，分析不同工況下鋼橋塔的受力情況，并對墩塔結(jié)合部的鋼混段進行局部應(yīng)力分析和參數(shù)研究。程旭東[3]以肇慶市閱江大橋為工程背景，研究了斜拉橋鋼混橋塔的溫度場及溫度效應(yīng)，同時，建議進行水化熱溫度的預(yù)估計算，以便更好地指導(dǎo)施工。陳克軍等[4]以馬尾大橋跨江段橋梁工程主橋主跨跨中采用鋼箱梁為背景，從橋面吊機、設(shè)計與改造施工、鋼梁的吊裝與調(diào)位、鋼混段的澆筑施工等方面進行全面研究。蘇從輝等[5]以池州長江公路大橋為背景，對主跨828 m的雙塔雙索面非對稱混合梁斜拉橋主梁的施工吊裝和鋼混結(jié)合段施工進行了研究。宋書玉[6]以石首長江公路大橋工程中的主橋鋼混結(jié)合段施工項目為例，進行鋼混段澆筑質(zhì)量的研究，旨在提升混合梁斜拉橋工程的施工質(zhì)量。吳晨等[7]在鋼套管灌漿結(jié)合件中研究了灌漿不足會產(chǎn)生的影響以及鋯鈦酸鉛（PZT）套管灌漿密實度檢測方法。閆石等[8]提出了一種基于智能骨料的鋼管混凝土柱密實度檢測方法。

本文以花山大橋為例，對鋼混結(jié)合段混凝土密實度的施工監(jiān)測技術(shù)進行研究。

1 工程概況

花山大橋項目位于南京市高淳市環(huán)湖線，如圖1所示?；ㄉ酱髽蛑魉捎眯笨渴健靶摹毙喂八煨停八叨冗_83.2 m，由42段鋼結(jié)構(gòu)拼接而成，在空中形成一個弧形，大橋全長2.22 km，其中主橋部分250 m，在上拱塔和下拱圈分別有4個鋼混結(jié)合段，如圖1（b）所示?；炷两Y(jié)構(gòu)段在水面以下，鋼結(jié)構(gòu)部分在水面以上。該部分是整個橋塔的核心，上部主塔的所有力將通過這部分傳遞到下部的橋墩及基礎(chǔ)。

圖1 花山大橋總覽和鋼混結(jié)合段部位

2 施工難點

以典型的GH1鋼混段為例，如圖2所示。上拱塔鋼混結(jié)合段頂端稍微高出主梁頂面，底端基本與主梁底面平齊，且鋼結(jié)構(gòu)部分底端在水平面上，以達到較好的景觀效果。上拱塔鋼混結(jié)合面位置處設(shè)置承壓板，承壓板厚60 mm。承壓板以上壁板厚32 mm，采用厚24 mm的板肋加勁，加勁肋與承壓板頂緊焊接，以擴散鋼塔壁傳至混凝土面的壓應(yīng)力。承壓板以下壁板厚32 mm，不設(shè)加勁肋，套在混凝土塔柱端的外側(cè)，在其內(nèi)側(cè)焊接抗剪栓釘，使鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)結(jié)合成為整體，剪力釘直徑22 mm，高200 mm。承壓面上的構(gòu)造則較為復(fù)雜，斷面四周布置預(yù)應(yīng)力鋼絞線，以抵抗主塔的縱、橫向彎矩。簡而言之，即在下部設(shè)置一個鋼箱，在其中灌滿混凝土，并結(jié)合上部橋塔結(jié)構(gòu)。

由圖2構(gòu)造可知，鋼混結(jié)合段中既有各種類型的隔板，也有大量的剪力釘，以實現(xiàn)下部混凝土結(jié)構(gòu)與鋼結(jié)構(gòu)之間的力學(xué)過渡，鋼結(jié)構(gòu)與混凝土之間的密實性將是整個力學(xué)過渡能否實現(xiàn)的關(guān)鍵因素。原施工方案中，擬采用自密實混凝土、設(shè)置排氣孔等方法解決這一施工問題，但因現(xiàn)場情況復(fù)雜，可能造成質(zhì)量隱患，需結(jié)合現(xiàn)場實際情況進行調(diào)整。

圖2 花山大橋GH1鋼混段實物

3 關(guān)鍵施工技術(shù)

3.1 鋼混段原施工方案

在施工設(shè)計階段，混凝土澆筑方案是在鋼混段的鋼箱部分預(yù)留了灌注孔和排氣孔，如圖3所示。

圖3 鋼混段GH1灌注孔和排氣孔

根據(jù)原施工方案，混凝土澆筑主要分為2個階段：首先利用灌注孔向鋼混結(jié)合段內(nèi)灌注自密實混凝土；待自密實混凝土澆筑到灌注孔下沿后，封閉灌注孔，再利用鋼混段的注漿孔和排氣孔進行注漿，以期將無法直接灌注的部分用高強砂漿填充。

實際在安裝后發(fā)現(xiàn)，部分灌注孔可不需要使用，而注漿也難以依照原方案進行，因而本文提出新的澆筑方案。

3.2 GH1和GH2施工方法

由于GH1和GH2的結(jié)構(gòu)形式和澆筑方式基本相同，所以本文還是以GH1為對象，闡述具體的施工方案和步驟。GH1鋼混段長3.5 m、寬3.2 m，總高7.87 m。如圖4所示，為便于排氣和注漿，新方案在鋼混結(jié)合段頂部重新安裝了注漿孔，且GH1實際在完成現(xiàn)場焊接后，在空間上是傾斜的，因而最終注漿時，將位于低處的排氣孔作為注漿孔，高處的排氣孔作為最后注漿的排氣孔和液面觀察孔。

圖4 鋼混段GH1施工工藝孔位置

鋼混段的混凝土澆筑仍然分為2個階段：第1階段仍然是自密實混凝土的灌注。如圖3所示，底部灌注孔封閉，只保留最上面的灌注孔，將自密實混凝土澆筑至開孔下沿位置，如圖4所示，振搗完畢后再封閉灌注孔，待確認(rèn)已澆筑部分的密實度后，進入混凝土養(yǎng)護階段。

待自密實混凝土初步成形后，開始第2階段注漿。采用在鋼箱表面預(yù)留的排氣孔進行注漿。值得注意的是，根據(jù)現(xiàn)場情況，應(yīng)選擇較低位置的孔洞作為注漿孔，而較高位置孔洞則應(yīng)作為排氣孔。如圖4所示，自密實混凝土澆筑時，排氣孔1和排氣孔2均為排氣孔；而注漿時，排氣孔1則作為注漿孔使用，排氣孔2則仍然作為排氣孔使用。持續(xù)注漿，待排氣孔2有均勻、無氣泡的漿液排出時，說明鋼混段的孔洞已被砂漿填充完成。

3.3 GH3和GH4施工方法

鋼混段GH3和GH4類似，如圖5所示。鋼混段長3.5 m、寬3.2 m，GH3的總高為5.15 m，GH4的總高為5.45 m。因為GH3和GH4的結(jié)構(gòu)位置和澆筑方式相同，所以依托GH3闡述具體的施工方案和步驟。

圖5 鋼混段背部澆筑孔的位置

灌注孔、注漿孔和排氣孔均開在鋼混段的外壁（背部），如圖5所示。第1階段澆筑時，從底部灌注孔澆筑自密實混凝土至開孔下側(cè)，振搗完成后，封閉澆筑孔。自密實混凝土初步成形后，進行第2階段的注漿施工。如前文所述，排氣孔1作為注漿孔使用，而排氣孔2位于較高的位置，仍然作為排氣孔使用。從注漿孔進行注漿，等排氣孔有均勻的漿體排出時，則證明鋼混段全部澆筑完成。

在注漿過程中，排氣孔除了用于排出鋼箱內(nèi)部的空氣，還是重要的混凝土液面觀察孔。在澆筑過程中，應(yīng)該保持以下4項原則：應(yīng)在不同高度位置設(shè)置混凝土排氣孔，根據(jù)低處排氣孔中漿液噴出情況，判斷混凝土的液面高度，并實時調(diào)整混凝土的澆筑速度；排氣孔應(yīng)設(shè)置于鋼混段的高處和各處“死角”，確?？諝饽鼙M量排出；排氣孔應(yīng)焊有短鋼管，并在其上接有閥門和透明軟管，以便觀察液面，并根據(jù)需要隨時關(guān)閉；注漿時，應(yīng)依據(jù)低處注漿、高處排氣的原則施工，如發(fā)現(xiàn)不密實，應(yīng)及時補漿，并適當(dāng)過量補漿，以保證注漿過程中的空氣能夠充分排出。

4 現(xiàn)場施工和超聲檢測

4.1 現(xiàn)場施工

如前文所述，現(xiàn)場施工時，第1階段采用自密實混凝土灌注。澆筑完成后，遵循低處注漿、高處排氣的原則，對鋼混結(jié)合段頂部進行注漿，直至排氣孔有均勻、無氣泡的漿體排出時，則代表著注漿完成，如圖6所示。

圖6 花山大橋鋼混段現(xiàn)場注漿過程

4.2 超聲檢測

混凝土澆筑完成后，現(xiàn)場檢測采用超聲斷層掃描方法對鋼混結(jié)合段內(nèi)的混凝土密實情況進行了現(xiàn)場檢測。

超聲斷層掃描是近年來迅速發(fā)展的超聲成像技術(shù)的一種，不同于常規(guī)的超聲檢測技術(shù)，該技術(shù)是利用超聲波的反射原理進行測試的。為了增強超聲波的探測效果，采用了陣列式超聲探頭，通過多次反射，多次接收，從而提高了反射超聲波的成像效果。本文采用的是俄羅斯ACS公司A1040MIRA超聲波斷層掃描成像儀，該設(shè)備有48個超聲探頭，是目前探頭數(shù)量最多、探測精度較高的三維超聲斷層掃描設(shè)備。現(xiàn)場檢測過程中，由于其中存在著預(yù)應(yīng)力孔洞，在檢測時應(yīng)與澆筑過程中混凝土密實問題相區(qū)別。如圖7所示，為預(yù)應(yīng)力孔洞所在位置的超聲波圖像，與設(shè)計圖紙上的位置完全一致。

圖7 預(yù)應(yīng)力孔所在位置檢測結(jié)果

GH1鋼混段為第1個澆筑的鋼混段，以GH1鋼混段為例，重點對其注漿質(zhì)量進行了檢測。在注漿完成后立即進行檢測，發(fā)現(xiàn)問題部位的超聲波圖像如圖8所示，疑似存在注漿不密實問題。

圖8 問題部位檢測結(jié)果

初步判斷是由于初期注漿速度過快，導(dǎo)致鋼混段內(nèi)部有空氣未及時排出，存在不密實問題。由于砂漿尚未凝固，此時可以通過調(diào)低灌漿速度，讓注漿口持續(xù)有漿液冒出，將鋼箱內(nèi)的空氣慢慢帶出。15 min后，再次測試，結(jié)果如圖9所示，混凝土密實度改善明顯。

圖9 工藝調(diào)整后檢測結(jié)果

5 結(jié)語

1）提出了自密實混凝土由底部向上灌注，并在不可澆筑位置，低處注漿、高處排氣的施工方法。施工過程中，按高度設(shè)置了排氣孔，一方面方便氣體及時排出，另一方面也便于觀測液面，從而有效保證了橋梁鋼混結(jié)合段混凝土澆筑質(zhì)量。

2）采用超聲法，對混凝土澆筑的密實度進行實時監(jiān)測確認(rèn)，將數(shù)據(jù)處理和信息反饋技術(shù)應(yīng)用于施工，利用超聲探傷監(jiān)測指導(dǎo)施工，及時改變注漿策略，對混凝土中的缺陷進行補救，確保施工安全、快速。

3）從花山大橋項目完成結(jié)果來看，本文所述的施工技術(shù)可以有效保證橋梁鋼混段的施工質(zhì)量，滿足設(shè)計要求，所用的一整套關(guān)鍵施工方法合理，節(jié)省了后期返修費用，通過施工技術(shù)優(yōu)化創(chuàng)新降低了成本，有很好的推廣和實用價值。