鋼管混凝土拱橋管內(nèi)混凝土的施工

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。

1 工程概況

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

2 混凝土配合比設(shè)計(jì)

2.1 混凝土技術(shù)要求

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%。

2.2 原材料選擇

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。

2.3 配合比試配

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

3 管內(nèi)混凝土施工

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。

3.1 施工準(zhǔn)備

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。

3.2 開設(shè)灌注孔、出氣孔

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。

3.3 布局輸灰管道和輸送泵

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 灌注管內(nèi)混凝土

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。

3.5 清洗設(shè)備及封堵灌注孔、出氣孔

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)。

4 施工效果

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]。

5 結(jié)語

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.