昆陽特大橋鋼管拱混凝土泵送頂升施工

陳湘橋

(中國公路工程咨詢集團有限公司武漢建設(shè)分公司 湖北 武漢：430056)

昆陽特大橋47#～50#墩上部為連續(xù)梁拱結(jié)構(gòu)，其鋼管拱計算跨徑136m，矢跨比1/5，設(shè)計矢高27.2m。拱肋為鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，采用等高度啞鈴形截面，截面高2.8m，每肋由上、下弦管組成，弦管直徑φ800mm，拱肋弦管及腹板內(nèi)填充C50微膨脹混凝土。兩榀拱肋之間共設(shè)有9道橫撐，橫撐鋼管內(nèi)部不填充混凝土，兩榀拱肋中心距為11.1m。

根據(jù)設(shè)計，拱肋中的C50微膨脹混凝土共計459.8m3，其中每條拱肋的上弦管混凝土75.92 m3，下弦管混凝土72.61 m3，中間腹板混凝土81.37 m3。

圖1 昆陽特大橋鋼管拱結(jié)構(gòu)示意圖

1 總體施工方案

鋼管拱根據(jù)設(shè)計特點采用單條拱肋對稱泵送頂升法，即每條拱肋均對稱地從低處往高處由泵送頂升，上、下弦管內(nèi)的混凝土分別由一次泵送到位，腹板內(nèi)混凝土兩次泵送到位，左、右側(cè)拱肋共分八次完成混凝土的頂升壓注。

昆陽橋地面距拱頂近50m高，為確保混凝土泵送時鋼管拱內(nèi)的混凝土密實，混凝土泵送采用兩臺地泵泵送頂升到鋼管拱內(nèi)，即將兩臺混凝土泵布置于拱腳的48#、49#墩附近，高壓泵管從位于橋下的混凝土泵接至鋼管拱上的注漿口。因攪拌站距泵送點距離不超過500m，且路況較好，故在混凝土泵送頂升時配備4臺混凝土運輸車。

混凝土泵送頂升順序按照《混凝土泵送施工技術(shù)規(guī)程》先上、后下，再腹板的原則進行。左、右側(cè)拱肋交替一環(huán) 一環(huán)推進進行。

2 施工方法及技術(shù)措施

2.1 施工準備工作

2.1.1 混凝土輸送泵的選擇

混凝土輸送泵的選擇主要應滿足頂升混凝土時的壓力的要求。即混凝土頂升時其出口壓力應為鋼管拱弦管壓漿口處的壓力與混凝土泵管內(nèi)的壓力損失之和，即：

P=P1+P2+P3

P1=[2/r· (K1+K2V)+ρ·V+γ·sinθ]·x

其中：x——鋼管拱的軸線弧長；r——鋼管拱管的半徑，取弦管r=0.4m，腹板r=0.275m；K1——混凝土與管壁的粘著應力強度(MPa)。

K1=(3.0-0.1S1)×10-4

=(3.0-0.1×20)×10-4

=1.0×10-4MPa

上式S1為混凝土的坍落度，取20cm；K2——與混凝土流動性有關(guān)的速度系數(shù)(MPa/m/s)。

K2=(4.0-0.1S1)×10-4

=(4.0-0.1×20)×10-4

=2.0×10-4MPa/m/s

V弦管=5m3/(0.4632m2×10×60s)

=0.018m/s

V腹板=5m3/(0.6527m2×10×60s)

=0.013m/s

θ——管的水平傾角θ=37.17°;ρ——混凝土的質(zhì)量，取ρ=24.5kN/m3；γ——混凝土的容重，取γ=24.5kN/m3、

P1上弦管max=[2/0.4×(1.0×10-4+ 2.0×10-4×0.018)+ 24.5×10-3×0.018 +24.5×10-3×0.604]×71.4 =1.13MPa

P1上腹板min=[2/0.275× (1.0×10-4+ 2.0×10-4×0.013)+ 24.5×10-3×0.013 +24.5×10-3×0.604]×57 =0.9MPa

混凝土泵管內(nèi)的壓力損失的換算可參照《混凝土泵送施工技術(shù)規(guī)程》(JGJ/T10-95)的相關(guān)要求。

根據(jù)兩臺混凝土泵的布置位置、泵管的布置長度等，其壓力損失見表1。

表1 混凝土泵的壓力損失

由表1所示，鋼管拱混凝土頂升壓注時所需最大壓力為：

P上腹板=P1上腹板+P2上腹板+P3

=0.9MPa+4MPa+2.5MPa=7.4MPa

再根據(jù)以上計算結(jié)果，選擇兩臺HBT-105的混凝土輸送泵進行輸送，可以滿足要求。

2.1.2 混凝土配合比

2.1.2.1 混凝土配合比設(shè)計要求

本橋鋼管拱內(nèi)填充C50微膨脹混凝土，為確保混凝土施工質(zhì)量，根據(jù)設(shè)計及相關(guān)規(guī)范要求和施工現(xiàn)場的實際情況，我們對混凝土配合比設(shè)計制定了以下要求：

(1)鋼管拱內(nèi)填充的C50微膨脹混凝土限制膨脹率為2.0×10-4～4.0×10-4之間；

(2)混凝土的坍落度為18～22cm；

(3)混凝土的初凝時間不小于12h；

(4)混凝土的外加劑采用緩凝型減水劑；

(5)混凝土的可泵性好，泌水率較??；

(6)碎石粒徑為5～25mm，砂為中砂；

(7)粉煤灰摻量不小于15%；

(8) 混凝土的含砂率在38%～45%之間。

2.1.2.2 混凝土配合比設(shè)計

根據(jù)上述要求，我們對C50微膨脹混凝土的配合比進行了設(shè)計和試拌比選，最后選用了如下配合比，詳見表2。

表2 混凝土配比表

每立方混凝土用量為：

水 泥(C)：350kg

粉煤灰(F)：90kg

膨脹劑(P)：60kg

細骨料(S)：671kg

粗骨料(G)：1094kg

水 (W)：165kg

減水劑(J)：4.25kg

2.1.3 現(xiàn)場準備

2.1.3.1 進出漿孔的設(shè)置

根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計，將注漿孔設(shè)置在拱肋隔倉的下端，將出漿口設(shè)置在拱頂?shù)母魝}板附近。注漿孔洞采用Φ135mm圓孔，出漿口采用Φ80mm圓孔。

2.1.3.2 泵機及泵管布置

現(xiàn)場布置兩臺混凝土地泵分別設(shè)于橋下的48#墩右線側(cè)和49#墩左線側(cè)(詳見圖2)。泵管采用Φ125mm無縫管進行，為避免堵管現(xiàn)象的發(fā)生，應盡量平直鋪置、減少彎管。泵管布置時由地泵接出后接豎直管上橋后，接入壓漿口，將泵管前端的Φ125mm的泵管插入鋼管拱內(nèi)，然后將泵管與鋼管拱滿焊連接，并在泵管與鋼管拱的焊縫設(shè)四塊加勁板。兩臺地泵需要泵管130m，為確保有備無患，現(xiàn)場準備高壓泵管160m。

因昆陽特大橋上跨同三高速公路，且出漿口距地面較高，為確保安全，在出漿端口套接Φ80mm的消防水袋并延至橋面，將冒出的混凝土引至橋面。出漿管采用Φ80×5mm的鍍鋅水管，為確保壓力，其安裝長度應高于拱肋隔倉內(nèi)混凝土最高面1m。

圖2 鋼管拱混凝土壓注頂升施工平面布置示意圖

2.2 施工方法

2.2.1 施工流程

圖3 施工流程圖

2.2.2 混凝土泵送頂升

現(xiàn)場施工準備完成后，即可進行混凝土泵送頂升施工。

泵送頂升前，空負荷運轉(zhuǎn)10～20 min，使泵機預熱使各潤滑點均明顯出現(xiàn)潤滑脂。

再是潤滑管壁和拱壁。先采用1m3左右的清水濕潤泵管，直至清水完全排出后再用1～2m3砂漿將泵管及拱肋內(nèi)壁進行潤滑，最后壓注混凝土。

混凝土泵送頂升時，必須確保各臺混凝土泵的泵送速度同步，為此需要統(tǒng)一指揮，同時泵機應調(diào)至高壓慢速狀態(tài)，保證泵送砼均速進行。另外還應確保集料斗中有不低于其容積2/3的混凝土，避免空氣進入。

混凝土泵送應連續(xù)進行，不得停頓，如有停頓則每間隔5分鐘，操作一次，使砼輸送順暢，以避免堵管的現(xiàn)象發(fā)生。

當混凝土泵送達拱頂后，需要等出口處有新鮮混凝土冒出才可停止泵送，并保壓10min，再關(guān)閉截止閥并拆除和清洗泵管和泵機，待到拱內(nèi)砼強度達到90%后方可進行下一環(huán)的施工壓注。

3 結(jié)束語

昆陽特大橋鋼管拱混凝土泵送頂升施工，從2008年6月29日開始，至7月25日完成，歷時27天，共分八次順利完成?；炷帘盟晚斏陂g實際觀測泵機的泵送壓力為5MPa～7MPa，與計算泵壓基本一致。在運距較近的情況下，兩臺1500L攪拌機配合四臺混凝土運輸車，能夠保證混凝土的正常供應(間歇時間小于10分鐘)。通過昆陽特大橋鋼管拱混凝土的順利泵送升施工，證明該施工方案可行。

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