鋼管混凝土拱橋在公路橋梁工程中的應(yīng)用

武玉華

摘要：鋼管混凝土作為一種組合結(jié)構(gòu)材料，是在鋼管內(nèi)對混凝土實施填充的一種形式，該結(jié)構(gòu)材料的應(yīng)用具有高強(qiáng)度、耐疲勞以及抗沖擊等特點，在施工過程中鋼管不僅發(fā)揮著勁性骨架的作用，而且還發(fā)揮著混凝土模板的效果。文章分析了鋼管混凝土拱橋的優(yōu)勢，并對鋼管混凝土拱橋的施工方法及工藝進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：公路橋梁；鋼管混凝土；支架施工法；纜索吊裝法；轉(zhuǎn)體施工法

中圖分類號：U441文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1009-2374（2014）21-0104-02

1鋼管混凝土拱橋的優(yōu)勢

在公路橋梁工程中，鋼管混凝土作為一項新型材料組合形式及施工手段得到有效應(yīng)用。從施工工藝進(jìn)行分析有以下幾方面優(yōu)勢存在：對鋼板材的加工提供便利，容易對最后成型鋼管拱進(jìn)度實施控制。鋼管的存在能夠?qū)炷潦軌汉蟮臋M向變形實施有效的控制，促使核心混凝土處于三向受力的效果，從而發(fā)揮環(huán)箍的作用，即全方位實施箍筋應(yīng)用。使得混凝土的承載能力得到有效提升。在對鋼管混凝土進(jìn)行澆筑時，不僅發(fā)揮勁性支架的作用，而且作為混凝土模板，為灌注提供條件，便于混凝土泵送施工。與型鋼相比，鋼管自身有較大的剛度存在，在施工過程中容易有結(jié)構(gòu)的剛性骨架產(chǎn)生。應(yīng)先對鋼管實施安裝，后對混凝土進(jìn)行澆筑。對支架實施簡化，將模板的裝、拆模板以及鋼筋綁扎工序等都省去，有效地縮短了工程的施工周期，縮小了用地范圍。所以，在實際情況下，鋼管混凝土拱橋被劃分為剛性無模板施工的拱橋類型。

2鋼管混凝土拱橋的施工方法及工藝

2.1施工方法

由于鋼管混凝土拱橋的施工屬于勁性骨架方法，因此有多種不為相同的施工方法存在，與不同的拱橋結(jié)構(gòu)類型、跨度、現(xiàn)場施工條件以及施工設(shè)備相比，對不同的施工方法進(jìn)行選擇。

2.1.1支架施工法。傳統(tǒng)的鋼管混凝土拱橋運(yùn)用較多的施工方法則是支架施工法，在橋跨位置設(shè)置支架，并在支架上對拱肋拼裝或主拱圈的澆筑進(jìn)行操作。因此在施工過程中，整個拱橋都處于無應(yīng)力狀態(tài)。該方法運(yùn)用了簡單的施工機(jī)械，且施工技術(shù)也相對簡便，但對于跨江跨河及高山深谷的橋梁來說，若運(yùn)用支架施工方法，則會進(jìn)一步提升施工及臨時設(shè)備的投入力度。因此，無論是施工還是工程經(jīng)濟(jì)，都無法在大拱橋中相

適應(yīng)。

2.1.2纜索吊裝法。在20世紀(jì)70年代，橋梁懸臂施工法的應(yīng)用為鋼管混凝土拱橋的施工提供實踐依據(jù)及理論條件，懸索橋以柱纜作為承重體系對加勁梁及橋梁體系的架設(shè)方法為施工操作提供參考，拱橋的纜索吊裝法則是在纜索橋的施工理念上產(chǎn)生的。通過相關(guān)資料表明，該方法的運(yùn)用能夠促使拱橋形成較大水平推力，使基礎(chǔ)的要求得到提升，因此在良好地質(zhì)的峽谷中得到有效應(yīng)用，但在持續(xù)增大的跨徑中，也存在較大難度。關(guān)注拱橋施工的成功經(jīng)驗，促使拱橋工程人員掌握到其他橋型施工方法在拱橋施工中的應(yīng)用。

2.1.3轉(zhuǎn)體施工法。在一般性拱橋施工方法的基礎(chǔ)上進(jìn)行延續(xù)，進(jìn)一步將鋼管混凝土系桿拱橋施工技術(shù)的纜索吊裝施工方法內(nèi)容得到完善，在該基礎(chǔ)上通過創(chuàng)新，產(chǎn)生較為先進(jìn)的轉(zhuǎn)體施工方法，同時將平面轉(zhuǎn)體的施工方法進(jìn)行提出，有效更新了拱橋建設(shè)的傳統(tǒng)觀念。近年來，工程人員逐漸完善了樁體質(zhì)量、施工方法以及施工工藝等方面內(nèi)容，繼而有豎向轉(zhuǎn)體施工方法、豎轉(zhuǎn)、平轉(zhuǎn)組合法等內(nèi)容形成。

2.2施工工藝

2.2.1二級壓注，一次成型。由于構(gòu)成鋼管的屬于扁型，與相對較遠(yuǎn)的近肋設(shè)置相結(jié)合，有較高的矢高存在，與混凝土形成的壓力及扁鋼管的抗變形能力相結(jié)合實施計算，在拱腳向拱頂實施混凝土的持續(xù)壓至，混凝土的壓力會對扁鋼管的直線部分造成壓彎，所以，采用“二級壓注，一次成型”的方法，在設(shè)置原有拱腳底對焊接的泵管接頭實施預(yù)留時，確保1/2拱高位置的兩邊達(dá)到對稱效果，增設(shè)相同型號的泵管接頭，運(yùn)用長度為20cm，高度為1.5m的兩根排氣增壓鋼管在拱頂?shù)鯒U臨近的位置兩側(cè)進(jìn)行設(shè)置。

2.2.2觀測施工中的鋼管拱。為了確保測量數(shù)據(jù)的完整性，在對混凝土實施壓注時，應(yīng)采用全程觀測的方式，當(dāng)混凝土壓注至每個控制點位置時，都需對一次拱軸線及標(biāo)高實施測量，按照測量結(jié)果，將實踐或工況變化的曲線圖實施繪制，和曲線相結(jié)合，在混凝土泵送的各階段管拱的變化狀況進(jìn)行直觀性的了解。

2.2.3壓注及頂升施工。在灌注施工之前，應(yīng)對泵管及輸送泵的各個接頭進(jìn)行檢查，接頭之間應(yīng)對橡皮圈實施設(shè)置，避免有漏漿、漏氣現(xiàn)象產(chǎn)生。將止回閘閥的K1、K2打開，采用和混凝土相同的標(biāo)號及品種的水泥實施攪拌，將泵車和泵管進(jìn)行潤滑處理，使得混凝土泵送時有效減少了摩阻力，將砂漿向鋼管拱外排出。在對稱進(jìn)行混凝土灌注時，應(yīng)由專業(yè)人員對拱外混凝土的泵送狀況進(jìn)行觀察，盡可能控制兩臺灌注的速度，使其達(dá)到相互統(tǒng)一狀態(tài)，當(dāng)有不統(tǒng)一問題出現(xiàn)時，則應(yīng)對其進(jìn)行及時調(diào)整。作為一種實用且簡單的觀察方法，“錘擊法”應(yīng)得到有效應(yīng)用，也就是對鋼管拱運(yùn)用鐵錘進(jìn)行敲擊操作，當(dāng)鋼管拱內(nèi)形成沉悶及清脆的聲音交界時，即可確定混凝土壓入的交界位置，該觀測方法的運(yùn)用確?；炷恋臐仓M足同步且對稱的效果。當(dāng)兩側(cè)壓注速度出現(xiàn)不一致時，應(yīng)與泵車指揮人員進(jìn)行及時溝通，運(yùn)用有效調(diào)整的方式進(jìn)行操作。促使有效地將小部分偏載造成的鋼管彈性變形問題得到恢復(fù)，促使拱軸線與設(shè)計要求相符。當(dāng)排氣孔內(nèi)冒出混凝土?xí)r，應(yīng)有效控制灌注速度，改變原有的兩臺同步對稱泵為交替泵送，對1～2m3的混凝土實施繼續(xù)壓注，促使鋼管拱內(nèi)混凝土的壓注達(dá)到密實效果。然后關(guān)閉止回閥閘，避免混凝土出現(xiàn)導(dǎo)流問題，有效清洗泵管及泵車。當(dāng)混凝土灌注完成之后，應(yīng)將鋼管混凝土保溫工作進(jìn)行落實。

2.2.4鋼管的防腐處理。由于大氣中的潮濕氣體及雨水等腐蝕介質(zhì)的作用，導(dǎo)致長期裸露在大氣中的鋼結(jié)構(gòu)橋梁會逐漸形成電化學(xué)反應(yīng)，造成鋼材腐蝕現(xiàn)象形成。所以，必須對高質(zhì)量的涂料防腐體系進(jìn)行運(yùn)用，將鋼結(jié)構(gòu)的腐蝕體系得到延緩，促使鋼管混凝土的使用壽命及結(jié)構(gòu)安全性得到提升?，F(xiàn)階段，鋼管拱橋中運(yùn)用的則是高性能涂料、高分子復(fù)合材料防腐體系以及金屬熱噴涂防護(hù)技術(shù)等方法，其中運(yùn)用最為廣泛的則屬金屬熱噴涂防護(hù)。

3鋼管混凝土拱橋的技術(shù)要點分析

3.1優(yōu)化混凝土的配合比

由于鋼管混凝土對早強(qiáng)、緩凝、高流態(tài)、可泵性以及自密性的要求較高，其中由于鋼管混凝土屬于微應(yīng)力混凝土，混凝土內(nèi)對膨脹劑進(jìn)行摻加，使補(bǔ)償收縮要求得到滿足，要求坍落度達(dá)到工作面的18～20cm，結(jié)合壓注速度對初凝時間進(jìn)行計算，使其達(dá)到超過6h即可。對微應(yīng)力實施設(shè)置，有效提升構(gòu)件的承載力，改變普通混凝土灌注造成的混凝土及鋼管間的間隙問題。在設(shè)計配合比時，對微膨脹率的關(guān)鍵因素進(jìn)行確定。工程結(jié)構(gòu)安全受到鋼管內(nèi)部混凝土結(jié)構(gòu)安全的較大影響，當(dāng)有絲毫不當(dāng)，都會導(dǎo)致質(zhì)量問題出現(xiàn)，造成泵送難度增加。當(dāng)其中出現(xiàn)空氣和不飽滿現(xiàn)象時，會產(chǎn)生混凝土和鋼管間收縮空隙現(xiàn)象，因此，應(yīng)通過多種實驗對混凝土配合比進(jìn)行操作，使膨脹率得到有效的控制。

3.2壓注混凝土

在混凝土壓注過程中，應(yīng)采用兩側(cè)對稱同步的方式實施全程觀測，鋼管拱線形受到混凝土自重的影響較為顯著。因此應(yīng)同步實施壓注操作。在澆筑施工之前，由于焊接及拼裝等因素導(dǎo)致控制點一側(cè)高一側(cè)低時，應(yīng)采用非對稱澆筑方法進(jìn)行調(diào)整。應(yīng)先在較高一側(cè)壓注混凝土，密切觀察拱的變形現(xiàn)象，當(dāng)拱兩側(cè)的控制點標(biāo)高和設(shè)計標(biāo)高相符之后，即可對兩側(cè)實施同步澆筑。逐漸調(diào)整兩側(cè)混凝土的壓注量，最后向拱頂壓注實施同時操作。當(dāng)壓注達(dá)到拱頂時，需要持續(xù)進(jìn)行，使排氣增壓孔內(nèi)有1～2m3的混凝土排除即可，當(dāng)排氣孔不會有冒泡現(xiàn)象出現(xiàn)時，應(yīng)將壓注停止，最后對混凝土止回閥進(jìn)行

關(guān)閉。

3.3鋼管混凝土的保溫處理

當(dāng)鋼管和混凝土之間存在空隙時，會使微膨脹混凝土的優(yōu)勢失去，對拱的承載力產(chǎn)生直接影響?？障妒菍?dǎo)致鋼管混凝土保溫工作不到位的直接原因。所以，運(yùn)用麻袋對鋼管拱實施包裹的方式，促使內(nèi)外溫差得到有效減小。

4結(jié)語

綜上所述，作為一種新型材料組合結(jié)構(gòu)及施工技術(shù)，鋼管混凝土拱橋能夠使拱橋施工中骨架及模板問題得到有效解決。既能發(fā)揮推力拱的作用，又能作為無推力的系桿拱，與各種不同的地質(zhì)及地形相適應(yīng)，因此受到橋梁工程設(shè)計及施工人員的青睞。

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