探究鋼管拱管壓混凝土施工技術(shù)

□孔 斌（河南水利建筑工程有限公司）

1 工程概況

南水北調(diào)中線一期工程總干渠沙河南—黃河南（委托建管項(xiàng)目）新鄭南段第二施工標(biāo)段，十里鋪東南公路橋座落在省道S103 公路上，是鄭州通往禹州的一級(jí)公路，采用下承式鋼管拱結(jié)構(gòu)，主跨160m 完全跨過水面線。上部結(jié)構(gòu)為1～160m 下承式系桿拱,下部結(jié)構(gòu)為薄壁式橋臺(tái)。本公路橋承重結(jié)構(gòu)為鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，主橋鋼管拱每肋4 根φ900mm 鋼弦管，混凝土總方量為802m3，灌注用混凝土采用C50，其中微膨脹混凝土的配合比控制及泵送質(zhì)量是鋼管拱混凝土施工的關(guān)鍵，拱肋單邊縱向?yàn)? 根φ900mm 鋼弦管，鋼管拱混凝土施工是本工程施工的難點(diǎn)和重點(diǎn)。

2 鋼管拱管壓混凝土配合比調(diào)試

2.1 管壓混凝土施工配合比調(diào)試的作用

鋼管拱肋混凝土以受壓為主，采用C50 混凝土，在施工中經(jīng)過研究，采用兩臺(tái)泵車，布置在兩個(gè)端橫梁附近，同時(shí)泵送，泵送的水平距離為160m，垂直高度為40m。由于鋼管的密封不透水性，對(duì)鋼管拱混凝土的要求就會(huì)更高。不僅要求流動(dòng)性、和易性好，不泌水離析外，還應(yīng)特別考慮沉降和收縮，保證鋼管混凝土的質(zhì)量。

在混凝土配合比調(diào)試過程中，通過測(cè)試盒實(shí)驗(yàn)，采用了摻加粉煤灰、微膨脹劑的方法，利用微膨脹劑的微膨脹特性減少高強(qiáng)混凝土在鋼管內(nèi)的收縮；利用粉煤灰的火山灰反應(yīng)，減少高強(qiáng)混凝土在鋼管內(nèi)絕熱溫升，同時(shí)粉煤灰的玻璃珠球體狀顆粒也可減少流動(dòng)阻力，提高混凝土的可泵性；外加劑的摻入可提高混凝土的坍落度，并根據(jù)施工過程出現(xiàn)的情況進(jìn)行調(diào)配。

2.2 配合比設(shè)計(jì)原理和思路

本橋鋼管拱C50 混凝土屬高強(qiáng)高性能混凝土，由特殊的結(jié)構(gòu)類型、特殊的施工工藝決定了混凝土應(yīng)具有良好的工作性能和硬化性能指標(biāo)，本配合比設(shè)計(jì)從以下幾個(gè)方面入手，采用正交試驗(yàn)方法，得出最優(yōu)組合。

第一，泵送頂升施工工藝要求混凝土具有良好的流動(dòng)性和可泵性能以及較長(zhǎng)的凝結(jié)時(shí)間。因此，在配合比設(shè)計(jì)時(shí)首先考慮摻加高性能的緩凝減水劑，以提高混凝土的流動(dòng)度和初凝時(shí)間。根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)，配合比可選用高效緩凝泵送劑，該外加劑的特點(diǎn)是減水率大，塌落度損失小，配制出的混凝土不離析，泌水率小。從而可以使C50 混凝土在水泥用量不是很大的情況下具有良好的流動(dòng)性和可泵性能，滿足施工要求。

第二，粉煤灰越來越成為大流動(dòng)度混凝土不可缺少的組成材料。優(yōu)質(zhì)粉煤灰的顯微結(jié)構(gòu)為球形顆粒，表面光滑。粉煤灰的球形顆粒具有“滾珠軸承”的形貌效應(yīng)，因此可以很大程度的改善新拌混凝土的流動(dòng)性，減小泵送摩阻力，提高泵送性能，同時(shí)，粉煤灰可以與水泥水化產(chǎn)生的Ca（OH）2進(jìn)行緩慢的火山灰反應(yīng)，對(duì)水泥水化放熱有很好的延遲作用，凝結(jié)時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)。鑒于此，摻加粉煤灰對(duì)泵送大流動(dòng)度混凝土十分有利?？紤]到除粉煤灰以外還要內(nèi)摻膨脹劑，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)并參考其它成熟配合比選擇摻量為5%。

第三，鋼管混凝土的泵送頂升施工屬于免振搗施工，靠混凝土的自重壓力密實(shí)，另外，鋼管混凝土還要求硬化混凝土和鋼管有良好的粘接，這些都要求混凝土具有一定的補(bǔ)償收縮能力，要達(dá)到此目的需要摻加膨脹劑。UEA 膨脹劑主要是由無水硫鋁酸鈣（3CA·CaSO4），硫酸鋁鉀[KAl2(SO4)2(OH)6],硫酸鈣（CaSO4）等組成，摻加到混凝土中與水泥水化析出的Ca(OH)2作用，生成水化硫鋁酸鈣，即鈣礬石（C3A3CaSO432H2O）使混凝土體積產(chǎn)生膨脹。配合比設(shè)計(jì)可選用的UEA-III 型低堿膨脹劑。

2.3 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果分析

首先，選定水灰比W/C（A）砂率Sp%(B)、粉煤灰取代超量系數(shù)K（C）UEA 摻量UEA%（D）為4 個(gè)考察因素。

其次，根據(jù)水灰比理論計(jì)算并參照經(jīng)驗(yàn)確定基準(zhǔn)配合比水灰比W/C 取A1=0.36、A2=0.34、A3=0.32。

再次，粉煤灰摻量根據(jù)以前成熟配合比經(jīng)驗(yàn)取5%，不再作為考察因素，只考慮超量系數(shù)的影響。取K 值為B1=1.00、B2=1.40、B3=1.80。

最后，UEA-III 膨脹劑摻量根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和推薦摻量范圍取C1=8%、C2=10%、C3=12%。砂率Sp%根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和有關(guān)規(guī)定取D1=38%、D2=40%、D3=42%，指原基準(zhǔn)配合比的砂率，由粉煤灰超量取代扣除細(xì)集料引起的砂率變化不再考慮。據(jù)已往試驗(yàn)結(jié)果，隨著UEA 膨脹劑摻量的增加，自由膨脹率增加，強(qiáng)度有所降低。

3 泵管的選取

泵管與輸送泵配套，直徑采用φ125mm，泵管數(shù)量應(yīng)足夠，型號(hào)應(yīng)齊備，接頭膠墊圈位置應(yīng)準(zhǔn)確，聯(lián)結(jié)卡箍及螺栓必須上緊；泵管設(shè)置足夠的支點(diǎn)和懸掛點(diǎn)，不可懸空，特別是彎頭處，須切實(shí)固定牢靠，同時(shí)泵管布置時(shí)應(yīng)盡量減少?gòu)澒艿氖褂谩?/p>

4 工效分析

4.1 鋼管混凝土的澆注時(shí)間

根據(jù)混凝土的拌合能力,混凝土的輸送速度按80m3/h 計(jì)算，一根鋼管混凝土的澆注時(shí)間為5h，則鋼管混凝土的澆筑時(shí)間為40h。

4.2 鋼管混凝土的養(yǎng)護(hù)時(shí)間

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，鋼管混凝土達(dá)到80%的設(shè)計(jì)強(qiáng)度后才可澆注下一根鋼管混凝土。根據(jù)施工技術(shù)規(guī)范和已施工橋梁的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合鋼管混凝土的配合比設(shè)計(jì)，最后確定養(yǎng)護(hù)時(shí)間為5d，混凝土的養(yǎng)護(hù)時(shí)間為40d。

4.3 其它時(shí)間

考慮施工中出現(xiàn)的一些不可確定因素，如天氣等原因，最后確定T3 為5d。

5 鋼管拱管壓混凝土施工

5.1 灌注的總體要求

首先，管內(nèi)混凝土不能出現(xiàn)斷縫、空洞、與管壁分離。其次，管內(nèi)混凝土的配料強(qiáng)度應(yīng)比設(shè)計(jì)強(qiáng)度高10%～15%。再次，新灌入鋼管的混凝土，3d 內(nèi)承載量不宜高于30%設(shè)計(jì)強(qiáng)度,7d 內(nèi)承載量不宜高于80%設(shè)計(jì)強(qiáng)度。最后一根鋼管的混凝土灌注完成時(shí)間，不得超過第一盤入管混凝土的初凝時(shí)間，并且鋼管的混凝土必須連續(xù)灌注，一氣呵成。

5.2 灌注過程

在混凝土灌注前，應(yīng)在進(jìn)料短管上設(shè)置防回流閘板閥，并對(duì)短管與弦管接口的焊縫作加勁處理。每端拱腳處設(shè)置兩臺(tái)輸送泵，壓注鋼管混凝土。同時(shí)在主拱座處備用一臺(tái)輸送泵。泵灌入口設(shè)在灌注段根部，以頂推方式灌注；嚴(yán)禁從中部或頂部拋灌；入口應(yīng)設(shè)法蘭接頭和插板與輸送泵管口聯(lián)接，待灌注到設(shè)計(jì)標(biāo)高后，用插板堵死開口，防止混凝土外溢。

單根弦管只在拱頂設(shè)一處出漿孔，每邊拱腳設(shè)一處進(jìn)料孔，一次性灌注到位。并在弦桿中段設(shè)置兩個(gè)接力點(diǎn)，作為備用灌漿孔。進(jìn)料短管設(shè)在離拱腳鋼管側(cè)面，進(jìn)料短管與拱肋軸線夾角為30°，夾角越小泵送阻力越小，對(duì)鋼管壁的沖擊力越小。在拱頂隔板兩側(cè)設(shè)置排漿管，排漿管直徑為20cm，即>2 倍的粗骨料最大粒徑，以免排漿時(shí)粗骨料堵住排漿管，多余的漿液和氣體排不出。

5.3 鋼管拱泵送混凝土施工的注意事項(xiàng)

首先，鋼管混凝土的泵送從兩端拱腳開始，對(duì)稱連續(xù)頂升泵送至拱頂，同一根管混凝土的泵送時(shí)間不應(yīng)超過混凝土的初凝時(shí)間；同時(shí)泵送的混凝土泵送速度差不應(yīng)超過設(shè)計(jì)規(guī)定值。

其次，灌注開始前，應(yīng)壓入清水清洗管道，潤(rùn)濕內(nèi)壁，管內(nèi)不得留有油污和銹蝕物；灌注混凝土前，應(yīng)先泵入1：1 水泥漿，然后連續(xù)泵入混凝土；灌注時(shí)兩半管對(duì)稱地灌注，并在對(duì)稱地方設(shè)兩人手持木錘敲擊管壁，檢查混凝土壓注進(jìn)度，控制壓注混凝土均衡施工。

再次，壓注過程中要隨時(shí)檢驗(yàn)混凝土的坍落度，嚴(yán)格控制在要求內(nèi)。當(dāng)拱頂排氣（漿）孔排完砂漿和部分混凝土后，即可停止泵送，并以振搗棒插入拱頂振搗管內(nèi)混凝土；拱頂排氣（漿）管混凝土振搗到不發(fā)生氣泡時(shí)，拱端壓注頭打下閘門鋼板，保持穩(wěn)定，在24 小時(shí)后拆除閘閥。

同時(shí)開始泵送時(shí)泵機(jī)應(yīng)處于低速壓送狀態(tài)，并注意觀察泵的工作壓力和各部件工作情況，待壓送順利后方可提高至正常壓送速度；泵送混凝土應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，盡量避免停泵。當(dāng)混凝土量供應(yīng)不足時(shí)宜低速泵進(jìn)，以免中斷。

最后，灌注時(shí)環(huán)境氣溫應(yīng)>5℃，當(dāng)環(huán)境氣溫高于40℃，鋼管溫度高于60℃時(shí)，應(yīng)采取措施降低鋼管溫度。

6 鋼管拱管壓混凝土的養(yǎng)護(hù)

鋼管拱管壓混凝土的養(yǎng)護(hù)不容忽視，對(duì)鋼管拱管壓混凝土的強(qiáng)度起著重要的關(guān)鍵因素，要達(dá)到80%的設(shè)計(jì)強(qiáng)度后才可澆注下一根鋼管混凝土，澆筑完成后進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間至少為5d。

7 結(jié)語(yǔ)

鋼管拱管壓混凝土施工還是一個(gè)比較新的課題，需要在施工中不斷探索和改進(jìn)，特別是加強(qiáng)過程控制和細(xì)節(jié)施工，努力改進(jìn)施工工藝，以便在保證工期的同時(shí)，使鋼管拱管壓混凝土施工質(zhì)量更上一個(gè)臺(tái)階。國(guó)家的水利工程關(guān)系著人民的生命安全，保證工程質(zhì)量也是重中之重。作為施工企業(yè)的一員，需要做的就是努力探究先進(jìn)的施工工藝，保證工程的質(zhì)量，給社會(huì)和人民交一份滿意的答卷。

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[2]張振華.壓注大跨度鋼管拱混凝土施工技術(shù)[J].知識(shí)經(jīng)濟(jì)，2010（12）.

[3]焦廣彥.鋼管拱混凝土頂升法灌注施工技術(shù)[J].價(jià)值工程，2014（8）.