拱管混凝土頂升施工控制技術(shù)研究

潘國(guó)安

摘要：拱管混凝土的澆筑是鋼管混凝土系桿拱橋的關(guān)鍵控制工序，混凝土的配合比設(shè)計(jì)、膨脹系數(shù)等性能及耐久性參數(shù)、拱管混凝土的頂升澆筑施工工藝為鋼管混凝土系桿拱技術(shù)研究的重點(diǎn)內(nèi)容之一。結(jié)合通過(guò)對(duì)以上幾方面的研究，得出相關(guān)技術(shù)參數(shù)及工藝，通過(guò)實(shí)踐驗(yàn)證滿足施工需要，可為類(lèi)似工程施工提供依據(jù)。

Abstract： The pouring of arch pipe concrete is the key control process of concrete-filled steel tubular tie-arch bridge. The concrete mix design， the expansion coefficient and the durability parameters， and the pouring construction technology of the concrete pipe are the key content of the technical research of concrete-filled steel pipe arch. Through study of the above aspects， the relevant technical parameters and technology are obtained， and practice has verified that it meet the construction needs， and can provide a basis for similar construction.

關(guān)鍵詞：鋼管拱；混凝土；頂升技術(shù)；線形及應(yīng)力監(jiān)控

Key words： steel pipe arch；concrete；jacking technology；linear and stress monitoring

中圖分類(lèi)號(hào)：U445.57 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2017）14-0120-04

0 引言

拱管混凝土的澆筑是鋼管混凝土系桿拱橋的關(guān)鍵控制工序，除混凝土質(zhì)量控制外，施工過(guò)程中需保證拱肋線形準(zhǔn)確，不致產(chǎn)生附加應(yīng)力，影響結(jié)構(gòu)安全。因此，拱管混凝土的配合比設(shè)計(jì)、膨脹系數(shù)等性能參數(shù)控制及頂升工藝是鋼管拱技術(shù)研究的重點(diǎn)內(nèi)容之一。青連鐵路牟家村跨同三高速公路特大橋有1孔64m雙線簡(jiǎn)支系桿拱橋，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)高、施工難度較大，拱管施工時(shí)針對(duì)以上三個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行了研究。

1 工程概況

青連鐵路牟家村跨同三高速公路特大橋64m雙線簡(jiǎn)支系桿拱拱梁全長(zhǎng)66.5m，頂寬14.8m，底寬12.4m，梁高2.2m，拱軸線采用二次拋物線，矢跨比f(wàn)/L=1/5，拱肋平面內(nèi)矢高f=12.8m，理論計(jì)算跨度L=64m。拱肋截面為啞鈴形鋼管砼等截面，截面高度2.2m，鋼管直徑0.9m，每根拱肋分上下弦鋼管，鋼管之間采用腹板連接，拱管內(nèi)灌注C50補(bǔ)償收縮混凝土。橫橋向兩道拱肋中心間距11m，拱肋之間設(shè)一字撐和K形撐，橫向風(fēng)撐鋼管內(nèi)不填充砼。（圖1）

2 拱管混凝土施工方案

鋼管混凝土系桿拱采用先梁后拱的施工方法，鋼管拱肋在系梁及支架上拼裝合龍，上、下弦管內(nèi)C50補(bǔ)償收縮混凝土采用頂升壓注，由兩套設(shè)備分別從兩端拱腳向拱頂一次性對(duì)稱(chēng)完成。

3 C50補(bǔ)償收縮自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)要求

砼強(qiáng)度等級(jí)：C50（摻加HCSA膨脹劑）；限制膨脹率≥0.015%；擴(kuò)展度：550～655mm；擴(kuò)展時(shí)間T500（S）：≥2；集料公稱(chēng)最大粒徑：20mm。

3.2 原材料選定

水泥：P·O42.5；碎石：5～10mm、10～20mm兩種規(guī)格碎石，摻配比例為30%、70%；砂：中砂；外加劑：高性能減水劑；粉煤灰：F類(lèi)Ⅰ級(jí)粉煤灰；膨脹劑：TY-10A。

3.3 砼配合比設(shè)計(jì)

①確定砼配制強(qiáng)度：fcu，0=fcu，k+1.645？滓=50+1.645×6.0=59.9MPa

②確定基準(zhǔn)水膠比：

根據(jù)相關(guān)規(guī)范規(guī)程，設(shè)計(jì)使用年限100年、碳化環(huán)境T2等級(jí)時(shí)，最大水膠比為0.45，最小膠凝材料為400kg/m3，最大膠凝材料為550kg/m3。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)水膠比取值0.33。

③每立方米混凝土中材料含量：

每m3混凝土中粗骨料體積選值范圍見(jiàn)表1。

3.4 混凝土拌和物性能及耐久性指標(biāo)

采用上述配合比，經(jīng)試驗(yàn)得混凝土拌和物性能及耐久性指標(biāo)如表5、表6。

4 拱管混凝土頂升施工工藝

4.1 混凝土頂升工藝

拱肋灌注C50補(bǔ)償收縮混凝土，采用兩臺(tái)H90地泵進(jìn)行泵送，由拱腳向拱頂進(jìn)行，左右兩片拱肋應(yīng)盡量同步。一根鋼管內(nèi)的混凝土一次泵灌完成，中間不間斷。每次泵送均需上次混凝土強(qiáng)度達(dá)100%，且不小于5天后進(jìn)行。

混凝土泵灌入口設(shè)在拱肋管的根部，以頂升方式灌注。泵灌前先壓入清水清洗鋼管，然后壓入水泥漿，再泵入混凝土。為確保拱肋砼灌注密實(shí)，在拱頂開(kāi)孔焊接一節(jié)？準(zhǔn)200鋼管作為排氣增壓管，灌注完畢待混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%以上時(shí)，割除該管及其內(nèi)部混凝土，用與拱肋同材質(zhì)的鋼板將拱肋孔洞修補(bǔ)好，并鉆眼壓注環(huán)氧樹(shù)脂砂漿填滿內(nèi)部間隙。兩側(cè)砼全部到頂、排氣口出水及廢渣時(shí)，停止一側(cè)壓注，另一側(cè)壓注至排出新鮮混凝土?xí)r停止，重新壓注另一側(cè)，直至兩側(cè)都排出新鮮混凝土。

4.2 混凝土泵送程序

兩邊泵送混凝土協(xié)調(diào)一致，遵循對(duì)稱(chēng)、均勻的原則。泵送順序?yàn)橄壬舷夜?、后下弦管、再腹板，?dāng)上弦鋼管混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的100%且不少于5天后，才可泵送下弦鋼管內(nèi)混凝土。待下弦鋼管混凝土達(dá)到100%且不少于5天后，對(duì)稱(chēng)、均勻灌注拱肋腹板內(nèi)混凝土。待拱內(nèi)混凝土強(qiáng)度達(dá)到100%后且不少于5天后，拆除拱肋支架。

泵送混凝土施工程序：左線側(cè)上弦管→右線側(cè)上弦管→左線側(cè)下弦管→右線側(cè)下弦管→左線側(cè)腹板→右線側(cè)腹板。

4.3 混凝土頂升施工控制要點(diǎn)

①選用兩臺(tái)輸送量較大的地泵，兩側(cè)對(duì)稱(chēng)自下而上連續(xù)頂升，施工前檢測(cè)設(shè)備狀況，確保其運(yùn)轉(zhuǎn)良好，并備用1臺(tái)。

②泵送混凝土前，先向拱管內(nèi)泵入1m3左右清水，清洗濕潤(rùn)拱管，并于拱腳附近打孔排出，再壓入1m3左右的砂漿作先導(dǎo)，然后再泵送混凝土。

③開(kāi)盤(pán)前，試驗(yàn)人員嚴(yán)格要求控制好施工配合比，混凝土坍落度控制在18～22cm（一般取上限），擴(kuò)展度550～655mm，太小和太大都易造成堵管。

④做好灌注孔、排氣管的安裝留置（見(jiàn)圖2、圖3）。

⑤泵送過(guò)程中通過(guò)觀察出氣孔出漿情況，判斷混凝土的頂升位置，當(dāng)排氣管連續(xù)出漿且無(wú)浮漿時(shí)，說(shuō)明拱管已泵滿，方可關(guān)閉止回閥，泵送結(jié)束。

⑥頂升過(guò)程中如出現(xiàn)堵管、混凝土泵達(dá)到額定壓力，不能繼續(xù)施工時(shí)，及時(shí)換管。換管時(shí)檢查混凝土是否已頂升至該注漿孔位置，如還沒(méi)有頂升至該管，則應(yīng)在再次頂升之前，在形成高位拋落段加開(kāi)排氣孔，以避免存在空氣而形成空隙。

⑦泵送過(guò)程中，質(zhì)檢人員隨時(shí)檢查管內(nèi)混凝土填充情況，如有空隙應(yīng)及時(shí)用體外加震法解決。拱肋混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，用超聲波探查填充情況，不符合規(guī)范要求的必須采用鉆孔壓漿法補(bǔ)強(qiáng)。

5 混凝土密實(shí)度檢測(cè)

拱管混凝土泵送完成后，委托第三方檢測(cè)單位對(duì)鋼管混凝土進(jìn)行了超聲波內(nèi)部缺陷檢測(cè)，共檢測(cè)10個(gè)斷面54個(gè)點(diǎn)，合格率100%，未發(fā)現(xiàn)內(nèi)部缺陷。

6 線形及應(yīng)力監(jiān)控

施工時(shí)對(duì)拱部的預(yù)拱度設(shè)置、拱肋拼裝階段的位移、線形及應(yīng)力進(jìn)行了監(jiān)控分析，為橋梁施工質(zhì)量提供了有力保證?？紤]到拱肋自重、二期恒載、預(yù)應(yīng)力和混凝土收縮徐變、拱支架變形等因素，拱肋安裝和混凝土頂升時(shí)根據(jù)設(shè)計(jì)和施工監(jiān)控的數(shù)據(jù)來(lái)控制拱肋線型。

6.1 位移變化

6.3 應(yīng)力變化

混凝土頂升后，鋼管及混凝土應(yīng)力變化數(shù)據(jù)見(jiàn)表7。

7 結(jié)語(yǔ)

由混凝土質(zhì)量檢測(cè)及鋼管拱線形、應(yīng)力監(jiān)控結(jié)果可以看出，本橋采用的混凝土配合比、膨脹系數(shù)等性能及耐久性指標(biāo)合理，頂升施工工藝滿足鋼箱拱混凝土施工質(zhì)量要求，施工后鋼箱拱的位移及線形變化，以及鋼管、混凝土實(shí)測(cè)應(yīng)力值均滿足設(shè)計(jì)要求。

通過(guò)本橋施工，對(duì)鋼管混凝土配合比設(shè)計(jì)、頂升施工、線形及應(yīng)力監(jiān)控、施工檢測(cè)等方面有了較為深刻的認(rèn)識(shí)，掌握了鋼管拱混凝土頂升施工的控制要點(diǎn)，可為以后類(lèi)似工程施工提供相應(yīng)的技術(shù)支持及經(jīng)驗(yàn)依據(jù)。

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