鋼管拱高性能混凝土施工技術(shù)及質(zhì)量控制探討

麻蓮芳

摘要：鋼管拱高性能混凝土施工條件復(fù)雜，對施工工藝要求高，施工質(zhì)量控制難度大，是整個橋梁工程施工中的一道關(guān)鍵工序。文章結(jié)合工程實(shí)例，探討了鋼管拱高性能混凝土施工技術(shù)及質(zhì)量控制措施。

鋼管拱;高性能混凝土;施工技術(shù);質(zhì)量控制

0 引言

隨著我國交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)日益增加，鋼管混凝土拱橋在大跨度橋梁中的應(yīng)用越來越廣泛。對鋼管混凝土拱橋而言，鋼管拱是大橋最主要的受力部件，其拱內(nèi)高性能混凝土質(zhì)量直接影響拱的受力狀況，因此鋼管拱高性能混凝土施工是整個拱橋施工技術(shù)的核心之一。由于鋼管拱高性能混凝土施工條件復(fù)雜，對施工工藝要求高，施工質(zhì)量控制難度大，施工過程中容易產(chǎn)生離析、空隙、空鼓或鋼管脹裂等質(zhì)量通病，直接影響橋梁工程的整體性能和使用壽命。因此，在鋼管拱高性能混凝土施工中，要提高施工工藝，采取相應(yīng)的措施，加強(qiáng)高性能混凝土施工質(zhì)量控制，確保施工安全和施工質(zhì)量，以保證橋梁工程的順利施工。

1 工程概況

六景郁江大橋主橋?yàn)榭鐝?65m鋼管混凝土下承式系桿拱橋，計(jì)算矢高為58.889m，計(jì)算矢跨比為1/4.5，拱軸系數(shù)m=1.352，拱肋為等截面鋼管混凝土桁架結(jié)構(gòu)，由4根1000mm×（20～28）mm變厚度鋼管組成，截面高6.0m，寬2.8m。拱肋采用Q345C鋼材，全橋共分10個節(jié)段，單根拱肋弦桿第1節(jié)段上、下弦桿采用1000mm×28mm鋼管，第2節(jié)段上弦桿采用1000mm×22mm鋼管，下弦桿采用1000mm×24mm鋼管;其余節(jié)段上、下弦桿均采用1000mm×20mm鋼管。拱肋弦桿間橫向通過平聯(lián)鋼管連接，平聯(lián)吊點(diǎn)處采用610mm×16mm鋼管，非吊點(diǎn)處平聯(lián)采用610mm×12mm鋼管。全橋主拱肋的主弦管、吊桿處橫聯(lián)及弦管接頭管內(nèi)要求灌注C55微膨脹自密實(shí)高性能混凝土。設(shè)計(jì)C55微膨脹自密實(shí)高性能混凝土共計(jì)1671m3。其橋型布置圖如下頁圖1所示。

為使鋼管拱混凝土在施工時(shí)不因其性能不滿足要求而影響施工，保證鋼管拱混凝土施工質(zhì)量，對鋼管拱混凝土施工進(jìn)行控制是很有必要的。

2 施工技術(shù)及質(zhì)量控制要點(diǎn)

2.1 施工工藝流程

本橋主拱肋的主弦管灌注采用真空輔助灌注法工藝，混凝土以泵壓法自拱腳向拱頂灌注，灌注前后應(yīng)分不同階段張拉頂層臨時(shí)系桿。吊桿處平聯(lián)鋼管管內(nèi)混凝土采用人工灌注方法施工。本橋拱肋混凝土分為四次灌注，第1次灌注外側(cè)上弦管，第2次灌注內(nèi)側(cè)上弦管，第3次灌注外側(cè)下弦管，第4次灌注內(nèi)側(cè)下弦管。每次灌注施工完成后，主弦管管內(nèi)混凝土強(qiáng)度需要達(dá)到80%以上，齡期超過3d，方進(jìn)行下一次混凝土灌注施工。鋼管拱混凝土灌注施工工藝流程為：準(zhǔn)備工作（C55混凝土配合比確定、材料及設(shè)備準(zhǔn)備）→安裝進(jìn)料管、排漿管和真空輔助系統(tǒng)→布設(shè)輸送管，進(jìn)行設(shè)備調(diào)試檢查→泵送清水沖洗鋼管→泵送高標(biāo)號砂漿和砂漿濕潤輸送管→對稱泵送C55微膨脹自密實(shí)高性能混凝土→真空系統(tǒng)退出工作，拱頂出漿管冒混凝土并穩(wěn)壓后，關(guān)閉止回閥→清洗輸送泵、管→人工澆注法灌注吊桿處平聯(lián)鋼管混凝土→清洗泵車、漏斗→各灌注孔、排漿孔補(bǔ)焊。

2.2 鋼管拱混凝土配合比設(shè)計(jì)

2.2.1 混凝土技術(shù)要求

為保證混凝土能充滿鋼管且密實(shí)，本橋配制的鋼管拱混凝土必須具有早強(qiáng)、緩凝、低泡、高流態(tài)、微膨脹等性能，混凝土含氣量<2.5%，初凝時(shí)間≥12h，入泵時(shí)坍落度范圍為20～23cm，擴(kuò)展度宜控制為50～65cm，T500時(shí)間宜控制為5～20s，3h坍落度無損失，5h坍落度損失<3cm?；炷?d標(biāo)養(yǎng)限制膨脹率≥0.025%，28d干收縮率≤0.03%，28d強(qiáng)度>65MPa，7d抗壓強(qiáng)度>53MPa。

2.2.2 配合比設(shè)計(jì)路線

（1）本橋鋼管拱混凝土配合比設(shè)計(jì)除力學(xué)性和耐久性的要求外，由于鋼管拱混凝土施工方法的特殊性，在設(shè)計(jì)時(shí)更多考慮的是混凝土拌和物性能控制。配合比試驗(yàn)時(shí)拌和物性能主要是控制混凝土擴(kuò)展度大、黏滯性小、不離析、不泌水，不同時(shí)間的經(jīng)時(shí)性變化小并進(jìn)行多次試驗(yàn)加以驗(yàn)證。

（2）根據(jù)混凝土技術(shù)要求，選用低水化熱、低堿含量、品質(zhì)穩(wěn)定的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥。杜絕使用早強(qiáng)水泥和高C3A含量水泥，避免水化熱過高過快釋放，縮短混凝土緩凝時(shí)間和避免混凝土溫度徐變而脫空。

（3）選用優(yōu)質(zhì)穩(wěn)定的粉煤灰和磨細(xì)礦渣粉或其復(fù)合礦物摻合料。礦物摻合料是提高高性能混凝土耐久性不可或缺的組分，混凝土中摻入活性礦物摻合料能改變與集料界面的粘結(jié)力，同時(shí)增加混凝土的密實(shí)性，從而改善混凝土的耐久性。

（4）選擇潔凈、級配良好、顆粒形狀良好的集料。提出集料技術(shù)參數(shù)要求，根據(jù)技術(shù)參數(shù)從源頭控制，保證集料的性能符合要求。優(yōu)質(zhì)集料吸水率低，拌制的混凝土拌和物性能良好。

（5）比選優(yōu)質(zhì)膨脹劑，確保堿含量低，且其他物理參數(shù)滿足要求。優(yōu)質(zhì)膨脹劑在混凝土中的摻入，除改善混凝土的施工性外，還能提高混凝土耐久性，主要是防止鋼管拱混凝土施工后多方因素導(dǎo)致脫空現(xiàn)象發(fā)生。

2.2.3 原材料的選用

（1）水泥。本橋采用廣西魚峰水泥集團(tuán)生產(chǎn)的魚峰牌P·Ⅱ42.5普通硅酸鹽水泥。

（2）粗骨料。宜采用連續(xù)級配或2個以上單粒徑級配混合使用，最大公稱粒徑≤20mm。粗骨料的針片狀含量、含泥量及泥塊含量分別≤8%、1%和0.5%。粗骨料的壓碎值應(yīng)≤10%，母巖的抗壓強(qiáng)度應(yīng)大于混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度的150%。粗骨料的堆積空隙率宜≤45%。本橋采用貴港市覃塘樹建石場5～25mm連續(xù)級配碎石。

（3）細(xì)骨料。本橋采用合浦沙場產(chǎn)的中砂。

（4）粉煤灰。應(yīng)采用Ⅱ級以上，不宜摻入磨細(xì)灰、脫硫灰、脫硝灰、煤矸石灰，其性能指標(biāo)應(yīng)符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB/T1596）的要求。強(qiáng)度C50以上宜選用Ⅰ級粉煤灰，避免采用高鈣灰。本橋采用廣西華天能Ⅰ級粉煤灰。

（5）外加劑。應(yīng)選用聚羧酸高性能減水劑，本橋采用雨潤外加劑。

（6）礦粉。應(yīng)采用S95以上，其比表面積宜≤450m2/kg，相關(guān)性能應(yīng)符合《用于水泥和混凝土中的粒化高爐礦渣粉》（GB/T18046）的要求。本橋采用柳州市S95級礦渣粉。

（7）膨脹劑。鋼管拱混凝土選用的膨脹劑應(yīng)膨脹能大、摻量低，既達(dá)到設(shè)計(jì)要求的膨脹值，又基本不降低混凝土的抗壓強(qiáng)度，并在限制條件下可提高混凝土的抗壓強(qiáng)度。本橋膨脹劑采用蘇博特膨脹劑。

2.2.4 配合比確定

經(jīng)多次試驗(yàn)驗(yàn)證，確定本橋C55微膨脹自密實(shí)高性能混凝土配合比如表1所示。所配制的C55自密實(shí)微膨脹混凝土具有優(yōu)良的工作性，混凝土表面無泌水線，無大氣泡，具有流動度大、無離析、色差小、粘聚性好等特點(diǎn)，滿足了本橋鋼管拱混凝土施工中采用真空輔助灌注法的技術(shù)要求。

2.3 鋼管拱混凝土灌注施工

2.3.1 泵送設(shè)備的配置

（1）拌和站設(shè)備及罐車。拌和站配備兩臺HZS75型拌和設(shè)備，保證每小時(shí)供料最少60m3。配備兩臺高壓水槍，以便混凝土從出漿孔冒出后，隨即清洗拱身。配備12臺罐車，其中柳州岸6臺，南寧岸8臺。

（2）輸送泵。為了降低鋼管拱混凝土灌注施工的泵送高度，本項(xiàng)目決定采用二次接力的方式，將工作輸送泵安設(shè)在最靠近拱座主墩的橫梁上，混凝土通過天泵輸送到該處的輸送泵內(nèi)。配備3臺輸送泵，南寧岸和柳州岸各1臺，備用1臺。輸送泵選用三一重工HBT80C-1818D-Ⅲ型拖泵，輸送泵的系統(tǒng)泵壓一般在8MPa左右，不能超過16MPa，防止爆管。配備兩臺天泵，南寧岸和柳州岸各1臺。

（3）真空泵。選用兩臺淄博產(chǎn)2BEA-252水環(huán)式真空泵。抽水機(jī)進(jìn)場4臺，揚(yáng)程200m。

2.3.2 安裝進(jìn)料管、排漿管和真空輔助系統(tǒng)

（1）單根拱肋鋼管半跨設(shè)1處進(jìn)料支管，進(jìn)料管與主拱鋼管焊接并加勁處理，進(jìn)料支管與拱肋鋼管軸線夾角<30°，進(jìn)料支管至鋼管底部高差<3m，支管材質(zhì)、管徑與輸送管相同（125mm）。單根拱肋鋼管半跨設(shè)1個排漿孔，在拱頂設(shè)置排漿管，排漿管及排漿孔直徑為200mm，排漿管高度為150cm。

（2）安裝真空輔助系統(tǒng)。將水環(huán)式真空泵及儲漿桶（容量≥3m3）吊至拱頂合適位置固定，用高壓軟管連接真空泵、儲漿桶和排漿口。在拱肋鋼管L/8、L/4、拱頂處和儲漿筒上設(shè)置帶有氣體閥門的真空表，在混凝土泵送前進(jìn)行抽真空試驗(yàn)，檢查壓注口、排漿口、排漿管等的密封性。

2.3.3 布設(shè)輸送管

本橋輸送管采用直徑為125mm的高壓管，在壓注孔的位置及管道線路上，應(yīng)設(shè)置足夠的支點(diǎn)和懸掛點(diǎn)，不可懸空，保證管道的穩(wěn)固性，并盡量減少彎頭。對接時(shí)，接頭膠墊圈位置準(zhǔn)確，聯(lián)結(jié)卡箍及螺栓安裝正確并上緊，以確保管節(jié)接口嚴(yán)密，杜絕混凝土頂升過程中發(fā)生脫管現(xiàn)象。輸送管安裝好后，禁止人員在管道上行走。

2.3.4 拱肋混凝土灌注

（1）泵送清水。在拱頂安裝高揚(yáng)程抽水機(jī)，將大量清水從拱頂注入主弦管內(nèi)部，沖洗鋼管內(nèi)的廢渣及銹跡。清洗完后用電焊封閉排渣孔。抽水機(jī)共設(shè)4臺，上下游各兩臺。

（2）泵送水泥和高標(biāo)號砂漿。泵送混凝土之前，先斷開泵管與閥門的連接，然后泵送1m3水泥漿和2m3同標(biāo)號砂漿，同標(biāo)號水泥砂漿采用與C55鋼管拱混凝土中相同的膠砂比及水膠比進(jìn)行拌制，注意砂漿不得進(jìn)入鋼管拱內(nèi)。

（3）泵送C55混凝土，啟動真空系統(tǒng)。啟動輸送泵機(jī)，先灌注進(jìn)料口至拱腳截面間的混凝土，然后泵送進(jìn)料口至拱頂混凝土。待混凝土邊界面距離進(jìn)漿管5m高的位置時(shí)，暫停輸送泵機(jī)，啟動真空泵抽真空，待真空度達(dá)到-0.08～-0.06MPa并保持穩(wěn)定時(shí)，再啟動輸送泵機(jī)，繼續(xù)泵送管內(nèi)混凝土。

（4）真空系統(tǒng)退出工作?；炷帘盟椭凉绊敽螅３诌B續(xù)泵送，將混凝土泵送至儲漿桶內(nèi)至少1m3后，暫停真空泵機(jī)，緩慢打開空氣閥門，待儲漿桶內(nèi)恢復(fù)大氣壓后，停止混凝土泵送。

（5）清洗設(shè)備，進(jìn)入下一條主弦管灌注施工。清洗、拆除輸送泵管，進(jìn)入下一條主弦管灌注施工。下一條主弦管灌注施工參照上一條施工進(jìn)行。下一條主弦管灌注施工完成后，再次清洗、拆除輸送泵管。

2.3.5 拱肋混凝土灌注施工控制

（1）混凝土灌注時(shí)間根據(jù)混凝土配合比的技術(shù)要求并結(jié)合氣溫高的特點(diǎn)，一般應(yīng)選擇一天中溫度較低時(shí)進(jìn)行。因?yàn)榻?jīng)過一個晚上的時(shí)間，鋼管拱肋的溫度得到降低，有利于混凝土在管內(nèi)的運(yùn)動，避免混凝土坍落導(dǎo)致?lián)p失過大，同時(shí)也可以使拌和混凝土所用的粗細(xì)骨料的溫度得到降低。

（2）混凝土在泵送過程中，專人指揮并協(xié)調(diào)好輸送泵的泵送速度，混凝土泵入同根鋼管內(nèi)兩端頂面高差≤3m，基本上保證每臺泵的進(jìn)料數(shù)量相近，當(dāng)個別輸送泵泵送速度較快時(shí)，可適當(dāng)放慢，等待其他泵同步后再繼續(xù)加力，防止鋼管拱形變超出設(shè)計(jì)要求。

（3）混凝土泵送過程中，應(yīng)維持鋼管內(nèi)真空度在-0.08～-0.06MPa范圍內(nèi)。當(dāng)混凝土泵送至鋼管法蘭接頭附件或者拱頂段時(shí)，宜維持真空度在-0.08～-0.07MPa范圍內(nèi)。泵送混凝土面接近真空表時(shí)，應(yīng)及時(shí)關(guān)閉空氣閥門，拆除真空表。

2.3.6 吊桿處平聯(lián)鋼管混凝土灌注

吊桿處平聯(lián)鋼管內(nèi)混凝土澆筑采用水平人工澆筑，在桿件上開孔，連接入漿管和出漿管。然后采用工作索吊運(yùn)盛裝混凝土的漿斗，人工放漿，混凝土經(jīng)過入漿管進(jìn)入管內(nèi)，再采用插入式振搗器振搗，使混凝土振搗密實(shí)。待混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后，再割除入漿管和出漿管，補(bǔ)平孔口。

2.3.7 各灌注孔補(bǔ)焊

混凝土各進(jìn)漿孔、冒漿孔、振搗孔、排渣孔在混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，均需進(jìn)行補(bǔ)焊牢固。對進(jìn)漿管和出漿管，應(yīng)用氧炔焰將其割除。割除時(shí)火焰切割位置應(yīng)高離弦管外壁>1cm，再用手砂輪打磨至弦管表面平齊，其目的是防止火焰燒壞管內(nèi)混凝土。在進(jìn)漿孔和冒漿孔處，應(yīng)將混凝土鑿去一定深度，再用同材質(zhì)同板厚鋼板封補(bǔ)孔洞。

2.4 施工效果

本橋鋼管拱C55混凝土施工過程中，采取相應(yīng)的措施對混凝土的試配、制作及鋼管拱混凝土的灌注等環(huán)節(jié)進(jìn)行控制。施工后經(jīng)超聲波和鉆芯取樣檢測，鋼管拱混凝土結(jié)構(gòu)完整，混凝土密實(shí)度和強(qiáng)度均符合設(shè)計(jì)要求，混凝土微膨脹效果明顯，無脫空現(xiàn)象，取得了良好的施工效果。

3 結(jié)語

總之，本橋采用C55微膨脹自密實(shí)高性能混凝土澆筑鋼管拱混凝土結(jié)構(gòu)不僅能減少空洞、蜂窩、麻面等質(zhì)量問題，還能增強(qiáng)密實(shí)性，提高施工速度，降低施工難度，避免了模具的損耗，收到了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，為今后鋼管拱橋混凝土施工積累了可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

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