鋼管拱橋內(nèi)頂升混凝土的工藝及質(zhì)量控制

王婷

摘要 結(jié)合大蘆線航道整治二期工程老蘆公路橋的施工實(shí)際情況，提出主橋鋼管拱混凝土采用單片拱肋從拱腳對(duì)稱壓注頂升至拱頂?shù)姆椒?，并?yán)格要求微膨脹混凝土的配合比和原材料，確保了頂升工藝的順利及鋼管內(nèi)混凝土的施工質(zhì)量。總結(jié)出鋼拱橋混凝土頂升施工工藝，以及質(zhì)量通病和控制措施，可為同類項(xiàng)目的施工及質(zhì)量控制提供參考。

關(guān)鍵詞 鋼管拱橋;混凝土頂升;質(zhì)量控制

中圖分類號(hào) U445.57 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2022）10-0113-03

0 引言

鋼管混凝土系桿拱橋?qū)儆阡摻Y(jié)構(gòu)與混凝土組合結(jié)構(gòu)中的一種，由于其一定程度上簡(jiǎn)化施工工藝，縮短了施工工期，同時(shí)成橋后具有觀賞價(jià)值，在城市橋梁建設(shè)中應(yīng)用廣泛。鋼管拱橋內(nèi)混凝土的頂升是鋼管拱橋成橋施工的關(guān)鍵之一，該文以上海市的一座鋼管混凝土系桿拱橋?yàn)槔?，探討鋼管混凝土拱橋混凝土的頂升施工工藝、質(zhì)量控制的措施。

1 項(xiàng)目概況

大蘆線航道整治二期工程老蘆公路橋的主橋長(zhǎng)度117 m，計(jì)算跨徑114 m。橋梁的上部結(jié)構(gòu)為下承式系桿拱橋，全橋采用兩片鋼管拱肋。鋼管混凝土采用C50微膨脹混凝土，單片拱肋混凝土方量約308 m3。按照對(duì)稱設(shè)計(jì)和均勻加載的準(zhǔn)則，采用拱肋的兩端同步壓注頂升的方法，直到排漿管溢出混凝土。該工程采用兩級(jí)泵送的方式施工。

2 施工流程

具體工藝流程詳見圖1。

3 施工準(zhǔn)備

3.1 配合比設(shè)計(jì)

必須有補(bǔ)償收縮的性能以及良好的和易性，能夠達(dá)到自密實(shí)效果。為保證強(qiáng)度和彈性模量，混凝土符合以下要求：

（1）鋼管內(nèi)混凝土選用干硬性混凝土（水灰比0.4～0.45左右），選用的外加劑對(duì)用水量不敏感。

（2）混凝土彈性模量不小于常規(guī)混凝土且和易性滿足要求。

（3）混凝土膨脹率控制在萬(wàn)分之3～3.5范圍內(nèi)。

（4）混凝土保證合理的骨料粒徑和級(jí)配，粗骨料外徑不宜大于25 mm，沙粒含泥量不大于1.5%。

（5）鋼管內(nèi)混凝土根據(jù)實(shí)際的泵送能力確定合理的初凝時(shí)間和終凝時(shí)間，并考慮緩凝型減水劑對(duì)膨脹率的降低。

（6）粉煤灰中SO的含量，控制在0.5%～1.5%左右。

（7）微膨脹混凝土必須按照要求進(jìn)行配合比強(qiáng)度和收縮試驗(yàn)，混凝土收縮徐變持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，因此收縮試驗(yàn)要有三個(gè)月以上的數(shù)據(jù)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果確定最終配合比方案。

（8）頂升混凝土實(shí)施前，混凝土配合比試驗(yàn)報(bào)告及數(shù)據(jù)提交設(shè)計(jì)單位確認(rèn)，明確各項(xiàng)參數(shù)是否滿足要求。

3.2 泵送設(shè)備配置

（1）混凝土拌合站：滿足生產(chǎn)技術(shù)能力的前提下主要考慮運(yùn)輸問(wèn)題。

（2）泵送設(shè)備：?jiǎn)纹袄叩膬啥瞬贾?臺(tái)高壓輸送泵，泵送頂升過(guò)程中要求同步進(jìn)行。全橋共6臺(tái)高壓輸送泵作為混凝土泵送機(jī)械，兩片拱肋兩側(cè)同時(shí)泵送需要4臺(tái)，2臺(tái)泵作為備用。

（3）混凝土運(yùn)輸車輛：視現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行車輛調(diào)度，另配備1輛備用車輛。

（4）混凝土拌合設(shè)備：所有拌合設(shè)備檢驗(yàn)調(diào)試后方可拌合作業(yè)。

（5）其他設(shè)備：現(xiàn)場(chǎng)配備2臺(tái)高壓沖洗水槍，有混凝土冒出后立即沖洗拱身。

3.3 澆注口、排氣孔、排漿管的布置

拱肋上的混凝土澆注口、排氣管及排漿孔在鋼結(jié)構(gòu)吊裝前就開口完成，具體布置見圖2。

（1）一級(jí)澆注口設(shè)置。一級(jí)澆注口距拱腳2～2.5 m，采用Φ125 mm、壁厚≥3.5 mm、長(zhǎng)度約140 cm的鋼管制成[1]，位于拱肋上部，伸到拱內(nèi)85 cm左右，與拱肋的拱軸線有45°的夾角，同時(shí)在拱內(nèi)導(dǎo)向管端部加一個(gè)135°彎頭使出料口方向與鋼管拱軸線一致，頂升的過(guò)程中減小阻力，保證順暢。拱肋上的開孔處設(shè)加固環(huán)筋提高其強(qiáng)度。通過(guò)法蘭將泵送管與澆注口緊密連接，并設(shè)截止閥，各構(gòu)件栓焊的質(zhì)量要嚴(yán)格控制，避免施工過(guò)程出現(xiàn)脫焊[2]。

（2）二級(jí)澆注口設(shè)置。二級(jí)澆注口設(shè)置在拱肋長(zhǎng)度約一半位置處，避開內(nèi)部加勁板位置，其他規(guī)格與一級(jí)澆注口一致。

（3）增壓排漿管設(shè)置。拱頂上每隔3 m對(duì)稱地安裝Φ150 mm的排漿管，長(zhǎng)度1.5 m，管端可向側(cè)面略微前傾，以免冒出的混凝土污染拱肋。

3.4 泵管的布置

泵管為耐高壓輸送管，由專人負(fù)責(zé)線路的排定。在混凝土澆注口的位置及管道上搭設(shè)支架，以確保管道泵送頂升的過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生晃動(dòng)。連接泵管之前仔細(xì)檢查內(nèi)部是否干凈，連接頭和密封圈是否完好無(wú)損，避免施工中發(fā)生堵管和泄露。泵管裝好后，逐節(jié)進(jìn)行密封性檢查，嚴(yán)禁人員在泵管上走動(dòng)。為避免發(fā)生意外，現(xiàn)場(chǎng)留一套同規(guī)格的泵管備用?；炷翂喝肭?，在輸送泵管上設(shè)防回流的截止閥，并對(duì)法蘭盤接頭的焊縫部位加勁處理。

4 混凝土頂升施工

4.1 人工澆注壓漿管下部區(qū)域的混凝土

拱腳以上2 m范圍內(nèi)的拱肋鋼管混凝土人工澆注，采用輸送泵直接輸入，人工使用振搗棒振搗密實(shí)。施工前在拱腳上方0.5 m處拱背中間開圓孔，直徑25 cm，作為混凝土泵入和振搗的通道。澆注后的混凝土頂面比壓注口處低40～50 cm，防止后續(xù)的混凝土泵送時(shí)集料產(chǎn)生離析，造成混凝土的質(zhì)量問(wèn)題。

4.2 泵管嚴(yán)密性試驗(yàn)

泵送混凝土前將截止閥關(guān)閉，料斗內(nèi)裝滿清水進(jìn)行泵送，起到洗管作用，同時(shí)可以驗(yàn)證泵管的嚴(yán)密性，檢查是否有泄露現(xiàn)象。

4.3 泵送高等級(jí)砂漿

泵送混凝土之前先泵送砂漿潤(rùn)滑泵管，起到減阻的效果。

4.4 鋼管混凝土頂升

鋼管混凝土的頂升初凝前完成，整個(gè)過(guò)程不得中斷[3]。澆注在當(dāng)天溫度較低時(shí)進(jìn)行，具體頂升工藝遵循以下要求：

（1）鋼管拱肋混凝土施工注意溫度控制，混凝土頂升施工時(shí)，拱肋的表面溫度超過(guò)要求，將覆蓋的土工布包裹起來(lái)并澆水降溫。避免因溫度過(guò)高造成混凝土產(chǎn)生裂縫。

（2）準(zhǔn)備工作就緒開始泵送混凝土，泵機(jī)開啟后先處于低速運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)，及時(shí)觀察泵的壓力表讀數(shù)和其他部件的狀況，待設(shè)備狀態(tài)良好、輸送順暢后再提升泵送速度。

（3）施工過(guò)程中盡可能避免出現(xiàn)停泵，混凝土供料不及時(shí)減緩壓送速度，提前預(yù)估避免停泵或空泵。

（4）混凝土泵送頂升時(shí)若進(jìn)入空氣立即將泵反轉(zhuǎn)，將混凝土再抽回料斗中，空氣排出后再正轉(zhuǎn)。

（5）單片拱肋嚴(yán)格遵守兩側(cè)對(duì)稱壓送的要求，避免因一側(cè)頂升過(guò)快而引起拱肋的縱向振動(dòng)。兩側(cè)拱肋的混凝土的高度相差不能大于1 m，可以通過(guò)混凝土消耗量和敲擊拱肋檢查的方法判斷。泵送過(guò)程中兩側(cè)隨時(shí)保持聯(lián)系以確?；炷恋耐綄?duì)稱頂升。

（6）排漿口開始有水泥漿液溢出時(shí)，說(shuō)明鋼拱內(nèi)大部分已充滿混凝土，這時(shí)減慢泵送的速度，用木棒或竹竿在排漿口內(nèi)插搗，擠出過(guò)多的漿液和空氣，直到流出的混凝土與泵入的混凝土濃度一樣，然后穩(wěn)壓一段時(shí)間后關(guān)閉截止閥。

4.5 設(shè)備清洗及封堵壓、排漿口

泵送完成并關(guān)閉防回流截止閥后拆除輸送泵管，對(duì)壓力泵和泵管進(jìn)行清洗。澆注口、排氣孔、排漿口的封堵宜用開孔時(shí)割下來(lái)的鋼板封閉焊接。

5 施工關(guān)鍵控制點(diǎn)

（1）壓送頂升混凝土?xí)r嚴(yán)格要求縱向?qū)ΨQ進(jìn)行。輸送泵的工作壓力在5～10 MPa范圍內(nèi)，防止過(guò)大造成爆管。

（2）拱肋上的孔洞切割、焊接時(shí)有相應(yīng)降溫措施，避免燒傷混凝土和造成鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)力變形。所有孔的密封焊接光滑平整，不得有突出和漏焊點(diǎn)。

（3）當(dāng)鋼管拱內(nèi)發(fā)生堵塞，立即停止泵送并關(guān)閉壓注口截止閥，將管道與截止閥的接頭拆開，排出泵管內(nèi)的全部混凝土，檢查鋼管拱內(nèi)混凝土的位置，在混凝土面以下約2 m的位置開孔，從孔口插入振搗棒將頂部的混凝土振搗密實(shí)，然后焊接備好的壓注管口，按初始泵送的要求繼續(xù)壓注頂升混凝土直至拱頂。

（4）一旦發(fā)生鋼管脹裂立即停止泵送卸壓，關(guān)閉壓注口截止閥，在裂縫處以下0.5 m開孔將上部的混凝土全部排出，插入振搗棒將下部混凝土振搗密實(shí)，緊接著將脹裂部位的鋼管恢復(fù)原樣，然后焊接裂縫，經(jīng)檢測(cè)不影響質(zhì)量后繼續(xù)上部混凝土壓注頂升。

（5）施工過(guò)程中嚴(yán)格控制端橫梁的變形，主橋墩兩側(cè)面埋設(shè)測(cè)量標(biāo)志，用儀器觀測(cè)鋼管拱混凝土頂升每個(gè)階段的墩頂水平位移情況。

6 質(zhì)量通病和控制措施

6.1 頂升過(guò)程中由中斷或排氣不暢引起混凝土空腔的控制

（1）審核方案排氣孔設(shè)置的合理性，現(xiàn)場(chǎng)檢查排氣孔安裝質(zhì)量是否按方案進(jìn)行。

（2）泵送的時(shí)候料斗里至少要有一半的混凝土，以避免泵入空氣，施工要連續(xù)泵送到排漿管流出干凈的混凝土為止。

6.2 混凝土配合比的問(wèn)題造成收縮裂縫的控制

（1）施工前，嚴(yán)格審核混凝土配合比是否合理，特別是外加劑的添加比例，查看試驗(yàn)配比報(bào)告。

（2）現(xiàn)場(chǎng)對(duì)混凝土的塌落度進(jìn)行檢查，并比對(duì)隨車的配合比報(bào)告單，對(duì)于不符合要求的混凝土廢棄處理。

6.3 鋼管內(nèi)壁銹蝕導(dǎo)致混凝土與管壁粘結(jié)不良的控制

（1）鋼拱肋制作過(guò)程中加強(qiáng)內(nèi)壁防銹處理質(zhì)量的檢查。

（2）檢查壓送混凝土前是否對(duì)拱內(nèi)壁清洗，清除雜物，增強(qiáng)混凝土與管壁的粘結(jié)。

6.4 原材料不良或拋投壓注造成混凝土離析的控制

（1）原材料嚴(yán)格把關(guān)，粗骨料中針片狀含量、骨料最大粒徑及級(jí)配要滿足要求，如果粉含量較大，可用水沖洗干凈后再使用。細(xì)骨料以天然中砂為宜，如有必要可過(guò)篩?；炷涟韬贤瓿珊笠蠊ぷ餍院茫浑x析，坍落度損失小。

（2）加強(qiáng)拌合站的攪拌質(zhì)量，攪拌機(jī)口也要進(jìn)行坍落度檢查。

（3）如果混凝土中粗細(xì)骨料分離嚴(yán)重，會(huì)造成混凝土裂縫，應(yīng)禁止使用。

6.5 泵壓不足、壓注速度過(guò)快造成混凝土不密實(shí)的控制

（1）壓注過(guò)程中，隨時(shí)檢查輸送泵的泵壓及壓注速度。

（2）泵壓在正常工作范圍內(nèi)，施工中避免因泵壓過(guò)大而引起輸送管發(fā)生爆裂或截止閥的連接開焊脫落。

（3）單拱兩端的壓注速度保持均衡一致，避免產(chǎn)生壓力差。

7 鋼管混凝土的質(zhì)量檢測(cè)及處理

拱肋內(nèi)混凝土養(yǎng)護(hù)達(dá)到要求后檢查其密實(shí)情況，考慮到混凝土的收縮徐變，施工完成后的2個(gè)月左右也要進(jìn)行一次檢查。檢查的方法可以通過(guò)人工敲擊和超聲波檢測(cè)相結(jié)合，先用人工敲擊鋼拱肋初步檢測(cè)，聲音又重又啞，說(shuō)明混凝土已經(jīng)充滿，否則可能有異常，應(yīng)提高檢測(cè)密度，確定超聲波探測(cè)范圍[4]。對(duì)于超聲檢測(cè)提出的可疑部位，將鉆孔復(fù)查，如果發(fā)現(xiàn)脫粘率>20%，或脫粘空隙厚度>3 mm，則鉆孔壓漿補(bǔ)強(qiáng)加固。壓漿完成后壓漿孔牢固焊接，表面打磨光滑。

8 結(jié)束語(yǔ)

該鋼管混凝土拱橋內(nèi)混凝土的泵送頂升一次性成功，經(jīng)檢測(cè)拱肋內(nèi)混凝土的密實(shí)性合格率100%，實(shí)踐證明，施工過(guò)程中的質(zhì)量控制措施是有效的，總結(jié)出的施工工藝及質(zhì)量控制措施對(duì)類似的鋼管拱橋施工提供參考。

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