鋼管混凝土拱橋施工技術(shù)應(yīng)用研究

蒙永升

（廣西路橋工程集團(tuán)有限公司，南寧 530000）

1 鋼管混凝土拱橋施工技術(shù)要點(diǎn)

1.1 鋼管混凝土拱橋的組成

鋼管混凝土拱橋的構(gòu)成部分主要包括拱肋、橫向聯(lián)系及懸掛結(jié)構(gòu)。拱肋部分采用鋼管混凝土。提籃式拱可以增強(qiáng)橫向拱肋的穩(wěn)定性，其拱軸線通常采用二次拋物線，還可以采用懸鏈線。拱肋通常采用無鉸拱，拱肋矢跨比為1/7～1/4。拱橋的橫向聯(lián)系一般可做成橫撐、對(duì)角撐以及空格式構(gòu)造。懸掛結(jié)構(gòu)的吊桿有柔性吊桿與剛性吊桿兩種，行車道系由橋面板和縱、橫梁組成。

1.2 吊桿選型

鋼管混凝土拱橋中，柔性吊桿是采用高強(qiáng)鋼絲繩與冷壓粗圓鋼做成的，承擔(dān)軸向力，采用柔性吊桿要注重后期的防銹處理，以提高吊桿的耐久性。剛性吊桿的截面通常呈矩形，桿件在長(zhǎng)期荷載下會(huì)有徐變影響，結(jié)構(gòu)混凝土的齡期為τ 時(shí)，可以計(jì)算出結(jié)構(gòu)內(nèi)任意點(diǎn)在t時(shí)刻的總應(yīng)變，計(jì)算公式如下：

式中，ε（x，y）為總應(yīng)變，x、y分別為x軸、y軸；φ（t，τ）為滯后彈性徐變系數(shù)；σx，y為沿x與y軸雙向拉伸產(chǎn)生的應(yīng)力；E為核心混凝土彈性模量，MPa。

在對(duì)齡期調(diào)整時(shí)，需考慮彈性模量，有效彈性模量Ec（τ）的調(diào)整可以按照式（2）計(jì)算：

式中，E（τ）為混凝土28 d 齡期的彈性模量，MPa；x（t，τ）為齡期系數(shù)。

同時(shí)，剛性吊桿的截面比上下節(jié)點(diǎn)位置構(gòu)成的局部彎矩要小，截面尺寸在順橋方向設(shè)計(jì)較小，以此減少剛性吊桿的承受彎矩。橫橋方向設(shè)計(jì)的截面尺寸比順橋方向要更大，可以增加拱肋的穩(wěn)定性。

1.3 預(yù)壓作業(yè)

橋梁支架預(yù)壓作業(yè)是為了檢測(cè)支架與地基的強(qiáng)度及穩(wěn)定性，避免橋梁支架在混凝土施工之前出現(xiàn)非彈性變形等情況[1]。預(yù)壓作業(yè)首先要確定內(nèi)模結(jié)構(gòu)，然后在完成支架及底部模板鋪設(shè)的基礎(chǔ)上開展預(yù)壓作業(yè)。支架預(yù)壓后澆筑混凝土，混凝土澆筑由跨中向兩邊的方向進(jìn)行，預(yù)壓可以使用水袋或沙袋。預(yù)壓采用分步推進(jìn)的方法，第一次加載到總加載重量的50%，第二次加載到總加載重量的75%，第三次加載到總加載重量的100%，每次加載完成后均靜置2 h，測(cè)量觀察點(diǎn)的高程并記錄，如果不滿足要求，應(yīng)采取加固措施，再重復(fù)加載步驟直到符合要求為止。如果測(cè)量結(jié)果達(dá)標(biāo)，則靜置48 h，然后分步全部卸載。

1.4 泵送頂升技術(shù)

泵送頂升就是在鋼管底部打孔，等鋼管安裝就位后，從鋼管底部打入混凝土，向上逆頂澆筑，直到頂升到拱頂位置。泵送頂升是鋼管混凝土拱橋施工中一項(xiàng)至關(guān)重要的技術(shù)，與傳統(tǒng)的澆筑方式相比，泵送頂升技術(shù)不搭設(shè)高空腳手架，施工更加簡(jiǎn)便安全，利用混凝土泵送壓力能夠一次性完成壓注，澆筑速度快、效率高，頂升擠壓密實(shí)，不容易出現(xiàn)氣孔。泵送頂升技術(shù)實(shí)施期間，要求能做好鋼管拱肋混凝土澆筑檢測(cè)，檢測(cè)項(xiàng)目、方法與允許偏差見表1。

表1 鋼管拱肋混凝土澆筑檢測(cè)內(nèi)容

采用泵送頂升技術(shù)應(yīng)注意以下技術(shù)要點(diǎn)：

1）針對(duì)出漿孔的制作，在骨架合龍后，拱頂位置的鋼管上部應(yīng)設(shè)置出漿孔，出漿孔的直徑大約為0.12 m，出漿孔處需外焊鋼管，外焊鋼管的長(zhǎng)度約為0.12 m，并設(shè)置厚度為1.2 cm 的鋼板作為加勁板。

2）針對(duì)孔、頭的設(shè)置，為了填充混凝土停止泵送頂升澆筑后產(chǎn)生的回落空隙，在鋼管的頂部應(yīng)當(dāng)開設(shè)排氣泄壓孔，也可設(shè)置溢流泄壓孔，孔的截面積大于或等于混凝土泵送管的截面積，這樣可以防止回落空隙情況的出現(xiàn)。

3）混凝土在鋼管中流動(dòng)時(shí)會(huì)受到一定的空氣阻力，阻礙混凝土向上流動(dòng)。為了更好地查看混凝土的流動(dòng)情況，需要沿著鋼管在豎直方向設(shè)置排氣孔，排氣孔與排氣孔之間的間距為30 m。當(dāng)排氣孔中流出混凝土?xí)r，利用螺桿封堵排氣孔。除此之外，為了保證混凝土的連續(xù)均勻與密實(shí)，在向鋼管內(nèi)澆筑混凝土的過程中，必須連續(xù)無間斷地進(jìn)行，中途不得有停頓。如果必須出現(xiàn)中斷的情況，中斷時(shí)間應(yīng)控制在30 min 之內(nèi)。

4）在第一級(jí)混凝土澆筑完成之后，緊接著開始第二級(jí)壓注，壓注可以采用多點(diǎn)對(duì)稱壓注方法，順序?yàn)閺纳现料?，從大鋼管到小鋼管。加載設(shè)計(jì)通常分兩步進(jìn)行壓注，第一步是對(duì)下弦壓注，接下來是對(duì)上弦壓注，壓注4 根鋼管的時(shí)間不能超過15 h。

5）混凝土頂升澆筑到鋼管頂部位置的時(shí)候，會(huì)從排氣孔中溢出，此時(shí)不再進(jìn)行混凝土輸送，等待混凝土向上沉實(shí)大約7～8 min，用振搗器振搗混凝土，再繼續(xù)泵送頂升操作，等待混凝土再次從排出孔溢出，鋼管內(nèi)的混凝土沉積密實(shí)，混凝土頂升澆筑結(jié)束。

6）混凝土頂升澆筑之前，要用膠皮將注漿管上的孔洞遮蓋住，設(shè)置管卡卡緊，讓混凝土漿沒有外漏的空隙。在結(jié)束泵送頂升澆筑后，先拆除澆筑混凝土之間在孔洞上設(shè)置的膠皮及管卡，然后撤除混凝土上輸送管。同時(shí)，阻流裝置內(nèi)應(yīng)打入圓鋼，鋼筋的間距不能超過混凝土中石子的直徑，通常設(shè)置為1.5 cm，這樣能夠有效阻擋混凝土回流，提高混凝土上輸效率。

2 鋼管混凝土施工技術(shù)質(zhì)量控制要點(diǎn)

2.1 科學(xué)控制混凝土配合比

根據(jù)實(shí)際施工要求配比混凝土是提高鋼管混凝土施工質(zhì)量的關(guān)鍵工作?；炷恋奶涠葹?7～21 cm，結(jié)合壓注速度可以算出混凝土初凝所花費(fèi)的時(shí)間。影響混凝土配合比的重要因素是微膨脹率，因此，首先要科學(xué)計(jì)算混凝土的微膨脹率，再根據(jù)要求進(jìn)行砂、石、水的配比。如果配合比設(shè)計(jì)不科學(xué)，就有可能出現(xiàn)泵送困難、出現(xiàn)空隙等現(xiàn)象，合理把控混凝土配合比，是提高施工質(zhì)量的關(guān)鍵性因素[2]。

細(xì)骨料的密度、松散堆積密度、吸水率、含泥量與細(xì)度模數(shù)需分別控制為2.63 g/cm3、1.48 g/cm3、1%、0.6%、2.6；粗骨料的密度、松散堆積密度、吸水率需分別控制為2.71 g/cm3、1.53 g/cm3、0.58%，要求Cl-的含量不能超過0.06%，且最大粒徑需控制在輸送管徑的1/4～1/3。在高性能混凝土中粉煤灰參量一般為水泥含量的5%～10%，要求粉煤灰性能指標(biāo)需符合表2 要求。

表2 粉煤灰性能指標(biāo)

2.2 鋼管微膨脹混凝土配制

采用攪拌車運(yùn)輸鋼管高性能微膨脹混凝土，使用混凝土車載泵泵送，確保鋼管微膨脹混凝土可泵性較高，要求目標(biāo)坍落度為180～220 mm，電通量控制在＜1 000 ℃。確定鋼管拱C55 混凝土配制強(qiáng)度，可根據(jù)式（3）計(jì)算：

式中，fcu,0為混凝土配制強(qiáng)度，MPa；fcu,k為混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度，MPa；σ 為混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差。

在對(duì)水灰比進(jìn)行確定時(shí)，需使用（4）計(jì)算：

式中，W為水的質(zhì)量，kg；C為水泥的質(zhì)量，kg；fce為水泥在28 d 時(shí)的抗壓強(qiáng)度實(shí)測(cè)值，MPa；αα、αb為回歸系數(shù)。

2.3 采取鋼管混凝土養(yǎng)護(hù)措施

1）對(duì)拱肋進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。對(duì)拱肋的養(yǎng)護(hù)，要求在施工完成后的午后進(jìn)行，避免在夏季高溫時(shí)間進(jìn)行。在具體操作中，需在脫粘處上下各鉆一個(gè)孔，將φ10 mm 鋼管焊接在下孔處，連接鋼嘴與壓漿嘴；下孔送風(fēng)需使用空壓機(jī)進(jìn)行，連通的條件是上空出風(fēng)；制備好的壓漿材料需使用壓漿機(jī)輸送。

2）拱座的養(yǎng)護(hù)。當(dāng)拱座與裸露的鋼管混凝土交界段以上露出的鋼管表面，如果土層有龜裂等問題時(shí)，對(duì)于混凝土的包裹時(shí)長(zhǎng)可適當(dāng)延長(zhǎng)；當(dāng)外包混凝土有裂紋等情況時(shí)，但沒有明顯的變形時(shí)，可以涂抹水泥砂漿，并定期觀察；及時(shí)排除拱座處積水，保持干燥。

3）吊桿系統(tǒng)的養(yǎng)護(hù)。吊桿、錨具等是吊桿的主要組成部分，橋梁的耐久性、承載能力會(huì)受到吊桿系統(tǒng)質(zhì)量的影響。在養(yǎng)護(hù)期間，需做好防水防銹工作，經(jīng)常涂抹潤(rùn)滑油到絲扣上以起到防腐作用。同時(shí)也要涂漆到吊索系統(tǒng)，補(bǔ)刷防銹漆。

4）橋面系的養(yǎng)護(hù)。收集橋面上已經(jīng)出現(xiàn)松動(dòng)的礦料，等溫度達(dá)到15 ℃以上時(shí)，需及時(shí)噴灑瀝青，噴灑量為0.8～1 kg/m2，然后將石屑均勻撒在上面，要求石屑粒徑為3～6 mm。

2.4 穩(wěn)定性分析

在跨徑增大的過程中，鋼管混凝土拱橋的拱圈橫向剛度、寬跨比會(huì)減小，這樣就會(huì)使拱橋在橫向出現(xiàn)失穩(wěn)。當(dāng)拱圈寬度在跨境的1/20 以內(nèi)時(shí)，需要對(duì)拱圈的橫向穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算，確保橋梁的穩(wěn)定性滿足要求。影響鋼管混凝土拱橋穩(wěn)定性的因素有矢跨比、支撐形式、橫撐剛度、拱肋剛度等，所以，需結(jié)合工程實(shí)際情況合理選擇矢跨比，一般情況下矢跨比需控制在1/5～1/3。另外，采用橫撐形式能確保拱橋的穩(wěn)定，可以選擇“K”字形或“米”字形橫撐，提升拱橋橫向剛度確保拱橋穩(wěn)定性。橫撐的剛度也會(huì)影響拱橋的穩(wěn)定性，且橫撐的剛度與屈曲安全系數(shù)為線性關(guān)系。

3 結(jié)語

綜上所述，應(yīng)用鋼管混凝土拱橋施工技術(shù)開展公路工程橋梁施工，不僅要強(qiáng)化施工技術(shù)管理，發(fā)揮出鋼管混凝土施工技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值，還要做好施工細(xì)節(jié)控制，保障施工質(zhì)量與安全，為推動(dòng)公路工程橋梁建設(shè)事業(yè)貢獻(xiàn)技術(shù)力量。