公路橋梁鋼管混凝土拱橋技術(shù)研究

秦家豪

（山西路橋第一工程有限公司，山西 太原 030006）

0 引言

公路橋梁施工環(huán)節(jié)，鋼管混凝土拱橋技術(shù)的應(yīng)用范圍較小，但其本身具備一定的優(yōu)勢(shì)，如在實(shí)際應(yīng)用中抗震性和抗壓性強(qiáng)，這樣能夠更好地保證工程的整體性能，能更好地滿足實(shí)際需求[1]。在一些跨度大的橋梁工程中，優(yōu)勢(shì)更加明顯。目前，相關(guān)領(lǐng)域的研究者對(duì)鋼管混凝土拱橋技術(shù)的研究更加深入，使此項(xiàng)技術(shù)能夠在更大范圍得到應(yīng)用，如應(yīng)用在公路橋梁工程中，能降低橋梁中的裂縫數(shù)量，提高橋梁的安全性和穩(wěn)定性，保障公眾日常的安全出行，降低交通事故發(fā)生率。

1 公路橋梁工程概況

某公路的橋梁總長(zhǎng)度是586.35m，寬度達(dá)28.58m，主橋部分以五孔鋼筋混凝土作為下承式系桿，填充鋼管采取C40 微膨脹混凝土，高71.2m，跨0.85m，寬1.78m，總體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，施工正常，公路橋梁實(shí)際應(yīng)用能力強(qiáng)。

2 工程施工方案準(zhǔn)備

2.1 施工方案

公路橋梁建設(shè)參照力學(xué)原理，施工時(shí)相關(guān)人員在拱橋的拱軸線兩側(cè)開設(shè)壓注孔，大約在1.9～2m 處。施工過(guò)程中通過(guò)輸送泵壓注混凝土，為了使鋼管內(nèi)混凝土密度大、強(qiáng)度高，滿足工程需求，考慮采用鋼管混凝土拱橋技術(shù)來(lái)進(jìn)行。

2.2 前期準(zhǔn)備作業(yè)

工程施工之前要進(jìn)行好準(zhǔn)備作業(yè)，其中包括觀察和測(cè)量，做好準(zhǔn)備作業(yè)利于方案的后續(xù)開展。在施工之前對(duì)工程情況進(jìn)行嚴(yán)格檢查，測(cè)量好公路軸線，最大限度地減小施工中的誤差，降低對(duì)施工的影響。同時(shí)，還需做好技術(shù)交底工作，要求技術(shù)人員了解鋼管混凝土拱橋技術(shù)施工方案重點(diǎn)，掌握技術(shù)操作流程，為項(xiàng)目后續(xù)實(shí)施奠定基礎(chǔ)。

3 工程施工工藝

3.1 拱肋支架

第一，采取相關(guān)措施，預(yù)防在鋼立柱受力環(huán)節(jié)出現(xiàn)柱腳周邊部位上的連系梁損壞的情況，否則將造成整體結(jié)構(gòu)的性能不合格。根據(jù)工程的施工需要，應(yīng)該增大柱腳部位系梁結(jié)構(gòu)的受力面積，或者采取加強(qiáng)的措施，以確保結(jié)構(gòu)性能符合要求。按照設(shè)計(jì)方案的要求，在現(xiàn)場(chǎng)施工中增加柱腳臨時(shí)鋼筋混凝土基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，其尺寸和性能需要符合標(biāo)準(zhǔn)，促進(jìn)結(jié)構(gòu)受力性能的提升，確保結(jié)構(gòu)的總體質(zhì)量符合工程標(biāo)準(zhǔn)[2]。

第二，拱肋支架需要安裝到鋼管拱架的連接位置上，在空間設(shè)置上，通常需要在拱肋的位置應(yīng)用千斤頂進(jìn)行上下結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)，并進(jìn)行滿焊連接，形成整體結(jié)構(gòu)，為鋼管拱的焊接施工提供基礎(chǔ)條件。由于鋼管焊接作業(yè)對(duì)質(zhì)量要求較高，所以要加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)焊接控制，采取包裹措施，以免受風(fēng)力影響，降低焊接效果。

第三，由于拱肋的高度比較高，因此在支架相關(guān)參數(shù)的驗(yàn)算環(huán)節(jié)，應(yīng)考慮風(fēng)荷載的作用，尤其是橫向風(fēng)荷載，并加強(qiáng)管理和控制。除了現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)進(jìn)行必要的圍護(hù)，還要對(duì)系梁的梁面以上部位采取各項(xiàng)橫風(fēng)受力保護(hù)措施。如果拱肋混凝土施工在冬季進(jìn)行，風(fēng)荷載受力的驗(yàn)算分析還要考慮養(yǎng)護(hù)的要求。為了使支架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性符合標(biāo)準(zhǔn)，建議系梁現(xiàn)場(chǎng)施工中預(yù)埋鋼筋或者螺栓，使之與鋼柱的柱腳以及底部的混凝土結(jié)構(gòu)穩(wěn)定連接，達(dá)到橫向連接的施工效果。

第四，拱肋支架采取縱橫對(duì)稱設(shè)置的方式，支架施工材料臨時(shí)存放在系梁處，容易導(dǎo)致荷載升高、結(jié)構(gòu)偏載，因此要加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)管控。

3.2 鋼管拱加工

在鋼管拱加工過(guò)程中，需要注意以下幾點(diǎn)。

第一，必須遵循工藝方案設(shè)計(jì)分段長(zhǎng)度，并在實(shí)際加工過(guò)程中按照方案進(jìn)行。如果現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)沒有特殊要求，應(yīng)從運(yùn)輸、安裝的便利性出發(fā)考慮分段長(zhǎng)度[3]。

第二，鋼管接口的部位應(yīng)該盡量避開吊桿、拱肋預(yù)埋套管等結(jié)構(gòu)，明確接口部位之后，按照現(xiàn)場(chǎng)要求設(shè)計(jì)拱肋支架結(jié)構(gòu)。

第三，鋼管拱加工環(huán)節(jié)，針對(duì)相鄰鋼架連接口的部位，要采取臨時(shí)加固的方式進(jìn)行處理，而后采取焊接機(jī)對(duì)鋼板進(jìn)行焊接施工。焊接工作結(jié)束后，進(jìn)行鋼板切割處理，確保不會(huì)對(duì)后續(xù)施工帶來(lái)影響。

第四，在鋼管拱加工環(huán)節(jié)必須按照設(shè)計(jì)方案進(jìn)行操作，并采取有效措施加以管理和控制。

第五，加工鋼管拱時(shí)應(yīng)預(yù)留孔洞，以便進(jìn)行泵送混凝土狀態(tài)檢查和排氣。監(jiān)理單位需進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)督檢查，并派遣專人進(jìn)行監(jiān)造，確保整個(gè)過(guò)程嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)方案和工藝標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，每項(xiàng)參數(shù)均能滿足施工要求，若出現(xiàn)問(wèn)題需及時(shí)采取修正措施。鋼管拱加工施工現(xiàn)場(chǎng)見圖1、圖2。

圖1 鋼管拱加工施工現(xiàn)場(chǎng)1

3.3 觀測(cè)鋼管拱

在公路橋梁建設(shè)中，完整的測(cè)量數(shù)據(jù)是必不可少的。在觀測(cè)鋼管拱的過(guò)程中，要仔細(xì)觀測(cè)各項(xiàng)數(shù)據(jù)指標(biāo)，明確每個(gè)環(huán)節(jié)的情況，并嚴(yán)格落實(shí)好各個(gè)環(huán)節(jié)的施工，如果發(fā)現(xiàn)問(wèn)題要及時(shí)處理。經(jīng)過(guò)初次測(cè)量，要根據(jù)實(shí)際情況繪制曲線圖，以便更直觀地掌握鋼管輸送混凝土的情況，同時(shí)記錄好每個(gè)階段的情況，并及時(shí)監(jiān)測(cè)各項(xiàng)數(shù)據(jù)，將之繪制表格中。

3.4 注壓、成型

鋼管是公路橋梁建設(shè)中廣泛使用的材料，其具有很強(qiáng)的承載力，可以抵抗變形情況，在大跨度橋梁工程中發(fā)揮著重要作用。因此澆筑混凝土?xí)r，可以利用鋼管進(jìn)行二級(jí)壓注和一次成型。在壓注和成型的過(guò)程中，要做好對(duì)材料的保護(hù)，減少對(duì)材料的破壞和損害，同時(shí)要注意施工效率和質(zhì)量。注壓、成型施工現(xiàn)場(chǎng)見圖3。

圖3 注壓、成型施工現(xiàn)場(chǎng)

3.5 壓注頂升施工

進(jìn)行壓注頂升施工時(shí)，需要注意以下幾點(diǎn)：

第一，灌注鋼管時(shí)要好好檢查好泵管的接頭，確保接頭嚴(yán)密，避免泵送混凝土?xí)r氣壓過(guò)大，導(dǎo)致接口斷開，從而發(fā)生漏漿。為此，要對(duì)接口及時(shí)加墊橡皮筋，若發(fā)現(xiàn)有接口未加墊要及時(shí)補(bǔ)加，以降低對(duì)工程工期和質(zhì)量的影響[4]。

第二，進(jìn)行回閥時(shí)，需要使用混凝土進(jìn)行攪拌，并確保攪拌充分，這樣才能保證其形成砂漿。將砂漿放入混凝土泵車時(shí)，必須使其先保持流動(dòng)狀態(tài)，以潤(rùn)滑泵管，進(jìn)而降低運(yùn)輸中的阻力。

第三，使用泵車時(shí)需要派遣專人觀察混凝土的情況。如果混凝土在運(yùn)輸中出現(xiàn)問(wèn)題，需要進(jìn)行及時(shí)處理。一般來(lái)說(shuō)，如果出現(xiàn)一些異常聲音，必須及時(shí)處理，因?yàn)檫@意味著可能壓到了注點(diǎn)的位置。

4 工程施工期間需要注意的具體內(nèi)容

4.1 科學(xué)設(shè)計(jì)混凝土成分配合比

進(jìn)行鋼管混凝土建設(shè)時(shí)，需要使混凝土保持流動(dòng)性，這樣才能使混凝土順利泵送到規(guī)定的位置。所以，在混凝土施工期間，需要進(jìn)行全面的考慮，并合理計(jì)算混凝土的配合比情況。同時(shí)，在混凝土配合比設(shè)計(jì)階段，還需考慮混凝土坍落度，通過(guò)詳細(xì)地計(jì)算明確指標(biāo)取值，只有這樣才能保證混凝土施工的質(zhì)量。

4.2 拱橋兩側(cè)同步且對(duì)稱開展混凝土壓注

在混凝土壓注過(guò)程中，需要保證混凝土能夠同步開展對(duì)稱施工。因?yàn)榛炷磷陨淼闹亓勘戎卮?，在混凝土壓注環(huán)節(jié)容易給拱線造成影響。因此，壓注時(shí)需要派專人對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的情況進(jìn)行觀察，并且在進(jìn)行混凝土澆筑之前，還要做好拱形橋兩側(cè)水平線的測(cè)量，確保相關(guān)的施工參數(shù)滿足要求，若出現(xiàn)參數(shù)偏差現(xiàn)象則進(jìn)行調(diào)試后，方可開展混凝土壓注施工。具體壓注階段，需要按照兩側(cè)同步壓注原則進(jìn)行操作，要求施工人員控制好節(jié)奏，同時(shí)對(duì)壓注量進(jìn)行觀察，保證施工質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)方案要求。此外，在施工環(huán)節(jié)還要控制好壓注漿液的壓力，減少工程質(zhì)量問(wèn)題出現(xiàn)。

4.3 提升公路橋梁工程質(zhì)量的措施

在公路橋梁工程施工階段，由于處于露天環(huán)境下施工，很容易受到天氣、溫度等影響，對(duì)項(xiàng)目開展造成阻礙，因此，在橋梁鋼管混凝土拱橋施工時(shí)要加強(qiáng)施工現(xiàn)場(chǎng)的質(zhì)量控制。

第一，優(yōu)化混凝土的配合比。在混凝土配制中，需要控制混凝土的坍落度，保證在18～20cm 之間。同時(shí)，根據(jù)壓注速度對(duì)混凝土的初凝時(shí)間進(jìn)行測(cè)算，為了提升使構(gòu)件的承載力，減少普通混凝土在灌注過(guò)程中產(chǎn)生的混凝土鋼管間隙問(wèn)題，可以設(shè)定相應(yīng)的參數(shù)值。此外，由于鋼管結(jié)構(gòu)的安全性會(huì)影響鋼管混凝土的質(zhì)量，因此在配合比設(shè)計(jì)過(guò)程中，還需要特別注意對(duì)微膨脹率的分析，綜合分析鋼管和混凝土收縮空隙等問(wèn)題，通過(guò)混凝土配合比試驗(yàn)控制膨脹率，避免造成泵送困難。

第二，做好壓力控制。在鋼管混凝土拱橋技術(shù)應(yīng)用階段，結(jié)構(gòu)成型需要一次成型，這對(duì)鋼管結(jié)構(gòu)的承載力要求非常高。因此，為了減少鋼管出現(xiàn)變形的情況，需要采取二次注壓的方式進(jìn)行施工，通過(guò)二次分層澆筑方式的應(yīng)用，可以減少壓漿沖擊量產(chǎn)生的重力。

第三，如果混凝土之間的間隙比較大，會(huì)導(dǎo)致混凝土在實(shí)際施工中出現(xiàn)膨脹，鋼管就容易出現(xiàn)變形問(wèn)題[5]。為保證混凝土具備良好的承受力，需要采取有效措施，在施工期間將混凝土之間的間隙控制在合理范圍內(nèi)。在室外施工中，溫度是最大的影響因素，因此需要采取合理措施來(lái)控制溫度，最大限度地避免出現(xiàn)間隙，以確保整個(gè)工程的質(zhì)量符合規(guī)定，符合實(shí)際生產(chǎn)要求。

第四，做好現(xiàn)場(chǎng)的質(zhì)量與安全控制。公路橋梁鋼管混凝土拱橋技術(shù)應(yīng)用環(huán)節(jié)，做好現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量控制與安全管理非常必要。一是從混凝土拱橋質(zhì)量控制層面分析：要求技術(shù)人員按照橋梁施工規(guī)范及技術(shù)操作流程做好技術(shù)合理應(yīng)用，不能出現(xiàn)違規(guī)施工等情況。在具體工程開展階段，當(dāng)分項(xiàng)工序完成以后施工方需要進(jìn)行質(zhì)量自檢，查看結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等參數(shù)是否滿足需求，唯有各方面參數(shù)滿足規(guī)定后方可開展后續(xù)項(xiàng)目。二是從安全控制方面分析：在施工前期需要做好安全教育工作，施工人員需要持證上崗，施工過(guò)程加強(qiáng)基礎(chǔ)安全防護(hù)措施。此外，還要利用信息化技術(shù)構(gòu)建管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全體監(jiān)督管理，減少不規(guī)范或意外問(wèn)題出現(xiàn)。

5 結(jié)語(yǔ)

總之，應(yīng)用公路橋梁鋼管混凝土拱橋技術(shù)時(shí)，要想切實(shí)提升工程的整體效率，需要明確技術(shù)方案，并按照工藝流程進(jìn)行操作。同時(shí)要嚴(yán)格控制施工現(xiàn)場(chǎng)，并加強(qiáng)施工期間的管理控制，如此才能切實(shí)提升整體施工效果。