鋼管混凝土拱橋混凝土頂升施工工藝

丁靖

(中鐵上海工程局第一工程有限公司，安徽 蕪湖 241000)

鋼管拱橋作為一個(gè)新型鋼結(jié)構(gòu)橋梁，在現(xiàn)在的城市新建、改建、擴(kuò)建中是隨處可見，拱橋本身具有外形美觀、氣勢宏偉等特點(diǎn)，具有良好的觀賞價(jià)值?，F(xiàn)設(shè)計(jì)的鋼管拱橋大都采用拱芯內(nèi)灌注混凝土形式，充分利用了大型鋼結(jié)構(gòu)制作方便及混凝土結(jié)構(gòu)抗壓受力特點(diǎn)，使其各展所長。而鋼管拱混凝土灌注則是鋼管拱橋施工成敗的關(guān)鍵之一。下面以南寧市某鋼管拱橋大型鋼管拱混凝土頂升灌注施工工藝為例，介紹鋼管拱橋混凝土頂升施工技術(shù)。

1 施工準(zhǔn)備

新建南寧市某鋼管拱橋采用1-111.5m中承式鋼管混凝土拱，主拱采用1-111.5m鋼管混凝土拱結(jié)構(gòu)，拱軸線為懸鏈線，矢跨比為1/3.063，拱軸系數(shù)m=1.347。主拱肋采用等截面啞鈴型截面，拱肋高3.0m。上、下弦管直徑為1200mm，壁厚18mm，腹板間距666mm，壁厚18mm。弦管內(nèi)灌注C50微膨脹混凝土，腹腔內(nèi)不灌注混凝土而采用I63工字鋼加勁。施工前，從鋼管拱混凝土的配置、泵送材料的選擇、現(xiàn)場設(shè)備的準(zhǔn)備、施工的監(jiān)控，都需要精心設(shè)計(jì)，謹(jǐn)慎施工。

1.1 混凝土配合比試配

鋼管拱內(nèi)采用設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C50的微膨脹商品混凝土，試配強(qiáng)度60Mpa。

設(shè)計(jì)配合比：

⑴ 組成材料：水泥、中砂、5～20mm碎石、水（拌和水采用自來水）、Ⅱ級粉煤灰、AF-CA聚羧酸型緩凝高效減水劑、UEA混凝土膨脹劑。⑵ 混凝土設(shè)計(jì)配合比 (單位kg/m3、重比)：水泥：中砂：5～20mm 碎石：水（拌和水采用自來水）：Ⅱ級粉煤灰：AF-CA聚羧酸型緩凝高效減水劑：UEA混凝土膨脹劑＝440：747：1000：155：60：16.5：40 =1：1.70：2.27：0.35：0.14：0.038：0.094。

混凝土試配資料控制參數(shù)：控制初拌混凝土坍落度22～24mm，初凝時(shí)間10～12h，終凝時(shí)間16～18h，早期混凝土標(biāo)養(yǎng)試件7D，強(qiáng)度≥51.0MPa，28D，標(biāo)養(yǎng)試件強(qiáng)度≥60.0MPa，混凝土標(biāo)養(yǎng)試件彈性模量3.7×106MPa（設(shè)計(jì)要求：Eh≥3.5×106MPa）。

1.2 頂升施工設(shè)備

⑴ 混凝土輸送泵4臺；

⑵ 混凝土截止閥8個(gè)；

⑶ 自制兩個(gè)備用變徑管接頭（各種規(guī)格）2個(gè)；

⑷ 測量儀器（全站儀等）一套；

⑸ 鋼管架平臺。

混凝土泵的選擇：

一臺混凝土輸送泵的電機(jī)功率是決定出口壓力和輸送方量的前提條件，在電機(jī)功率一定的情況下，壓力的升高必將使輸送量降低；相反，降低出口壓力，將會使輸送量增加。為了保證混凝土輸送泵既要有較大輸送量，又能有一定的出口壓力和與之相匹配的經(jīng)濟(jì)功率，在混凝土輸送泵的設(shè)計(jì)中，大都采用了恒功率柱塞泵；即恒功率值選定后，當(dāng)出口壓力升高時(shí)，油泵輸出排量會自動降低，達(dá)到與功率設(shè)計(jì)相對應(yīng)的值；如果既要達(dá)到出口壓力高，又想得到輸送量大的目的。惟一的途徑就是增加電機(jī)功率。

輸送泵的額定泵送能力應(yīng)不小于灌注速率或?qū)嶋H混凝土供應(yīng)量的2倍；輸送泵的額定壓力須滿足最大泵送壓力，即靜壓力和泵送壓力疊加之和。輸送泵的額定揚(yáng)程應(yīng)大于1.5倍的灌注頂面高度，本橋要求輸送泵的額定揚(yáng)程大于80m。

頂升壓力計(jì)算：根據(jù)流體力學(xué)能量方程知ΔP＝γh＋∑p，∑p為各種壓力損失總和。γh＝2500×9.807×59.7≈1.46MPa。功率=ΔP×s×v.

綜合以上因素選擇SY5110HBC90型混凝土高壓輸送泵，分配閥為S形擺管閥，最大理論泵送垂直高度150m，最大理論輸出量50m3，出口處最大壓力為11.5MPa，電機(jī)功率為161kW，數(shù)量4臺，兩岸各一臺備用。

2 鋼管混凝土工藝要求

⑴ 管內(nèi)不得出現(xiàn)斷縫、孔洞，不得出現(xiàn)混凝土與管壁分離現(xiàn)象：

⑵ 單管混凝土灌注必須連續(xù)澆注，且灌注完成時(shí)間不得超過首盤混凝土初凝時(shí)間；

⑶ 設(shè)計(jì)要求采用C50早強(qiáng)、緩凝、微膨漲混凝土。

校準(zhǔn)好鋼管拱軸線后，順序安裝鋼管拱拱腳X撐、拱頂橫撐及拱上立柱，在進(jìn)行混凝土澆注之前，應(yīng)該用塑料薄膜（或其他有效材料）將拱肋弦桿（含綴板）全部覆蓋，以免混凝土污損鋼管涂裝。

3 頂升混凝土施工程序

第一階段（現(xiàn)場準(zhǔn)備階段）：包括鋼管拱驗(yàn)收、設(shè)備的定位、管道的連接、試運(yùn)行、材料到場、現(xiàn)場檢驗(yàn)、試驗(yàn)、計(jì)量設(shè)施的常規(guī)檢查、設(shè)計(jì)配合比的現(xiàn)場調(diào)整和施工配合比確定并報(bào)現(xiàn)場監(jiān)理工程師認(rèn)可等。

第二階段（壓注施工階段）：濕潤管道，壓注首盤水泥凈漿。續(xù)壓混凝土，隨時(shí)綜合混凝土頂升情況、裸肋變形狀況、入料情況分析，控制兩拱腳混凝土泵送速度。泵送時(shí)，要求拱肋兩拱腳混凝土泵送速度協(xié)調(diào)一致，盡量對稱頂升。

第三階段（壓注完成階段）：混凝土壓注到拱頂，待流出原漿一定時(shí)間后，方可停止泵送，利用混凝土截止閥對導(dǎo)入孔封閉，完成壓注過程。此階段，應(yīng)避免單側(cè)混凝土上升過快，引起弦管的縱向振動。 混凝土現(xiàn)場養(yǎng)護(hù)試件強(qiáng)度達(dá)到2.5MPa后，方可拆除拱頂泄?jié){孔管和拱腳混凝土截止閥。由于混凝土凝結(jié)過程因素的不確定性，截止閥松出過程宜謹(jǐn)慎進(jìn)行。

混凝土澆注順序：先澆注上弦管再下弦管。

鋼管拱混凝土頂升施工現(xiàn)場平面布置：鋼管拱混凝土頂升施工根據(jù)單管、單層、對稱、相向壓注的方式進(jìn)行。本橋采用同肋拱腳位設(shè)灌注孔，兩端各設(shè)鋼管支架，提供混凝土管道施工工作平臺。

4 頂升工藝

在各項(xiàng)準(zhǔn)備工作結(jié)束，經(jīng)檢查合格后，即可開始泵送施工。鋼管混凝土的泵送從兩端拱腳開始，單幅橋四個(gè)拱腳對稱灌注，一次頂升泵送到拱頂。為增強(qiáng)混凝土的密實(shí)性，保證混凝土的壓注質(zhì)量，在中拱頂位置開排漿孔，并利用鋼管將φ125mm排漿口接高1m以上，為避免排出的混凝土和水污染拱肋，排漿管的位置在中拱頂?shù)纳蟼?cè)面，并且該處在混凝土頂升前先在鋼管拱肋上鋪設(shè)好彩條布，待排出含有石子的新鮮混凝土?xí)r停止泵送，關(guān)掉拱腳處的截止閥，隨后拆除泵管。

為防止泵機(jī)壓力不能滿足混凝土頂升要求及意外情況發(fā)生，確?；炷帘盟晚樌M(jìn)行，在肋間橫梁與第一道吊桿之間弦管上側(cè)面增設(shè)備用灌注孔，每道弦管需對稱增設(shè)兩個(gè)備用灌注孔，安裝好泵管接頭及截止閥，在兩岸土圍堰處搭設(shè)鋼管腳手架，把泵管接至備用灌注孔處與截止閥連接。混凝土正常從拱腳頂升時(shí)，備用截止閥門關(guān)閉。在出現(xiàn)泵機(jī)壓力不能滿足頂升要求時(shí)，關(guān)閉拱腳處截止閥，開啟備用灌注孔處截止閥，從該處繼續(xù)進(jìn)行混凝土頂升。

5 質(zhì)量保證措施

5.1 加強(qiáng)現(xiàn)場統(tǒng)一指揮，分工明確，相互配合。經(jīng)理負(fù)責(zé)總指揮，生產(chǎn)副經(jīng)理負(fù)責(zé)現(xiàn)場總指揮，鋼管拱兩端由兩名技術(shù)人員進(jìn)行指揮，各灌注口安排8名操作人員負(fù)責(zé)接管、拆管、堵塞排氣孔檢查、檢查泵管接頭與弦管的各個(gè)焊縫等。

5.2 灌注混凝土前，組織指揮和操作人員進(jìn)行技術(shù)交底，使每人明確自己的崗位職責(zé)和質(zhì)量職責(zé)，確保技術(shù)要求的貫徹執(zhí)行。

5.3 派人員到混凝土攪拌站監(jiān)督督促混凝土的供應(yīng)，與現(xiàn)場密切保持聯(lián)系，根據(jù)現(xiàn)場的需用量及時(shí)進(jìn)行供應(yīng)。

5.4 在輸送泵現(xiàn)場，派專人對混凝土運(yùn)輸車進(jìn)行調(diào)度指揮，保證運(yùn)輸車進(jìn)出場暢通。

5.5 在現(xiàn)場每個(gè)泵送口各準(zhǔn)備一臺混凝土高壓輸送泵備用，出現(xiàn)混凝土輸送泵損壞、混凝土無法繼續(xù)頂升等情況，立即將混凝土高壓輸送泵接入備用管，繼續(xù)頂升，同時(shí)保證整個(gè)頂升過程在8個(gè)小時(shí)內(nèi)完成。

6 安全保證措施

6.1 灌注混凝土前，進(jìn)行安全教育和安全技術(shù)交底，完善安全設(shè)施。

6.2 嚴(yán)格按照安全操作規(guī)程使用機(jī)械。

6.3 嚴(yán)格遵守高空作業(yè)安全規(guī)程，安拆灌注管時(shí)，嚴(yán)禁從拱上掉東西。高空作業(yè)時(shí)，嚴(yán)禁底下站人。

6.4 所有灌注管安設(shè)牢固，不得有松動現(xiàn)象。

6.5 所有用電線路按"三相五線"制安設(shè)。

結(jié)束語

南寧市某鋼管拱橋鋼管混凝土采用頂升灌注法的成功實(shí)例，對我國鋼管拱橋還未有完整的施工規(guī)范提供了可行的參考依據(jù)，尤其對在國內(nèi)鋼管拱混凝土冬節(jié)施工積累了寶貴的現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)，將有力推動鋼管拱橋的施工技術(shù)，并且起到積極的作用！

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[2]肖生智等.鋼管砼拱橋管芯砼泵送頂升澆灌法施工[J].華東公路，1997(3).

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[4]王子斌.砼泵送壓力的分析及泵機(jī)選型[J].吉林水利，2003(2).

[5]JTJ041－89.公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].

[6]人民交通出版社，交通部頒《公路施工手冊》，『橋涵』下冊，2000 年.