钢管混凝土拱桥混凝土施工工艺

钢管混凝土拱桥钢管拱混凝土施工施工技

1.引言

钢管混凝土结构自20世纪60年代初就已引人我国，最近几年我国在钢管拱应用方面发展较快，许多大跨度的桥梁设计采用了钢管拱技术。因其具有以下优点：形态优美，跨度大，施工简便，抗震、抗压、抗裂性能显著提高。钢管拱混凝土充分利用了钢管的套箍作用，采用了微应力混凝土，其抗压、抗裂性能显著提高。三向应力混凝土的主要特性是强度高，变形性好，在外荷载作用下，由于钢管约束其内部核心混凝土的横向变形，使在三向应力作用下的核心混凝土的强度比普通浇注的混凝土提高了2-3倍。普通混凝土受压的压缩应变≥0.002时，出现纵向裂缝而破坏。三向应力作用下的混凝土可看作弹塑性材料，当压缩应变达0.002时，不但仍有承载能力，而且表面不发生裂缝，它是一种很好的抗震材料。

2.工程概况

宝鸡市广元路渭河大桥桥宽28.5m，全桥总长585.56m。主桥部分由五孔无风撑、双承载面下承式的钢管混凝土系杆拱组成(64 m+64 m+72 m+64 m+64 m)。拱的矢跨比为1/5，拱轴线为二次抛物线，拱肋采用圆端形扁钢管结构。拱肋高度72m，跨为0.9m，64m跨为0.8m，宽均为1.8m，钢管内填充C40微膨胀砼。拱肋钢管材质Q345D，厚度为16mm。截面见图1。

图1 钢管混凝土断面图(单位：nun)

3. 准备工作

3.1 方案比选

方案一：采用连续抛落无振捣浇注混凝土的施工方法，混凝土由拱顶连续抛落。但对距拱顶4m以下的混凝土仍需开天窗用插入式振动器进行振捣，且所浇注混凝土不易密实，施工难度较大。

方案二：压注顶升法。即在距离拱脚1.5-2m处的拱轴线处，两侧对称各开压注孔，利用混凝土输送泵的压力将混凝土从压注孔处焊接好的泵管连续不断地自下而上压入钢管拱内，并达到砼自密实的效果。这种施工工艺简便易行。但必须选用压力大、性能好的输送泵。

施工时采用方案二，即压注顶升法施工，取得了满意的效果，并总结出施工中需注意的一些问题。

3.2 施工前的观测

观测的目的是为了确定拱轴线、控制点的标高是否正确。如果轴线有偏差可用预先设置好的风揽进行调整；如果因焊接、拼装等原因造成一侧的控制点高程偏大，而另一侧的高程偏小，则可在压注混凝土的过程中调整，具体操作见下文。

3.3 人员

工人要求能熟练拆装混凝土泵管，责任心强。技术人员包括拱上混凝土压注指挥、泵车指挥、实验、测量四组，各组间通过对讲机保持联系。

3.4 机具

泵送顶升施工需要有较大的泵送压力，混凝土输送泵的选择是混凝土顶升压注成功与否的关键。本工程选用了3辆三一牌HBT-60B型拖泵，其中1台备用。此泵出口泵压可达6.3 MPa，对混凝土的适应性较强。为确保泵送压注顶升的连续进行，施工时根据混凝土拌和站的位置和泵送速度，每台泵车配备了3辆混凝土运输车，并有1辆备用。混凝土拌和站应做好搅拌机的检查、维修工作。

3.5 原材料

在混凝土施工前要做好原材料的进场检验工作。水泥和外加剂的质量是保证混凝土膨胀率的关键。

4.施工工艺

4.1 二级压注，一次成型

由于钢管为扁形，加劲肋布置较远，且矢高较大，根据混凝土所能产生的压力及扁钢管的抗变形能力计算（采用有限元结构分析软件分析计算），若混凝土从拱脚一直压到拱顶，则混凝土的压力将把扁钢管的直线部分压弯，所以采取“二级压注，一次成型”的方法，即除原有拱脚底预留焊接的泵管接头外，在拱高1/2处（拱高含拱顶排气管1.5m），两边对称，增设型号一致泵管接头，在紧靠拱顶吊杆位置两侧设两根φ20cm，高1.5m的排气增压钢管，具体见图2。

图2 钢管增压管布置示意图

4.2 施工中钢管拱的观测

为了获得较完整的测量数据，混凝土压注过程要进行全程观测。混凝土压至每一个控制点，都对拱轴线及标高施测一次，并将测量结果绘制成随时间或工况变化曲线图，根据这一曲线，可以较直观地了解钢管拱在泵送混凝土各阶段变化情况。

4.3 压注顶升施工程序

灌注前认真检查泵管及输送泵的各个接头，接头之间应垫像皮圈防止漏气、漏浆。开启止回闸阀K1、K2，用与混凝土相同品种及标号的水泥搅拌的砂浆润滑泵车与泵管，以减小混凝土泵送时的摩阻力，砂浆必须在钢管拱外排出。对称进行灌注混凝土，同时有专人观察拱内混凝土的泵送情况，两台泵灌注的速度尽量保持一致，如有不对称现象应及时调整。最简单而实用的观察办法就是“锤击法”，即用铁锤敲击钢管拱，听到清脆的声音和沉闷的声音交界处就是混凝土已压注到的位置。这一观测能确保混凝土的对称同步浇注。如果发现两侧的压注速度不一致，应及时与泵车指挥人员联系，进行调整。小部分偏载造成的钢管拱弹性变形可以完全恢复，有效的保证了拱轴线符合设计要求。

当混凝土灌注至超过K3、K4压注孔时，停止泵送，立即关闭K1、K2闸板阀，以最快的速度将泵管接至K3、K4压注孔，打开K3、K4闸板阀，开始第二级混凝土的压注。当混凝土从排气孔冒出时，控制灌注速度，改两台泵同步对称泵送为交替泵送，继续压注1～2m3 混凝土，确保钢管拱内混凝土压注密实。然后关闭止回闸阀，避免混凝土倒流，清洗泵管、泵车。灌注完成后要做好钢管混凝土的保温工作。

5.技术要点

5.1 混凝土配合比的优化

该混凝土要求早强、高流态、缓凝、自密性及可泵性非常好。最为关键的问题是该钢管混凝土为微应力混凝土。混凝土内掺膨胀剂，满足补偿收缩要求，坍落度要求到达作业面18～20cm，初凝时间根据压注速度计算，要求控制在6h以上。设置微应力，可提高构件的承载力及改变普通混凝土灌注造成的混凝土和钢管间有间隙的现象。在配合比设计中确定微膨胀率是关键因素。钢管内部混凝土质量对工程结构安全影响很大，稍有不慎，就会出现质量事故，造成泵送困难、内有空气、不饱满、混凝土和钢管间有收缩空隙等现象[4]。因此，对此种混凝土的配合比要多做实验，控制好膨胀率。

5.2 混凝土的压注要两侧对称同步进行

对混凝土的压注过程中进行全程观测，结果显示：拱下半部混凝土灌注时第一至三段标高明显下降，第五段至拱顶段标高明显上升。相反，当拱顶部分泵送完混凝土后，拱顶标高明显下降，而第一段至第三节段标高自动得到回升，见图3。

图3 灌注过程中钢管形状示意

从图3看出，混凝土的自重对钢管拱线形影响比较明显。所以压注必须对称同步进行。如果在浇注前因拼装、焊接等原因，造成一侧的控制点偏高而另一侧的偏低，则可以用非对称方式浇注进行调整，即先从偏高的一侧进行压注混凝土，同时密切观察拱的变形，当拱两侧的控制点标高基本恢复至设计标高时，两侧开始同步浇注，逐步调整两侧混凝土的压注量，最后同时压至拱顶。混凝土压至拱顶时，要继续压注，让混凝土从排气增压孔中排出1-2m3，排气孔不冒气泡时停止压注，关闭混凝土止回阀。

5.3 二级压注，一次成型

设计要求混凝土的压注必须连续进行，而本桥扁拱的结构抗变形能力又决定了混凝土必须分两级压注。所以我们采取了“二级压注，一次成型”的压注方案。方案的关键在于二级混凝土之间的连续性。第二级混凝土必须在第一级混凝土的初凝时间内尽早开始，要求工人在两级混凝土压注间拼接泵管的速度要快，必须安排熟练工人进行。

5.4 钢管混凝土的保温工作

混凝土和钢管之间如果产生空隙，微膨胀混凝土的优势将失去，直接影响拱的承载力。钢管混凝土的保温工作不到位是空隙产生的原因。因此，采取将钢管拱用麻袋包起等措施，尽量减小内外温差。

6.结语

钢管拱混凝土检测标准可依据《钢管混凝土结构设计与施工规程》，先用小锤敲击钢管进行初步检查，若有异常，则对该处进行超声波检测。经检测，本桥钢管拱混凝土完全符合设计和规范要求。由于采取了适当的工艺，该桥已竣工并投入运营，取得了较好的社会和经济效益。