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1、 浅谈大跨径钢管拱混凝土的灌注施工 张勇 丁虎 肖鸣亚(湖南省路桥建设集团公司四分公司，邮编：410000) 【摘要】：本文围绕大跨径钢管拱混凝土的灌注施工，从混凝土试配，施工现场操作，质量监控等方面论述控制要点；同时在质量水平和施工成本之间找到一个最佳平衡点，提高综合经济效益。【关键词】：钢管拱 泵送顶升 正交法试配 自密实混凝土 测量The Preparation and Applicatuin of C40 Mass Pump concrete in MAOCAOJIE Bridge in NANXIAN YIYANG Province ZHANG Yong (The aggregati
2、on company of building road and bridge in HUNAN,Changsha,410000,Hunan,China)【Abstract】: In this paper based on the engineer practice in the bridge of MAOCAOJIE in NANXIAN YIYANG HUNAN province, it is discussed how to find the optimum balance point among heat of hydration,intensity and working perfor
3、mance,which is based on theory and on site test,so the raw materials and mix proportion of concrete is get, and the key points how to control the quality of pump concrete on site are also analyzed in the paper.【Key word】: C40 mass pump concrete, optimum balance point, combination performance, optimi
4、zation portfolio, the test of same mix proportion一、前 言拱桥是一种理想的能充分发挥材料受压性能的桥型，特别是本世纪以来开始广泛应用的钢管混凝土拱桥，即在钢管内填充混凝土，将两种不同性质的材料组合成为一整体的复合结构，内填混凝土以提高钢管的局部稳定性，钢管对混凝土的紧箍力作用可提高核心混凝土的承载力，两种材料优势互补，充分利用，大大提高了结构的承载能力。大跨径钢管拱混凝土灌注施工，是采用输送泵直接从钢管拱肋的两端对称泵送顶升混凝土至拱肋内，施工中对混凝土质量、施工设备和管理技术等要求较高。二、控制要点1、首先要求混凝土具有补偿收缩、和易性极好、
5、初凝时间长等高性能。配合比根据混凝土的设计强度等级计算，并通过实验确定。可以在混凝土拌合物中掺入活性掺合料、减水剂、膨胀剂等，以达到减小收缩率，减少泌水率、改善和易性等目的，最终达到泵送要求。2、输送泵及输送管的布置：输送泵布置在拱肋后侧，使输送泵与主拱肋压注口之间无小于900的弯头，尽量调顺输送泵管的线型，使泵管尽量减少弯管布置,同时在压注前检查输送管各接头的密封情况，防止各接头漏气导致泵送压力损失。3、灌注施工时的测量：在砼灌注前、后测量拱肋线形，将测量结果同设计值进行比较，以确定拱肋变形是否超出容许范围，再确定是否需纠偏。在灌注时，派专人沿拱肋上的爬梯用锤敲击拱肋，根据声音确定混凝土顶面
6、的位置，保证两端混凝土顶面差沿弧长不超过2m。由于主弦管内混凝土自重较重，在灌注过程中对拱肋线形、标高和拱轴线偏位的影响较大，因此必须对拱轴线、标高和拱轴线偏位进行观测，在拱肋内砼灌注前后，需对拱座位移值进行测量，以保证拱座位移满足设计要求图1：钢管拱桥型一般布置图三、工艺原理宜采用泵送顶升法。此施工工艺就是在钢管拱主弦管两半跨的下部管壁上开孔，两边都用输送管连接输送泵，利用输送泵的泵压将自密实混凝土连续、对称地压注至钢管拱内，直至两半跨钢管内混凝土在拱顶会合密实。图2：灌注施工基本情况图四、施工工艺流程及操作要点1、工艺流程图：制定施工方案自密实砼制配施工准备泵送砼至主弦管与第一压注口持平拌
7、制、泵送2m3水泥砂浆至主弦管内全程监控主弦管线形变化继续泵送砼至第二压注口约差5m左右泵送压力高于10MPa用漏斗从第二压注口灌入水泥浆1m3泵送压力低于10MPa泵送砼面超过第二压注口以上从第二压注口泵送砼连续泵送砼至拱顶，完成砼强度达到80%割除截止阀和补焊排气孔图3：施工工艺流程图2、 操作要点（1）、自密实混凝土配合比的设计：混凝土配合比的质量是决定混凝土灌注能否顺利进行的一个较重要的因素，配合比应根据混凝土的设计强度等级计算，同时在混凝土拌合物中掺入活性掺合料、减水剂、膨胀剂等，以达到减小收缩率，减少泌水率、改善和易性等目的，并通过实验确定，最终达到泵送要求。试配时首先综合考虑混凝
8、土的各项性能和现场灌注时可能发生的各种情况，要求新拌混凝土工作性能指标为：坍落度（20.023.0）cm;扩散直径（50506060）cmcm;工作性损失：拌和后5小时内：坍落度2.0cm/h;凝结时间:初凝:（1520）h，终凝:（2025）h。在确定每种原材料时，应通过大量相同配合比的对比试验和不同厂家材料之间的正交法试验，初步确定新拌混凝土容重、总胶凝材料用量、砂率、水灰比等配合比主要数据范围。同时选择不同细度模数的砂和砂率正交法试验，通过L箱穿透性实验来确定最佳穿透性的配合比，根据L箱穿透性实验，结合工地常用砂的细度模数，综合考虑后选定具有最佳穿透性的砂和砂率。然后进一步变换总胶凝用量
9、、粉煤灰掺量和砂率正交法试验。再选择温度变化的时候，复做初步选定的配合比和备用配合比，以验证混凝土在温度变化下的稳定性，最后委托具有资质的单位测定初步选定的配合比和备用配合比的膨胀性能。其结果应符合混凝土外加剂应用技术规范GB50119-2003要求。若以上试验检测结果合格，则可最终确定正式配合比和备用配合比。 图4： L箱穿透性试验示意图（2）、排气孔和出浆孔的设置：钢管拱在制作时，在钢管拱壁上从中部至拱顶每隔5m开一个F5mm的排气孔，以利于混凝土的密实，同时可在浇注过程中查看管壁上小孔砂浆溢出的程度，初步判断混凝土密实度，在拱顶的每根拱肋钢管上焊接两根20cm*1.2m的钢管做出浆孔。（
10、3）、爬梯的安装：沿钢管拱安装爬梯，给施工人员检查混凝土的灌注进度和密实度。（4）、 截止阀的焊接：输送泵管和拱肋结合处的截止阀应伸进钢管拱内与拱肋方向的夹角宜为300450，由于此处泵送混凝土时压力极大，需焊接牢固。图5：截止阀结构示意图（5）、输送泵及输送管的布置：输送泵布置在拱肋后侧，使输送泵与主拱肋压注口之间无小于900的弯头，尽量调整输送泵管的线型，使泵管尽量减少弯管布置, 输送管的走向依附于爬梯，保证连接牢固,同时在压注前检查输送管各接头的密封情况，防止各接头漏气导致泵送压力损失。（6）、钢管拱肋内混凝土的泵送顶升灌注施工工艺：在混凝土灌注前，将主弦管内的杂物清除干净。拌和站先拌制
11、4m3砼，压注至主弦管内，使弦管内砼面与第一压注口持平，然后拌制2m3水泥砂浆，压注至主弦管内，使其浮在砼上面，以湿润管壁，减少泵送阻力，当泵送的砼面与第二压注口相差约5m时，吊装1m3水泥砂浆灌入主弦管中。如泵送砼至第二压注口沿弧长以上2m时，泵送压力较低（出口压力低于10MPa），则一次泵送至拱顶；如压力较高（出口压力超过10MPa），则改由从第二灌注孔灌注。当混凝土面快接近拱顶时，应适当放慢混凝土的灌注速度，由于拱顶出浆孔全设在左半跨拱顶，因此在左边混凝土到达隔板位置时，立即停止左边混凝土的灌注，等右边混凝土缓慢经过跨中在隔板相遇时再两边缓慢交替压注混凝土。在拱顶出浆孔排出水泥浆，直至符
12、合标准的混凝土出来后，暂停10分钟，然后再缓慢泵送1m3混凝土，暂停10分钟，再缓慢泵送1m3混凝土，以确保钢管拱内混凝土的密实性。灌注完成后，关闭截止阀的阀门。（7）、 灌注施工时的测量：在砼灌注前、后测量拱肋线形，将测量结果同设计值进行比较，以确定拱肋变形是否超出容许范围，再确定是否需纠偏。在砼灌注中，要有专人记录拌和盘数，力争两岸同步，同时派专人沿拱肋上的爬梯用锤敲击拱肋，根据声音确定混凝土顶面的位置，保证两边灌注的混凝土顶面差沿弧长不超过2m。由于主弦管内混凝土较重，在灌注过程中对拱肋线形、标高和拱轴线偏位的影响较大，特别是在灌注至1/2半跨时此处附近出现下挠和拱顶抬高情况。因此必须对
13、拱轴线、标高和拱轴线偏位进行观测，在拱肋内砼灌注前，需对拱座位移值进行测量，同时在每次系杆张拉前、后，每次拱肋砼灌注前、后都需对拱座位移进行测量，根据测量值和设计值的差值，确定是否需采取改变系杆张拉索力等措施，以保证拱座位移满足设计要求。（8）、割除截止阀和补焊排气孔：待钢管拱内混凝土强度达到80%后割除连接钢管，补焊洞口管壁，同时补焊出气孔，再将焊接位置打磨平整后，按要求进行涂装处理。五、材料与设备表一、 主要材料序 号名 称规 格用 途1角钢 L70708mm用来制作爬梯2钢筋16mm用于制作爬梯栏杆3钢板20mm用于制作截止阀4竹跳板3.5m用于平台搭设5钢管806mm用于平台搭设6安全
14、网ML1.5m6m用于防护网表二、 主要机械设备序号工 序机具设备名称规格型号单 位数 量1支架、平台架设汽车吊25T台12电焊机台13混凝土灌注全站仪SAKKIA台14全自动水上拌和站套25输送泵中联 HBT60.13.90S三一 HBT60C.1416台46高压输送管150米4007装载机ZT50台28自卸船台1六、质量控制1、除执行公路桥涵施工技术规范和公路工程质量检验评定标准外，自密实混凝土还应严格按混凝土结构工程施工质量验收规范（GB50204-2002）、自密实高性能混凝土技术规程（DBJ13-55-2004）、钢管混凝土结构技术规程（DBJ13-51-2003）的规定进行试配及施
15、工。2、钢管混凝土所用的水泥、石子、砂、水、掺合料、外加剂等原材料必须符合相应的国家及行业标准。3、混凝土拌合过程中应经常检测砂石粒径、含泥量、含水率等，并根据检测结果及时调整配合比，同时严格控制膨胀剂的掺入量，使得混凝土灌注后微膨胀，补偿收缩，达到密实。4、混凝土灌注过程中，应有专人负责塌落度检测，以及试块的制作、保管、养护、送检工作，并应按规定制作同条件养护试块。5、混凝土灌注速度主要由输送泵的的输送能力和拌合站的搅拌能力所决定，其灌注速度不宜过慢，以免造成混凝土灌注时间过长、性能损失过大。6、混凝土的设计必须满足自密实的要求，在施工过程中通过敲击刚管壁初步检查混凝土的密实度。7、钢管拱在
16、制作时，在钢管拱壁上从中部至拱顶每隔5m开一个F5mm的排气孔，同时在拱顶的每根拱肋钢管上焊接两根20cm*1.2m的钢管做出浆孔，以保证混凝土的密实。8、根据钢管混凝土结构设计与施工规范（CECS28:90）的要求，对混凝土的质量采用敲击法检查，为保证混凝土有一个完整的、定量的结论，此次特别采用了金属超声仪和纵波换能器，根据超声波在不同界面的反射率的差异来判断钢-混凝土粘结质量的单面超声检测方法。通过分析测得的数据，发现混凝土结构完整和密实，混凝土和刚管壁基本没有脱离等缺陷，钢管混凝土的强度达到了设计要求。七、安全措施施工时，除应执行有关安全施工措施规定外，尚应遵守注意下列事项：1、施工前做
17、好施工准备，编制施工计划及安全技术措施，制定操作细则，向施工人员进行技术交底。2、参加施工的特种作业人员必须经安全技术培训、考试合格取证后才准上岗，其他人员也必须进行安全技术培训和考核。3、混凝土浇筑前，应对截止阀、输送管的布管及接头等进行检查，混凝土输送泵进行试运转正常后方可开机工作。4、施工过程中进行跟踪检查，楼梯、扶手等保证焊接质量，满足施工要求。5、拱上作业为高空作业，施工人员必须遵守高空作业操作规程。6、工地内要设安全标志，夜间应有足够的照明设备并不得擅自拆除。7、水上作业应符合国家有关内河交通安全管理条例以及水上水下施工作业通航安全管理规定，施工期间按规定应设置临时码头、航行、作业
18、标志、防撞装置及救护、消防等设施。8、在雨季施工时，施工现场应及时排除积水，脚手板、竹跳板上应采取防滑措施。加强对支架、脚手架的检查，防止倾倒和坍塌。冬季施工应严格执行冬季施工的有关规定，做好保温、防冻、防滑等安全防护措施。高温季节施工，应按照劳动保护规定做好防暑降温措施。适当调整作息时间，尽量避开高温时间，供应防暑的劳动保护用品、冷饮、药品。八、环保措施在施工中，要认真贯彻环保法和水保法，以及相关法规，坚持“以防为主，防治结合，综合治理，化害为利”的原则，在施工中采取有力措施，防止污染和破坏自然环境。1、 混凝土灌注过程中排出的砂浆和混凝土都必须装在指定的地点，不得随意排放。2、生产中对废油
19、、污水要设处理场进行处理，粪便污水设化粪池，处理后排出，一律不准直接排入水库、河道中。3、各住地、工点、设垃圾贮运站，生活垃圾集中收集后，与当地环保部门协商处理。4、所有因施工需要而修建的临时设施(除便道及监理工程师住房)，必须在签发交工证书后，要及时清除,运出设备及剩余材料。并保持现场和工程清洁，达到监理工程师满意为止。5、合理安排作业时间，尽量减少夜间作业，以减少施工时机具噪声污染，避免影响施工现场内或附近居民的休息。对于电焊等光污染，主要采用佩戴防护镜、防护面罩、防护服等。九、应用实例1、益阳茅草街大桥是省道1831线跨越凇澧洪道，藕池河西支，南茅运河及沱江的一座特大型桥梁，其中跨凇澧洪
20、道主桥为80米+368米+80米三跨连续自锚式中承式钢管砼系杆拱桥。全桥共两条主拱肋，每条肋由4根100020（22、28）mm内灌C50补偿收缩砼的钢管砼弦杆组成，每根主弦管需灌注混凝土约283m3, 共需灌注混凝土约2300m3,茅草街大桥2002年8月开工，2006年12月建成通车，其中钢管拱内混凝土成功采用此方法施工（施工时间为2006年3月30日至2006年4月27日），均一次泵送完成。取得了较好的经济效益，并按时完成了进度任务，质量得到了监理、业主和主管部门的好评。茅草街大桥施工获得湖南省科学技术进步一等奖。2、益阳市资江三桥位于益阳市市中心，是跨越资江的特大型城市桥梁，其主孔为三
21、孔不等跨不等高中承式钢管拱，两边孔跨径102m，中孔跨径114m，本桥采用单哑铃形断面， 双肋布置，上下钢管为130014mm内灌C50补偿收缩砼的钢管砼弦杆组成，其中钢管拱内混凝土成功采用此方法施工，共灌注混凝土约2000m3，资江三桥于1998年10月开工，2002年1月建成通车。3、 湘西王村特大桥是省、州西部开发重点工程张罗公路中的重点工程，它横跨猛洞河，对接永顺王村镇与古丈河西镇，为中承式钢管砼特大桥，主跨为203m，主拱由75012mm内灌C50补偿收缩砼的钢管砼弦杆组成，其中钢管拱内混凝土成功采用此方法施工，每根主弦管灌注混凝土约110m3，于2003年建成通车。 十、总结1、采
22、用输送泵直接一次性灌注大跨径钢管拱，施工操作简便，不需要复杂的机械设备，混凝土浇注速度快，降低劳动强度，加快施工进度，直接利用混凝土的自密实性能和顶升的压力自然密实，保证了工程质量。2、施工安全度高，减少了工人高空作业时间。3、经济效益和社会效益（包括节能和环保效益）：（1）、 经济效益：采用本工法施工，经济效益较好。钢管拱混凝土采用泵送顶升法施工，简化了施工工艺，节约人工费、减少了周转材料的投入57万元。（2）、社会效益：施工工艺简单，不需要复杂的设备，施工工期短，材料节约，减少了施工用地，加快施工进度，确保了工程质量。【作者简介】 张勇，1975年出生，男，湖南路桥建设集团四分公司项目经理，高级工程师，一级建造师。丁虎，1980年出生，男，湖南路桥建设集团四分公司试验室主任，工程师，试验检测工程师。 肖鸣亚，1982年生，男，湖南路桥建设集团四分公司质检科长，工程师。【单位地址】湖南省长沙市雨花区韶山南路143号（410000）【联系电话】【电子信箱】