钢管系杆拱桥拱肋混凝土施工工艺浅析

杨伟佳

摘要：钢管系杆拱桥的拱肋混凝土灌注施工是整个拱桥施工的技术难点，本文结合工程实践，分析了跨径90m的系杆拱桥哑铃型拱肋的混凝土施工工艺方案，阐述如何通过科学、有效的技术措施确保施工质量。

关键词 ：钢管混凝土系杆拱桥；哑铃型拱肋；拱肋混凝土灌注；

中图分类号：TU511文献标识码： A 文章编号：

1. 工程概况

上海长兴岛中海修船基地跨新开港桥梁采用单跨90m跨径的钢管系杆拱桥，桥梁宽11.5m，主桥拱轴线为矢跨比1/5的二次抛物线，矢高18m（图1)。拱肋断面为2Φ1000*16mm的钢管构成哑铃形断面，拱肋高度为2.2m，宽1.0m，拱肋腹腔内部采用十字交叉工字钢结合纵向布置球扁钢加劲(图2)。按照设计要求，施工时拱肋内部应密实灌注C40微膨胀混凝土，需灌注混凝土方量共计约308m3。

图1 轻载桥系杆拱侧面图

图2 钢管混凝土拱肋断面图

2. 施工方法确定

钢管拱灌注混凝土的施工方法主要分为从拱顶向拱脚灌注和从拱脚向拱顶灌注两种。前者施工工艺简单，对施工机具要求低，主要利用混凝土重力自流压力密实拱肋，但主要缺点是易造成沿拱肋纵向的混凝土密度分布不均，因此在中大跨径的拱桥中较少使用。本工程施工方案采用后者，即由两端拱脚向中央拱顶泵送顶升拱肋混凝土，确保拱肋混凝土的密实性。

图3 主要施工程序

3. 主要施工工艺

3.1 施工准备

施工前组织大范围的技术交底，向有关技术人员、作业人员作详细的讲解，使参加混凝土泵送的所有人员心中有数，施工操作得心应手。

混凝土泵送根据实际进度提前作好气温测定工作，选择当日气温较低时间进行，以减小混凝土坍落度的损失。

浇筑混凝土之前先将钢管内的垃圾和杂物清理干净，并用水冲洗内壁以起到润滑作用，为平衡管内外气压压力，在拱顶设置冒浆孔(兼排气孔)，拱脚预留和混凝土泵连接的法兰盘设置防回流阀，待浇筑完毕用插板插死。

确定灌注混凝土的当日应将所有设备及备用泵车等施工机具提前全部到位，施工泵车全部安装完毕，并且预发动试车，确保设备完好；当天要施工的泵管全部安装完毕，检查所有连接设备的完好，并且现场指挥及施工人员全部配备到位。

3.2 灌注混凝土顺序

灌注顺序主要包括两方面内容：第一，同侧拱肋的上、下弦管及腹腔内混凝土灌注顺序；第二，左、右（上、下游）两侧钢管拱肋的灌注顺序。同侧拱肋采取管-管-腔的对称灌注原则灌注顺序为用左侧下弦管-右侧下弦管-左侧上弦管-右侧上弦管-左侧腹腔-右侧腹腔的先后顺序。上拱的施工，在下拱混凝土达到80%强度后进行上拱的施工，时间约需要7-10天，同样在同一天分两次施工完毕。主拱拱肋单管施工时根据对称与均衡加载的原则, 即以拱顶为对称线两半跨对称加载, 以桥轴线为对称线上下游肋不同时段交替加载。考虑现有的技术和设备条件决定对钢管拱肋混凝土采用单根泵送顶升法，对称泵送灌注，从东西两侧纵向对称同步灌注混凝土。要求严格控制混凝土泵送量，使管内混凝土长度差不得大于2m，并在混凝土初凝时间内泵送到顶。

3.3施工技术措施要点

1）泵送口和冒浆孔设置

泵送口及冒浆孔的安置由钢管制作单位制作完成，泵送口设在桥拱肋的底部左(右)方，以满足能接泵管为前提，安置于离底座约30CM的位置。为保证拱脚混凝土尽量密实，在预制桥墩拱脚时于最底部预留一个15cm左右的溢流孔，孔口安置截流装置，在泵送时可以让润滑管道的砂浆及水可以从此孔流出。

拱肋跨中的冒浆孔开在拱肋顶部中间处，每条拱肋设置两个冒浆孔，孔管直径20cm，冒浆钢管长度1.5m，与拱肋焊接。

图4 泵送口及冒浆孔设置图

2）泵送灌注混凝土施工控制

灌注先从北拱肋开始，再灌注南侧拱肋。每根拱肋灌注混凝土时要求纵向从两端对称进行，两侧进度差不超过2m。

灌注时按照如下步骤及要求进行：

（1）施工应尽量选择在早晨进行，此时气温相对较低，有利砼缓凝保塑，必要时泵管及拱管用湿草袋覆盖或洒水降温保塑，并作好养护准备。

（2）灌注开始前，先压入清水洗管，润湿管壁，管内不得留有油污和锈蚀物，然后用高压固定泵泵入适量的水泥浆，以湿润管壁，而后再连续泵入混凝土。

（3）灌注时，开始应保持同步慢速，并观察泵压及各部分运行情况，确认工作正常后再以常速泵送，并保持连续泵送。两台泵速度及压力尽量保持一致，始终保持拱肋两边压力平衡。砼接近拱顶时，应严格控制泵送速度，缓慢泵送或间隔泵送，使拱顶空气完全排出，排气孔出浆后再行两泵间隔泵送，直至出浆孔排出砼与入管砼一致（即合格砼）即可停止灌注。

当混凝土压送困难时，泵压升高，管路产生振动时，不可以勉强压送，应对管路进行检查，并放慢压送速度或使泵反转，以防堵塞。

（4）待灌注到设计标高后，用5mm钢板制成的插板堵死管口，关闭止回闸阀，防止混凝土外溢，然后立即拆除并清洗泵管。

3）施工泵送车辆设备

泵工程钢管混凝土泵送工艺现场所涉及的施工机械主要是混凝土泵和混凝土运输车，混凝土泵采用排量为90立方/每小时的高压泵固定泵共计三台，其中两台为施工泵，一台为备用泵。泵管必需采用5吋高压管，泵管的质量一定要保证，接口处的密封圈一定要完好，以防爆管及漏水引起堵管现象。

车辆在待各项灌注前期准备工作完成检查合格后，首先灌注工作待砂浆车到场后，开始泵送水，等到两边施工位置各有两台混凝土车到后，开始泵送砂浆，并紧接着泵送混凝土，整个泵送过程按每台泵车每小时约25m3混凝土，两台泵车共泵送约50m3， 2小时左右完成单个拱肋的泵送。

4. 混凝土配制

钢管拱内微膨胀自流平混凝土的配制是整个施工技术的核心。顶升混凝土施工工艺对泵送对混凝土的流动性, 缓凝、保塑等参数指标提出较高的要求，混凝土需具备良好的流动性和可泵送性；此外，混凝土是采用钢管中顶升灌注，其原理类似火山口喷吐熔岩，粗骨料在顶升过程中不能因自身重力而下落，应呈微悬浮状态，否则会造成顶升压力过大而失败堵管。

本工程委托专业混凝土公司负责钢管拱肋内微膨胀混凝土配合比的试验工作，并根据工程特点提出了以下技术要求：

1) 水泥采用P042.5硅酸盐水泥，各项指标符合现行水泥国家标准。细骨料:采用中粗砂，细度模数m在2.3左右。粗骨料采用5~25mm连续级配碎石,坚固性合格，压碎指标值<10%。

2) 掺合料采用HEA型膨胀剂，掺量为水泥用量的10%左右（总胶结料的11%左右，内掺法）。 外加剂采用FDN高效减水剂，掺量为总胶材的1%。可采用3301型外加剂，掺量为总胶材的 0.1%。

3) 搅拌站供应混凝土到场坍落度应严格控制在20cm以上。

4) 缓凝时间也需要控制在不少于11小时。

5) 膨胀率28天内应控制在(3~5×10-4)。

6) 骨料、添加剂等各种配方必需严格按照规范标准。

5. 钢管拱灌注混凝土检测

根据设计要求，灌注混凝土检测主要采用超声波检测为主，敲击钢管检测为辅，检测频率按照设计及规范要求确定。检测如发现存在灌注不实部位，需割除钢板后采用同标号混凝土压浆密实后，将钢板复位。同时混凝土灌注过程中应对钢管拱进行沉降、位移观测。

6. 结语

钢管混凝土灌注是钢管拱桥施工一道核心工序，保证钢管混凝土的灌注密实是保证钢管混凝土拱肋安全受力的一个关键环节。本工程采用输送泵车泵送顶升灌注法，通过认真准备，科学施工，实际施工灌注钢管混凝土较为顺利，达到了设计要求。

参考文献

[1] 桥梁工程设计手册[M].北京：人民交通出版社.2006

[2] 桥梁工程（上册）[M].北京：人民交通出版社.2000

[3] 公路桥涵施工技术规范JTG/T F50-2011[S]. 人民交通出版社.2011

[4] 钢管混凝土拱桥拱肋灌注混凝土的配制与施工[J] .公路交通技术.2010，（4）

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。