湯厚興

1 工程概況

小欖水道特大橋?qū)儆谛陆ㄨF路廣州—珠海城際快速軌道交通工程，本橋橋址處于珠江三角洲平原，跨越小欖水道，北向于新廣州，小欖水道特大橋主橋跨布置為100 m+220 m+100 m V構(gòu)—鋼管拱組合橋，主橋橋長(zhǎng)420 m，為迄今為止客運(yùn)專線跨度最大的連續(xù)剛構(gòu)橋。鋼管拱肋采用N形桁架，在靠近拱腳位置采用變高度啞鈴形截面，上、下弦管直徑為900 mm，壁厚分24 mm，22 mm和20 mm三種，為鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，腹桿采用φ 600×16 mm的空鋼管。兩片拱肋間設(shè)7道橫撐，拱頂3道為米字撐，其余4道為 K字撐，橫撐由 φ 500×12 mm，φ 300×10 mm，φ 350×12 mm，φ 200×10 mm鋼管組成，橫撐鋼管內(nèi)不填混凝土。全橋拱肋吊桿共設(shè)15對(duì)，順橋向間距為9 m。

2 施工方案

根據(jù)設(shè)計(jì)要求和實(shí)際施工現(xiàn)場(chǎng)的情況，本橋鋼管拱混凝土施工灌注C50微膨脹混凝土，高壓泵送頂升灌注真空輔助工藝，灌注順序先下弦管，后上弦管。

3 施工前準(zhǔn)備

3.1 混凝土配合比設(shè)計(jì)

鋼管拱肋灌注為C50微膨脹混凝土，施工前進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，并對(duì)配合比、膨脹率等做性能測(cè)試，要求符合GB J119-98規(guī)定。根據(jù)以上要求，試驗(yàn)人員在參考以往的施工經(jīng)驗(yàn)，做了大量的試驗(yàn)，最后篩選出了最優(yōu)化配合比。

混凝土配合比及混凝土各項(xiàng)技術(shù)性能指標(biāo)如表1所示。

表1 混凝土配合比

3.2 真空泵選擇

本鋼管拱灌注單根管弦最大容積120 m3，一臺(tái)真空設(shè)備同時(shí)對(duì)南北兩岸拱肋進(jìn)行抽真空，因此選擇設(shè)備時(shí)考慮實(shí)際情況選擇SZ-2型水環(huán)式真空泵，排氣速率 2 m3/min，配用功率4 kW，極限真空度4 000 Pa。

3.3 輸送泵選擇和布設(shè)

1)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。2)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。3)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100 m。

頂升壓力計(jì)算:根據(jù)流體力學(xué)能量方程知ΔP=γ h+ ∑p，其中，∑p為各種壓力損失總和。

綜合上述情況輸送泵采用SANY-SY51混凝土輸送泵，泵送混凝土壓力22 MPa，水平輸送距離1 200 m，高程400 m，滿足實(shí)際施工要求。

3.4 出漿孔、出渣孔及灌注頭制作

鋼管拱骨架合龍后在拱頂處每根鋼管的頂部開一個(gè)孔，外焊鋼管作排氣出漿孔。加勁板焊接骨架鋼管采用周邊焊，出漿孔高度1.5 m。出渣孔設(shè)在拱座上鋼管最低點(diǎn)，采用截止閥或鋼板螺栓連接封閉。灌注頭孔徑采用125 mm，與混凝土輸送管等直徑，其方向向上，與鋼管軸線成30°的角度。下弦管壓注頭設(shè)在離拱腳約7.5 m處的鋼管側(cè)面，與鋼管軸線成 30°～50°夾角，上弦管壓注頭設(shè)在離拱腳約2.5 m處的鋼管頂部，與軸線的角度同下弦管，灌注頭安裝M125截止閥，施工完畢進(jìn)行關(guān)閉截止閥，防止混凝土反向倒流。

4 鋼管混凝土真空輔助泵送頂升施工

4.1 灌注順序

每條鋼管拱肋對(duì)稱一次性灌注完畢，從每管下端灌進(jìn)，順管而上。具體灌注順序?yàn)?1)上游下弦管;2)下游下弦管;3)上游上弦管;4)下游上弦管。全橋拱肋按照實(shí)際時(shí)間分4次對(duì)稱灌注，見圖1。

4.2 泵送清水與水泥砂漿

清水必須濕潤(rùn)所有的輸送泵管。檢查輸送泵工作情況是否正常、輸送管道有無(wú)滲漏。同時(shí)沖洗鋼管內(nèi)壁，清理焊渣和其他雜質(zhì)。清水泵送完畢后，泵送水泥砂漿，進(jìn)行潤(rùn)滑泵送管道，減小泵送過(guò)程混凝土和管壁之間的摩擦力。

4.3 真空輔助施工

1)啟動(dòng)真空泵抽真空，使真空度達(dá)到-0.08 MPa～-0.06 MPa并保持穩(wěn)定。2)啟動(dòng)灌注混凝土泵，進(jìn)行混凝土泵送頂升灌注，在灌注過(guò)程中嚴(yán)格控制泵送混凝土質(zhì)量和速度。3)泵送頂升灌注混凝土過(guò)程中，真空泵保持連續(xù)工作。4)待泵送混凝土快達(dá)到鋼管出漿口頂部時(shí)，撤離真空輔助設(shè)備。5)灌注泵繼續(xù)工作，待混凝土在出漿口冒漿1.5 m，并且維持2 min。關(guān)閉灌注泵及灌注端閥門，完成混凝土頂升真空輔助灌注。拆卸外接管路、附件、清洗設(shè)備及閥泵。6)完成灌注后，必須將所有水泥漿、混凝土的設(shè)備清洗干凈。

真空輔助工藝具有以下特點(diǎn):1)在真空狀態(tài)下，鋼管內(nèi)的空氣大大降低，避免了泵送混凝土與管壁結(jié)合處產(chǎn)生大氣泡現(xiàn)象。2)灌注過(guò)程中鋼管具有良好的密封度，可以使混凝土保證充滿整個(gè)鋼管。3)真空輔助灌注是一個(gè)連續(xù)且迅速的過(guò)程，縮短了傳統(tǒng)的鋼管混凝土泵送頂升灌注時(shí)間。

4.4 泵送頂升C50微膨脹混凝土

鋼管拱混凝土具備和易性好、可泵性好、無(wú)泌水現(xiàn)象。采用正交試驗(yàn)法初選出混凝土的配合比，再在初選配合比的基礎(chǔ)上進(jìn)行了摻與不摻UEA、粉煤灰、外加劑等的對(duì)比試驗(yàn)，最終確定施工配合比。施工過(guò)程中嚴(yán)格控制按照灌注順序進(jìn)行施工，隨著混凝土在管內(nèi)上升，真空泵在拱頂部出漿口進(jìn)行抽真空，真空度維持在-0.08 MPa～-0.06 MPa之間?；炷帘盟瓦^(guò)程中，設(shè)專業(yè)質(zhì)檢人員用敲擊法判斷管內(nèi)混凝土的填充情況，如有空隙應(yīng)及時(shí)用體外加振法解決。灌注時(shí)環(huán)境氣溫應(yīng)大于5℃，當(dāng)環(huán)境氣溫高于40℃，鋼管溫度高于60℃時(shí)采取降溫措施。

4.5 質(zhì)量保證措施

1)所有輸送泵在每次混凝土灌注前對(duì)各部件都要進(jìn)行認(rèn)真檢查，并試運(yùn)行，確保在整個(gè)混凝土灌注過(guò)程中，機(jī)況運(yùn)行良好。2)泵送混凝土前，先泵送清水和水泥砂漿潤(rùn)滑管道，再泵送混凝土。3)每車混凝土都應(yīng)作坍落度、和易性檢驗(yàn)，保證泵送前混凝土的坍落度控制在20 cm～22 cm內(nèi)及保證混凝土和易性、可泵性和自密實(shí)性良好。4)對(duì)稱灌注混凝土數(shù)量相差不超過(guò)管長(zhǎng)度2 m。5)當(dāng)拱頂排氣管冒漿時(shí)，應(yīng)繼續(xù)壓注混凝土，直到浮漿全部排完，出現(xiàn)有石子的混凝土?xí)r，方可停止泵送混凝土。6)混凝土灌注完后，應(yīng)對(duì)鋼管表面淋水降溫，以保證混凝土的質(zhì)量。

4.6 監(jiān)測(cè)監(jiān)控

監(jiān)控項(xiàng)目:拱頂高程變化、拱軸線變化。監(jiān)測(cè)儀器:賓得全站儀。測(cè)點(diǎn)布置:鋼管拱的 L/2，L/4，L/8處設(shè)測(cè)點(diǎn)，共布設(shè)9個(gè)測(cè)點(diǎn)。監(jiān)測(cè)監(jiān)控時(shí)間:在混凝土灌注過(guò)程跟蹤進(jìn)行監(jiān)測(cè)監(jiān)控。

5 鋼管管內(nèi)混凝土質(zhì)量檢測(cè)

鋼管拱混凝土灌注過(guò)程中用體外敲擊法檢測(cè)，灌注完成后用超聲波進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)內(nèi)容:包括鋼管混凝土密實(shí)度檢測(cè)，鋼管內(nèi)壁與混凝土的貼實(shí)度情況。檢測(cè)方法:采用超聲波檢測(cè)。不符合質(zhì)量要求的部位要采用鉆孔法，利用環(huán)氧水泥漿進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。

6 結(jié)語(yǔ)

小欖水道特大橋主跨(100+200+100)m V鋼管拱組合橋，鋼管拱灌注總方量達(dá)500 m3，主肋灌注為其節(jié)段吊裝豎轉(zhuǎn)施工后的又一關(guān)鍵工序。小欖水道特大橋鋼管拱灌注施工，采用真空輔助泵送頂升工藝，在國(guó)內(nèi)外常見的灌注鋼管拱混凝土施工只有泵送頂升法施工，通過(guò)實(shí)際灌注的檢測(cè)結(jié)果表明，真空輔助泵送頂升法進(jìn)行灌注鋼管拱密實(shí)度和貼實(shí)度等指標(biāo)很好的滿足了設(shè)計(jì)規(guī)范要求。本次鋼管拱的灌注成功為今后國(guó)內(nèi)類似的鋼管拱真空灌注施工提供了可靠的依據(jù)和參考。

[1] 趙志縉，趙 帆.混凝土泵送施工技術(shù)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2001.

[3] JGJ/T 10-95，混凝土泵送施工技術(shù)規(guī)程[S].

[4] 陳寶春.鋼管混凝土拱橋[M].第2版.北京:人民交通出版社，2007.