焦廣彥JIAO Guang-yan

（中鐵航空港集團第一工程有限公司，渭南 714000）

（The No.1 Engineering Co.，Ltd.of Airport Group of China Railway，Weinan 714000，China）

1 工程概況

西寶鐵路客運專線咸陽西立交特大橋主橋采用（64+136+64）m 預應力混凝土連續(xù)梁與中孔鋼管混凝土加勁拱組合結構上跨西寶高速公路，梁長264.3m，中跨橋面對稱布設兩道鋼管混凝土系桿拱。每道拱肋截面全高3.0m，采用啞鈴型截面形式，內充C55 無收縮混凝土。拱肋之間設1 道米字橫撐、8 組K 撐。全高1.5m，采用直徑φ100cm，壁厚δ＝16mm 的圓端形鋼管。斜撐為外徑φ90cm，壁厚δ＝12mm 的圓形鋼管。拱肋上下鋼管內灌注C55 無收縮混凝土，腹板間除拱腳面以外7m 范圍腹腔、橫撐與拱肋相交處2m 范圍腹腔、吊桿與拱肋相交處2m 范圍內灌注C55無收縮混凝土外，其余部分留空。單片拱肋混凝土方量為271.5m3，具體分布見表1。

表1 單片拱肋混凝土方量（m3）

鋼管拱肋混凝土灌注分兩階段：第一階段為預埋入梁體拱座內的拱肋鋼管和腹板內混凝土，于拱肋第1 段吊裝前不少于14d 灌注，泵送、人工振搗；第二階段為剩余部分混凝土，先對稱灌注拱肋下弦管內砼，混凝土強度達到設計強度的90%后，依次對稱連續(xù)灌注拱肋上弦管內混凝土、腹腔混凝土，泵送頂升、免振自密。

2 施工難點

2.1 頂升灌注施工要求對稱連續(xù)進行，即左右雙側拱肋對稱、拱肋兩端對稱壓注到頂，施工的設備、人員組織難度較大。

圖1 拱肋混凝土灌注立面圖

圖2 拱肋混凝土灌注截面圖

2.2 對混凝土坍落度、和易性要求較高。結合現場拌合站設置情況、混凝土運輸設備、泵送設備情況，對混凝土的施工性能要求和掌握不易。

2.3 出漿口位于高速公路正上方，施工期間高速公路不封閉，若排漿措施不當，將影響公路行車。

3 頂升法施工工藝

3.1 工藝流程 工藝流程：搭建施工平臺→安裝泵壓設備→安裝止?jié){閥→壓清水→斷開灌注接頭→排污→連接灌注接頭和閘閥→打開止?jié){閥→擰開排氣孔螺栓→泵送砂漿→泵壓混凝土→超過進料口1m 后打開排渣孔→排除正?；炷梁箨P閉→繼續(xù)泵送混凝土→檢測與監(jiān)測→出漿管排漿→出勻質混凝土后停壓5min 補壓（2 次）→關閉止?jié){閥→拆除輸送泵管→鋼管拱表面沖洗→割除出漿管及進料口等并用鋼板補焊。

3.2 混凝土配合比選定 為便于施工，管內混凝土必須滿足強度要求，通常要求初始坍落度稍大、坍落度經時損失小、初凝時間稍長、和易性好、不泌水離析。同時為與鋼管套箍密貼，要求混凝土填充飽滿、補償收縮。本橋設計為C55 無收縮混凝土，原配合比見表2。

表2 原配合比

該配合比水膠比為0.29，設計坍落度160-200mm，實測初始坍落度180mm，含氣量4.6%，擴展度為610mm；半小時后坍落度為165mm，含氣量3.5%，擴展度430mm。泌水率及壓力泌水率均為0%。驗證認為混凝土粘稠度較大，且坍落度、擴展度損失較大，不利于壓注施工。為此對配合比進行了試驗調整，見表3。

表3 調整后配合比

調整后配合比除增大了2%砂率外，主要調整了外加劑的減水率、緩凝及引氣組份。調整后配合比初始坍落度240mm，擴展度630mm，含氣量5.1%；1h 后坍落度240mm、擴展度600mm、含氣量4.3%，混凝土具有較好的流動性和保坍性。

3.3 泵送工藝及施工組織 泵送工藝主要包括泵送順序、輸送管配管設計、泵送設備選型與布置、進料口與出料口設置、排氣措施設計、振搗系統(tǒng)設置等方面。

3.3.1 泵送方案選擇 啞鈴形拱肋由兩根鋼管和一個腹腔組成，其混凝土灌注順序有三種：管-腔-管、管-管-腔、腔-管-管。一般而言，泵送混凝土的內壓力產生的截面應力遠大于混凝土自重產生的應力，且最大應力發(fā)生在鋼管與腹面板的相交處，施工順序選擇失當，易在最大應力處開裂。相比較，第二種施工順序，即管-管-腔為最優(yōu)方案，第三種腔-管-管施工順序，其截面受力最為不利，施工中應盡量避免。

為防止拱肋在灌注腹腔內混凝土時出現爆管，本橋設計采用如下預防措施：①于腹板處設對拉桿和型鋼加勁，改善腹板受力；②在灌注采取了管-管-腔的施工順序；③腹腔混凝土分倉灌注以減小腹腔內的混凝土流體壓力。

3.3.2 輸送管配管設計 結合本工程特點、場地條件、頂升灌筑方案等選型、布置。

①輸送管管徑選擇。輸送管的管徑大小根據粗骨料最大粒徑、混凝土輸出量和輸送距離以及拌合物性能等進行選擇?！痘炷帘盟褪┕ぜ夹g規(guī)程》（JGJ/T10-2011）表3.5.2給出了混凝土輸送管管徑與粗骨料最大粒徑的關系（表1）。

表4 混凝土輸送管管徑與粗骨料最大粒徑的關系

本橋選用粒徑為5～20mm 的陜西北山碎石作為粗骨料，最大粒徑小于25mm，故輸送管選用內徑125mm 的高壓管。另據對國內鋼管混凝土橋工況調查，灌注混凝土時亦多用125mm 高壓輸送管。

②輸送管配管。泵送壓力與輸送管長度成正比關系，管道換算長度越長，所需的泵送壓力越大。同時泵送過程中混凝土與管壁間的摩擦力會抵消部分泵送壓力，管道越長，壓力損失越大。所以輸送管應根據工程和施工場地特點、混凝土輸送方案進行配管，配管時宜盡量縮短長度、少用彎管和錐管，以減小泵送阻力。

垂直配管時隨高度增加，混凝土勢能增大，回流明顯，按規(guī)程敷設水平管消阻混凝土回流。本橋配管情況如表5所示。

表5 配管情況

3.3.3 泵送設備選型與布置 混凝土泵送設備要求性能可靠，否則影響混凝土連續(xù)灌注。泵送設備選型時，首先計算了混凝土由地面泵送至拱頂所需的泵送壓力、再取用1.5 倍的計算壓力、泵壓小于4Mpa 選擇泵送設備，最后選定HBT80-1818 型混凝土拖泵和SY5125THB-9018 型混凝土車載泵。

表6 泵車技術參數

如圖3，在既有高速公路兩側4 個拱腳位置根據對稱灌注要求各安設1 臺，備用2 臺，即4+2 設置。分設于兩側的雙120 混凝土拌合站（2#、3#站）供應，最遠距離8km,按頂升作業(yè)連續(xù)進行能夠保證的原則計算混凝土運輸能力，確定運輸罐車數量，并按20%數量備用，工前按照運輸路線試跑確認。

圖3 泵車布置圖

3.3.4 進料口與出漿口設置

①進料口設置。輸送管進料口開設在距拱座頂面2～2.5m 處，原設計為φ200mm 鋼管作為進料管，考慮方便與輸送管的連接，實際施工中采用與輸送管同型號泵管制作進料管。對上弦管，設在拱肋上方；對下弦管及拱腳腹板，進料口開設在拱肋側面。進料導管與鋼管拱軸線成30 度角焊接，以減小灌注阻力，保證灌注混凝土順暢，接口處用小角鋼作加勁處理。每道拱肋進料口對稱布置。

圖4 進料管示意圖

圖5 進料口管道布置

為防止拆管時混凝土回流，在每個進料導管上設置止?jié){閥，本橋采用輸送管配套止?jié){閥。

②備用進料口設置。為了避免施工中可能出現泵送頂力不足或其他意外情況發(fā)生，對上弦管，在主拱1/3 矢高及2/3 矢高處對稱設置第二級和第三級備用進料口。對下弦管，在拱肋1/2 高度對稱設置兩個備用進料口。

③排氣管設置。上弦管排氣管設置：拱頂隔倉板兩側20cm 處。下弦管排氣管設置：拱頂隔倉板兩側60cm 處。拱腳腹板：腹腔最上端側面。排氣管采用外徑φ200mm 鋼管，長度0.7m～1m，與管壁和腹板焊接。左右拱肋腹板和下弦管排氣管均設于面向橋面一側。

圖6 止?jié){閥

圖7 排氣管

表7 排氣管數量表

3.3.5 排氣措施 混凝土在高速泵送過程中，管道出口呈射流狀態(tài)，混凝土內有大量氣體，呈氣泡狀隨浮漿上浮集于拱頂的管腔上部，在管內流動漫過排氣管口時易堵塞排氣管。此時若繼續(xù)向肋腔內泵入混凝土，將引起管內空腔混凝土壓縮，當鋼管焊縫達到極限強度時，拱肋鋼管爆裂，引發(fā)事故。

為減低管內空氣壓力，于上弦管頂面、下弦管側面間隔10m～15m 設直徑25mm 排氣孔，孔外側焊接27mm 螺母，排氣孔出漿時，旋緊螺栓封堵排氣孔。終凝后旋下螺栓，割除螺母并補焊處理。

3.3.6 輔助振搗 單弦管頂升灌注施工時，在拱腳1/3、1/2、2/3 拱肋處各安裝2 個ZF75-150 型附著式振動器輔助振搗，確保混凝土頂升排氣順暢、混凝土壓注密實。

圖8 排氣孔

圖9 附著式振動器

3.3.7 過程監(jiān)測 混凝土灌注達到的高度由計算確定，之外尚需敲擊聽音確認以協(xié)調同步，敲擊拱肋管身主要用以檢查混凝土與管壁是否存在較大空腔和空隙，在發(fā)現確認后及時標示并采取附著補振或其他措施消除，這一常用方法要求一定的經驗；過程中預埋傳感監(jiān)測系統(tǒng)用于后期進行無損超聲檢測，監(jiān)測由蘭州交通大學實施。

3.3.8 其他措施 ①混凝土輸送管道布設，本著前述原則，減少彎管數量，泵口平管在墩位處接立管至拱角，沿拱背布設至靠近拱頂的備用進料口。②確保連續(xù)供應混凝土，混凝土供應間斷時，保證泵前始終有一車混凝土，每短時間隔即泵送一次直至后續(xù)混凝土運至，或由其他頂升壓注混凝土的工作面調配解決?？傊斔捅贸辛隙穬缺３肿銐蚧炷烈苑揽毡?，引起堵管或雖未堵管而將空氣泵入拱肋鋼管產生空腔，影響施工質量或造成后期處置困難。③拱頂排氣管開始出漿時，保持壓注混凝土，至全部排出浮漿并排出粗骨料勻質混凝土時停泵。兩側及同一拱肋確保對稱或基本同步，即兩側混凝土基本同步壓注至頂，拱頂排氣孔相繼出漿。④泵送結束后關閉止?jié){閥，拆除輸送管進行清洗，鋼管拱肋覆蓋灑水養(yǎng)護。

4 施工預案及組織保證措施

4.1 拌合站、運輸車及混凝土泵等配備 混凝土拌合站、運輸車和混凝土泵的備用安排為，以稍遠的1#拌合站作為備用拌合站，2#和3#站除在途、機口及泵口混凝土運輸車外各備2 臺，壓注施工現場備兩臺車載泵。故障時啟用接替。

4.2 電力故障處治 各拌合站備1 臺250Kw 的發(fā)電機，現場備2 臺150Kw 的發(fā)電機。施工前與供電部門聯系保證灌注過程中不斷電。意外斷電則自發(fā)電接用，施工前進行線路檢查、檢修。

4.3 材料供應 計算每次灌注混凝土所需材料數量，檢查確認。

4.4 泵管堵塞處治 混凝土骨料粒徑須符合要求，站內試驗員負責嚴控混凝土質量；泵送混凝土前清水潤滑管道，并先送砂漿，再送混凝土；于每處拱腳管道旁安設備用管道，并于現場配備輸送管的水平管、彎管、變徑管、管卡和橡膠墊圈。輸送壓力漸增而承料斗料位不降，管道出口不出料伴有泵身、管路強烈振動或位移時，判作管道堵塞。多發(fā)于彎管、錐管，以及有振動的地段?？捎眯″N沿管路敲打聽音確定位置。

遇堵管時立即采取反復進行正、反轉泵的方法，使混凝土吸回承料斗再輸送。也可用木錘敲擊的方法，結合正、反轉泵疏通。上法無效時立即關閉進料口止?jié){閥、連接備用泵管、打開止?jié){閥繼續(xù)泵送。處理速度要快，一般在30min 內完成。將堵塞的泵管拆下、清理、備用。

4.5 泵管爆卡處治 泵管管卡脫落時立即停泵、關閉止?jié){閥、更換管卡、重啟止?jié){閥，繼續(xù)泵送。

4.6 鋼管堵塞處治 確認拱肋鋼管堵塞無法泵送時，查明混凝土灌注位置，啟用備用口（應保證備用口上方管內5m 以上的混凝土柱，不可倒灌入管），接入泵管繼續(xù)灌注。

4.7 組織保證 現場統(tǒng)一指揮，人員按既定分工，各司其責且相互聯系配合，項目生產副經理總指揮、拌合站各一名試驗員、各泵前一名試驗員、雙側拱肋各兩名技術員負責施工指揮監(jiān)測和安排配合人員作業(yè)、各作業(yè)面配合6人接拆管路、堵孔、加固等，安排測量人員施工中對拱軸線、拱頂高程變化、梁面監(jiān)測監(jiān)控。

5 結語

本橋鋼管拱混凝土頂升灌注通過采取上述施工技術和現場組織措施得以順利完成，通過在過程中預埋于管腔的傳感監(jiān)測系統(tǒng)工后對鋼管混凝土脫空、鋼管拱損傷的監(jiān)測表明，管內混凝土密實、鋼管拱工后無損。

[1]TB10424-2010，鐵路混凝土工程施工質量驗收標準[S].

[2]陳寶春.鋼管混凝土拱橋[M].北京：人民交通出版社，2007.

[3]JGJ/T10-2011，混凝土泵送施工技術規(guī)程[S].

[4]亢繼龍.鋼管混凝土拱橋拱肋混凝土頂升灌注工藝[J].山西建筑，2005（5）.

[5]黃納新，嚴愛國，羅世東.溫福鐵路昆陽特大橋主橋連續(xù)梁拱施工設計[J].鐵道標準設計，2005（11）.