鄭如巖

(山東濱州公路工程總公司)

單索面鋼箱疊合梁大直徑鋼管內(nèi)混凝土的頂升工藝

鄭如巖

(山東濱州公路工程總公司)

對下承式鋼管拱橋的鋼管拱混凝土頂升的工藝難點分析、方案比選、關(guān)鍵控制措施、壓注控制要點展開系統(tǒng)研究，最后以超聲波無損檢查為主，錘擊敲打為輔對鋼管拱內(nèi)混凝土密實度檢測，結(jié)果顯示拱肋混凝土密實，沒有空鼓和脫管現(xiàn)象，符合設計要求。

公路;大直徑鋼管拱;混凝土頂升

1 工程概況

主橋為單索面鋼箱疊合梁鋼管混凝土下承式系桿拱橋，跨徑組合2×138 m、橋?qū)?9.5 m。拱肋空間形狀為“紡錘形”，是通過橫撐、斜撐和三根主鋼管組成的組合式拱圈，拱座為鋼砼結(jié)合。拱座和拱肋內(nèi)均采用C50高性能自密實混凝土填充。設計為雙孔2×138 m跨徑單索面鋼箱疊合梁鋼管混凝土下承式系桿拱橋形式，該工程具有超大直徑(主拱1.8 m、壁厚30～25 mm)拱肋、紡錘形桁架組合形式的特點，以及大直徑拱肋鋼管制安技術(shù)、采用先梁后拱滿堂支架散拼施工控制技術(shù)、單索面施工中橫向平衡控制技術(shù)、大直徑鋼管混凝土施工控制技術(shù)等施工控制難點。

拱肋鋼管內(nèi)混凝土壓注方法為頂升壓注法。在靠近拱腳的適當位置處開鑿壓注孔并將設有閘閥的鋼管進料口與混凝土泵送管相連接，沿拱軸線方向在拱管頂部設置排氣孔，混凝土在泵壓力的作用下，有下而上頂升，依靠自重擠壓密實并充滿鋼管，從而與鋼管共同參與結(jié)構(gòu)受力。當泵送頂升的高度時，停泵讓混凝土自由下沉，再次泵送頂升保證分倉的混凝土密實。

在泵送混凝土之前，首先要進行混凝土泵的選型。根據(jù)混凝土的泵送距離、泵送高度、泵送速度等計算最大泵送壓力以及泵送功率，確定擬選用輸送泵的規(guī)格型號及與之相匹配的混凝土拌合設備。

2 工藝難點、特點分析

(1)大直徑鋼管混凝土拱肋其混凝土收縮徐變小、孔隙率小、鋼管與混凝土熱膨脹度差異大。

(2)鋼管內(nèi)加縱、橫向勁板數(shù)量多、密度大，不得出現(xiàn)管內(nèi)混凝土空洞、斷縫和混凝土與管壁分離現(xiàn)象。

(3)技術(shù)風險大。單根主鋼管混凝土方量約300 m3，壓注時間長，同步對稱頂升控制難度大。

(4)一次性頂升高度大33.75 m，必須保證有足夠的泵壓。

3 泵送方案比選

鋼管內(nèi)混凝土采用泵送法施工。按照泵車可放置的位置施工預案分為兩種:一是泵車放置于施工便道靠近主橋橋墩處，通過垂直泵管連接進漿口進行混凝土壓注施工;二是把泵車放置于橋面拱腳處，省去垂直泵管僅通過較短的水平泵管連接進漿口進行混凝土壓注施工。

第一種方案相較第二種方案因泵車位于地面，距離進漿口較遠，頂升垂直高差達到60 m多，泵車性能要求高，租賃成本高。同時泵管較長，如遇突發(fā)事件，不利于及時處理，頂升風險大。

第二種方案減小了泵車輸送管道長度和泵送高度，縮短了故障排除時間，對泵車性能要求較低，有良好的經(jīng)濟效益。

現(xiàn)場拱肋混凝土泵送最大高度約33.75 m，混凝土密度2 500 kg/m3考慮，混凝土自重最大壓強1.55 MPa，混凝土頂面大氣壓為0.1 MPa，考慮泵管4個彎頭，根據(jù)經(jīng)驗每個彎頭降壓約0.1 MPa，彎頭降壓0.4 MPa，故拖泵頂升壓強至少需2.0 MPa。

混凝土頂升采用兩臺三一牌HBT80C—2118D拖泵進行壓注。該拖泵低壓為10.8 MPa，高壓為18 MPa。按70%計算，分別為7.6/12.6 MPa，分別有3.8/6.3倍保證系數(shù)，可確保順利泵送至拱頂。

4 泵送施工工藝流程

見圖1。

圖1 鋼管內(nèi)混凝土泵送工藝流程

5 關(guān)鍵控制措施

(1)頂升順序:先主拱后副拱，待主拱混凝土強度達到設計強度的80%以上，再壓注副拱。

(2)拱腳進料管與拱軸線夾角設計小于30°，以減小對鋼管壁的沖擊力。見圖2。

圖2 進料管設計圖

(3)拱頂增設隔倉板，控制混凝土壓注速度不均衡產(chǎn)生的質(zhì)量問題。見圖3。

圖3 拱頂設置隔倉板

(4)施工中采用敲擊聽音法，通過人工敲擊布置在拱肋上2 m觀測點的聲音來控制拱腳車載泵泵送壓力。

6 鋼管拱混凝土壓注控制要點

(1)鋼管拱混凝土原材料的質(zhì)量:對原材料的進場，嚴格按照混凝土設計配比的要求及規(guī)格進場。進場的材料既要符合規(guī)范要求，其規(guī)格又要符合配合比設計要求。進行拌和前，必須對原材料的進行檢驗，根據(jù)實際情況，為保證混凝土的工作性能適當調(diào)整好施工配合比。

(2)對鋼管拱混凝土，其拌和時間有更高要求，以保證鋼管混凝土拌和均勻，和易性好。拌和站的產(chǎn)量要能滿足施工泵送的進度要求。為保證混凝土在頂升過程中有很好的和易性和流動性，施工應選擇在早上，此時的氣溫相對較低，有利于混凝土的緩凝保塑。并在泵送過程中對到現(xiàn)場的每一車混凝土性能進行檢測。

(3)保證壓注過程中緩慢連續(xù)，對混凝土施工的人員、機械的組織特別重要。必須配備方案要求的人員及設備。

(4)由于在壓注過程中，混凝土輸送泵承受的反向力大，因此混凝土輸送泵支立地基好，泵管必須連接緊密，并固定牢靠。

(5)在混凝土頂升之前，清除拱內(nèi)雜物，使管內(nèi)不得有油污和銹蝕物，在泵送混凝土之前泵送水泥漿濕潤管壁，而后連續(xù)泵送混凝土。

(6)在泵送剛開始前，應保持同步慢速，并觀察泵壓及各部分運行情況，確認正常以后再以常速泵送，兩臺泵的速度及壓力盡量保持一致，為防止混凝土供應不及時，泵斗中儲存一部分混凝土，必要時降低泵送速度或間隔泵送以維持泵送的連續(xù)性。

(7)為保證泵送為兩端對稱進行，在泵送過程中，通過敲擊檢測的方法來確定混凝土的位置。測量檢測工作隨時進行，對拱肋的豎向曲線變化進行觀測，根據(jù)混凝土頂升到的不同部位，隨時觀察拱肋的線性變化。

(8)待排漿口排除混凝土后，管壁截止閥，拆除并清洗泵管?；炷翉姸冗_到50%拆除排漿管，對所開排漿口進行補焊。焊接要平整光滑，不突出和漏焊。

7 鋼管拱肋混凝土密實度檢測

混凝土泵送完成3個月左右后，收縮趨于穩(wěn)定，對混凝土與鋼管的密實情況進行檢查。檢查方法以超聲波無損檢查為主，錘擊敲打為輔。通過超聲波檢測拱肋拱頂、3 L/8、5 L/8及L/4和人工敲擊檢測主、副拱斷面軸線上108個敲擊點，檢測結(jié)果相互吻合，拱肋混凝土密實，沒有空鼓和脫管現(xiàn)象。

圖4 超聲波徑向?qū)y示意圖

8 結(jié)論

結(jié)合該橋拱肋的大直徑特性，在現(xiàn)場混凝土頂升施工方面，從泵送方案選擇、泵送設備選型、泵送工藝和控制措施等多個方面，進行了設計和控制，施工效果較好。

混凝土頂升施工過程中，對鋼管拱肋專門進行了應力、變形等關(guān)鍵指標的監(jiān)測和數(shù)據(jù)分析，結(jié)果顯示理論計算數(shù)據(jù)和實測結(jié)果吻合度高，控制較為準確。

經(jīng)最終的鋼管拱肋密實度檢測，拱肋填充混凝土密實性好，施工質(zhì)量優(yōu)良。

U445

C

1008－3383(2015)10－0106－01

2015－03－25