付柳源 周弟松 馬文輝

摘要：文章以360 m公路鋼管提籃拱橋沙尾左江特大橋?yàn)槔?，介紹了管內(nèi)混凝土真空輔助灌注工藝以及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備布置等，并通過(guò)精心的施工組織和資源安排，優(yōu)化施工工藝，解決管內(nèi)混凝土脫空問(wèn)題，對(duì)后續(xù)同類型橋梁施工具有參考和借鑒價(jià)值。

關(guān)鍵詞：橋梁工程;提籃拱橋;混凝土灌注;真空輔助

0 引言

鋼結(jié)構(gòu)和混凝土等高強(qiáng)度高性能材料的發(fā)展，以及橋梁施工技術(shù)的突破，促使鋼管混凝土拱橋不斷向更大跨徑挑戰(zhàn)。鋼管混凝土拱橋作為鋼結(jié)構(gòu)與管內(nèi)混凝土結(jié)合的受力結(jié)構(gòu)，跨徑越大，施工條件越復(fù)雜，管內(nèi)混凝土灌注施工難度更大，越易出現(xiàn)管壁脫空問(wèn)題。因此本文以沙尾左江特大橋?yàn)楣こ瘫尘?，結(jié)合真空輔助分級(jí)泵送灌注工藝，展開(kāi)對(duì)管內(nèi)混凝土灌注施工的關(guān)鍵技術(shù)研究，為同類型橋梁施工提供借鑒。

1 工程概況

沙尾左江特大橋是南寧南過(guò)境線，吳圩機(jī)場(chǎng)至隆安段高速公路上跨越沙尾左江的一座重要橋梁。大橋起止樁號(hào)為K22+653.295～K23+621.795，全長(zhǎng)968.5 m，跨徑組合為：9×40 m（預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)小箱梁）+360 m（中承式鋼管混凝土提籃拱）+6×40 m（預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)小箱梁）。主橋?yàn)橛?jì)算跨徑340 m的中承式鋼管混凝土提籃拱橋，矢跨比為1/4.533，兩拱肋在豎直面內(nèi)向橋軸線側(cè)傾斜10°，南岸為吳圩岸，北岸為隆安岸，建成時(shí)為世界最大跨徑的公路鋼管混凝土提籃拱橋。

其拱肋采用Q345qC鋼材的變高度鋼管混凝土四管桁式結(jié)構(gòu)，拱頂截面徑向高7 m，拱腳截面徑向高12 m，肋寬3.2 m。單片拱肋分16個(gè)節(jié)段加工制作及安裝，全橋上下游共32段。主拱肋均為1 200 mm的鋼管混凝土弦管，壁厚24～32 mm，管內(nèi)混凝土采用C60自密實(shí)補(bǔ)償收縮混凝土。主拱肋通過(guò)綴管720 mm和豎向兩根腹桿610 mm鋼管連接主管而構(gòu)成矩形截面（見(jiàn)圖1）。

2 材料與設(shè)備計(jì)劃

2.1 材料計(jì)劃

根據(jù)混凝土灌注配合比及各原材料的規(guī)格型號(hào)，準(zhǔn)備足夠的水泥、石子、砂及外摻劑等材料，初步統(tǒng)計(jì)管內(nèi)灌注方量為3 396.9 m3。為保證材料準(zhǔn)備充足，原材料數(shù)量按4 000 m3管內(nèi)混凝土計(jì)劃，如表1所示。其中混凝土按自密實(shí)無(wú)收縮的目標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)，在混凝土中摻入膨脹劑和微珠等材料，抵消生成強(qiáng)度過(guò)程中及后期的收縮，同時(shí)滿足混凝土高流動(dòng)、早強(qiáng)、免振自密及易泵送的性能要求，最終確定配合比如表2所示。施工過(guò)程中有關(guān)人員應(yīng)做好后場(chǎng)材料的存量跟蹤并及時(shí)進(jìn)場(chǎng)補(bǔ)充。

2.2 設(shè)備計(jì)劃

灌注所需混凝土罐車(chē)、泵管、混凝土輸送泵在拱肋合龍后全部進(jìn)場(chǎng)完畢，并對(duì)各設(shè)備進(jìn)行全面的試運(yùn)行和檢查維護(hù)，保證各設(shè)備性能良好，避免施工過(guò)程潛在的不良因素。其中南岸采用兩套120型拌和設(shè)備，產(chǎn)能為120 m3/h;北岸采用兩套90型拌和設(shè)備，產(chǎn)能為90 m3/h。

為滿足兩岸對(duì)稱同時(shí)灌注的施工要求，綜合考慮拌和站距離、運(yùn)輸、材料供應(yīng)等因素，現(xiàn)場(chǎng)泵送效率約為40 m3/h，混凝土罐車(chē)的運(yùn)輸能力為10 m3/輛。南岸拌和站距現(xiàn)場(chǎng)行程約16 km，需配置混凝土罐車(chē)11臺(tái);北岸拌和站距現(xiàn)場(chǎng)行程約7.2 km，需配置混凝土罐車(chē)9臺(tái)。主要設(shè)備計(jì)劃如表3所示。

3 現(xiàn)場(chǎng)布置

為減少泵送壓力和灌注風(fēng)險(xiǎn)，沙尾左江特大橋分二級(jí)從拱腳向拱頂泵送。施工中遵循單根拱肋兩岸對(duì)稱灌注以及全橋拱肋上下游交替灌注的原則，避免加載過(guò)分集中，保證全橋拱肋結(jié)構(gòu)受力體系平衡，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地形條件確定泵機(jī)位置，必要時(shí)搭設(shè)泵管支撐架，以減少泵管彎頭個(gè)數(shù)以及避免大幅度轉(zhuǎn)角，保證整個(gè)泵送過(guò)程順暢無(wú)堵塞?，F(xiàn)場(chǎng)整體布置如下頁(yè)圖2所示。

3.1 進(jìn)漿管布置

單根弦管半跨布置2處進(jìn)漿口，分2級(jí)向拱頂泵送。第1處進(jìn)漿管位于拱腳處，第2處進(jìn)漿管位于5#拱肋節(jié)段，約3/5矢高處。為減小泵送阻力及對(duì)鋼管壁的沖擊，進(jìn)漿管應(yīng)順弦管軸線（往拱頂）走向設(shè)置，且與拱肋鋼管軸線夾角<45°。因此，在管內(nèi)部連接一節(jié)彎管，緩解混凝土對(duì)管壁的沖擊，其中第1級(jí)選用規(guī)格為45°R1 m的彎管，第2級(jí)選用規(guī)格為15°R1.5 m的彎管，如圖3所示。同時(shí)為了保持管內(nèi)混凝土的壓力，防止管內(nèi)混凝土回流，進(jìn)漿管應(yīng)設(shè)置止回閥。

3.2 出漿管安裝

在北岸第8節(jié)段上弦距拱頂接頭100 cm和下弦距拱頂接頭200 cm處設(shè)置出漿管，全橋共16根。出漿管高度約1.2 m，直徑為180 mm，以免排漿時(shí)粗骨料堵住出漿管，造成多余的漿液和氣體排不出。出漿管應(yīng)設(shè)置在隔倉(cāng)板中心50 cm處（見(jiàn)圖4）。為保證灌滿出漿時(shí)焊縫處不滲漿、不脫空，出漿管應(yīng)與拱肋弦管焊接牢固。出漿管高度以作業(yè)人員實(shí)際操作便利為宜，視情況可根據(jù)設(shè)計(jì)要求合理調(diào)整。

3.3 真空輔助系統(tǒng)布置

將水環(huán)式真空泵及儲(chǔ)漿桶（容量≥3 m3）吊至拱頂作業(yè)平臺(tái)位置固定，上下游各2套，并用高壓軟管連接真空泵、儲(chǔ)漿桶和排漿口，連接布置如圖5所示。同時(shí)在拱肋鋼管L/8、L/4、拱頂處和儲(chǔ)漿筒上設(shè)置帶有氣體閥門(mén)的真空表，施工過(guò)程中實(shí)時(shí)記錄真空表的讀數(shù)并及時(shí)做出反應(yīng)，保證外界與弦管的連接位置密封性良好，維持管內(nèi)所需要的真空狀態(tài)。

3.4 泵管布置

全橋共配置8套泵管，南北岸上下游各2套。泵管采用125×5 mm（9 mm）的高壓泵管并布置在拱肋上弦管處（見(jiàn)圖6）。整個(gè)施工過(guò)程中不移動(dòng)泵管位置，澆筑下弦管時(shí)通過(guò)加長(zhǎng)泵管接入下弦管的進(jìn)漿管。為避免泵送管內(nèi)混凝土?xí)r泵管晃動(dòng)過(guò)大導(dǎo)致接頭松動(dòng)以致于漏漿，泵管使用手拉葫蘆與拱肋固定，且不可懸空布置。

4 施工工藝

4.1 灌注順序

沙尾左江特大橋采用真空輔助灌注工藝，全橋共分為8次灌注，每次南北岸對(duì)稱澆筑1根主弦管。先下弦后上弦、先內(nèi)側(cè)后外側(cè)。每次單根弦管混凝土灌注施工完成后，其混凝土強(qiáng)度須達(dá)到設(shè)計(jì)要求的80%才能進(jìn)行下一根灌注施工，齡期≥3 d且≤5 d。灌注順序如圖7所示。

4.2 施工流程

步驟一：沖洗鋼管內(nèi)壁。在拱腳鋼管下緣開(kāi)設(shè)A150 mm的排渣孔，根據(jù)全橋矢高選擇合適高揚(yáng)程的抽水機(jī)，將抽水機(jī)放置在拱頂作業(yè)平臺(tái)上，其出水口與拱頂出漿管連接，開(kāi)始抽水作業(yè)。通過(guò)大量注入的水流，將鋼管內(nèi)壁的鐵銹、焊渣及其余加工安裝過(guò)程中存在的細(xì)小雜物排出管外。待水流中無(wú)管內(nèi)雜物排出后停止抽水，補(bǔ)焊排渣孔，焊接要求及補(bǔ)焊材料同拱肋主體結(jié)構(gòu)。

步驟二：先后泵送清水、砂漿潤(rùn)滑1級(jí)泵管。

（1）斷開(kāi)1級(jí)泵機(jī)的泵管與進(jìn)漿管止回閥的連接，先用罐車(chē)運(yùn)水放入泵機(jī)內(nèi)，啟動(dòng)泵機(jī)，將水一直泵到管外，使泵管全部濕潤(rùn)。

（2）1級(jí)泵機(jī)泵送2 m3同標(biāo)號(hào)水泥砂漿，充分潤(rùn)滑管壁，減小混凝土泵送阻力。

（3）泵出的砂漿泄入導(dǎo)排漏斗中，排出拱肋結(jié)構(gòu)以外，避免污染拱肋油漆;被污染的油漆面應(yīng)及時(shí)沖洗干凈。

（4）砂漿泵送完成后，連接1級(jí)泵機(jī)的泵管與進(jìn)漿管閥門(mén)，做好1級(jí)泵送準(zhǔn)備。

步驟三：泵送第1級(jí)管內(nèi)混凝土。

（1）待每岸2輛C60混凝土罐車(chē)運(yùn)送至現(xiàn)場(chǎng)，每車(chē)待料30 min，混凝土充分熟化，排出大氣泡，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)人員測(cè)定混凝土坍落度及擴(kuò)展度等各項(xiàng)性能指標(biāo)均合格后，開(kāi)始進(jìn)行管內(nèi)混凝土灌注作業(yè)。

（2）啟動(dòng)1級(jí)泵機(jī)，泵送1級(jí)管內(nèi)混凝土。灌注過(guò)程中采用敲擊法判別混凝土界面，待超出1級(jí)進(jìn)漿口3 m高左右的位置時(shí)，啟動(dòng)真空系統(tǒng)，泵機(jī)暫停。管內(nèi)真空度合格后，繼續(xù)泵送1級(jí)管內(nèi)混凝土。

（3）泵送過(guò)程中維持管內(nèi)真空度在-0.08～-0.06 MPa范圍內(nèi)。

步驟四：泵送第2級(jí)管內(nèi)混凝土。

（1）同理采用敲擊法，判別1級(jí)泵機(jī)泵送混凝土直到混凝土面高于2級(jí)進(jìn)漿管3 m左右時(shí)，關(guān)閉1級(jí)進(jìn)漿管閥門(mén)，完成1級(jí)泵機(jī)泵送工作。

（2）啟動(dòng)2級(jí)泵機(jī)，先后用清水和同標(biāo)號(hào)砂漿潤(rùn)滑2級(jí)進(jìn)漿管，操作與1級(jí)進(jìn)漿管相同。

（3）潤(rùn)管完成后啟動(dòng)真空系統(tǒng)，觀測(cè)真空表讀數(shù)達(dá)到要求后，2級(jí)泵機(jī)繼續(xù)泵送混凝土。泵送過(guò)程中維持管內(nèi)真空度在-0.08～-0.06 MPa范圍內(nèi)。

步驟五：真空系統(tǒng)退出工作。

（1）當(dāng)2級(jí)管內(nèi)混凝土泵送至拱頂位置并開(kāi)始出漿時(shí)，將混凝土泵送至儲(chǔ)漿桶內(nèi)至少1.0 m3后，暫停2級(jí)泵機(jī)，緩慢打開(kāi)空氣閥門(mén)，斷開(kāi)真空系統(tǒng)與拱頂出漿管的連接，此時(shí)真空輔助系統(tǒng)退出工作。

（2）卸除負(fù)壓時(shí)，人工用鐵錘敲擊出漿管，靠聲音辨識(shí)混凝土面在出漿管內(nèi)的位置，檢查混凝土是否有回落，當(dāng)發(fā)現(xiàn)混凝土面下降后，立即通知泵機(jī)再泵進(jìn)混凝土，使混凝土重新填滿出漿管，確保排漿管內(nèi)混凝土面不回落至鋼管內(nèi)，以防止空氣回流至鋼管。

（3）反復(fù)進(jìn)行上述操作，直至負(fù)壓卸載完畢。

步驟六：完成單根管內(nèi)混凝土灌注。

真空輔助系統(tǒng)退出工作后，2級(jí)泵機(jī)繼續(xù)泵送混凝土，以便將管內(nèi)浮漿從拱頂出漿管排出。待持續(xù)排出的混凝土顆粒均勻，浮漿已完全排盡后，暫停泵送，靜置10 min。然后泵送兩次，再靜置10 min。當(dāng)管內(nèi)混凝土無(wú)明顯的下沉、氣泡等現(xiàn)象，關(guān)閉2級(jí)進(jìn)漿管閥門(mén)，完成單根管內(nèi)混凝土灌注。

步驟七：清洗設(shè)備，準(zhǔn)備下一根拱肋混凝土灌注。

拆除泵管，將泵機(jī)及泵管等灌注設(shè)備沖洗干凈。待管內(nèi)混凝土達(dá)到施工要求，開(kāi)始開(kāi)展下一根主弦管灌注的工作。施工要求參照上一輪步驟進(jìn)行。

5 結(jié)語(yǔ)

管內(nèi)混凝土灌注是形成鋼管混凝土結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其施工質(zhì)量?jī)?yōu)劣直接影響到成橋的質(zhì)量和安全，因此務(wù)必引起高度重視。本文采用真空輔助施工工藝，分2級(jí)由兩岸拱腳同時(shí)向拱頂接力泵送，速度快、質(zhì)量好，能有效解決管內(nèi)混凝土脫空問(wèn)題，大大節(jié)約了時(shí)間和人工成本，值得同類型橋梁施工借鑒。

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