陳彥發(fā)
中鐵十一局集團(tuán)有限公司投資公司,湖北 武漢 430000
京杭運(yùn)河特大橋中心里程為DK173+495.13,起訖里程為DK171+858.48和DK175+131.78,橋梁全長(zhǎng)3273.30m。跨越京杭運(yùn)河的主橋?yàn)?2m+132m+62m預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁和中孔鋼管混凝土加勁拱組合結(jié)構(gòu)體系,并將簡(jiǎn)支梁橋作為引橋。
連續(xù)梁拱組合結(jié)構(gòu)橋的基礎(chǔ)施工工藝在已有施工經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上創(chuàng)新性地改變了梁、拱部分的施工順序;主橋鋼管梁拱軸線采用二次拋物線,拱肋計(jì)算跨度為132m,計(jì)算矢高為22m,矢跨比為1/6。拱肋于拱頂設(shè)置最大0.088m的預(yù)拱度,施工矢高為22.088m,拱肋在具體施工過(guò)程中通過(guò)將施工拱軸線進(jìn)行制作和拼裝完成。
在4根主拱肋鋼管和腹腔內(nèi)灌注C50微膨脹混凝土,其跨度為132m,鋼管外徑為1000mm,管內(nèi)需要灌注C50混凝土共計(jì)508m3,分8次灌完?;炷敛捎脧牡撞肯蚋咛幹苯禹斶M(jìn)的方法施工。鋼管拱布置圖如圖1所示。
圖1 鋼管拱布置圖
利用現(xiàn)場(chǎng)已有的Φ600mm鋼管模擬Φ1000mm的鋼管拱肋,在鋼管內(nèi)焊接吊桿內(nèi)部構(gòu)件,從下至上將混凝土泵送到鋼管內(nèi),混凝土由上端溢出,測(cè)量整個(gè)過(guò)程中混凝土的坍損、含氣量以及混凝土流動(dòng)性、和易性情況。試驗(yàn)結(jié)果表明,泵送后從鋼管中放出來(lái)的混凝土和易性、流動(dòng)性均較好,含氣量滿足要求,但是坍落度不宜過(guò)大,控制在220~230mm為宜;現(xiàn)場(chǎng)配置的輸送泵泵送時(shí)壓力始終保持在14MPa左右;混凝土泵送前要加大水泥漿用量;出漿口不宜接彎管和太長(zhǎng)的管道;在混凝土要到達(dá)鋼管頂部時(shí),要放慢泵送速度[1]。
(1)按比例配置C50微膨脹混凝土。原材料為水泥、細(xì)骨料、粗骨料等,并準(zhǔn)備拌和設(shè)備、運(yùn)輸設(shè)備和混凝土澆筑設(shè)備,將施工作業(yè)人員分為混凝土攪拌運(yùn)輸和混凝土泵送澆筑兩個(gè)施工班組,制訂工作計(jì)劃表和安全管理制度與措施,在施工前對(duì)人員再進(jìn)行一次作業(yè)和安全培訓(xùn),確保工程安全有序推進(jìn)。
(2)施工方案。以拱頂為對(duì)稱線兩半跨對(duì)稱加載,以橋軸線為對(duì)稱線上下游肋不同時(shí)段交替加載。主拱肋鋼管混凝土要求單管對(duì)稱泵送灌注,管內(nèi)混凝土長(zhǎng)度差不大于2m,并在混凝土初凝時(shí)間內(nèi)泵送到頂。施工采取兩肋共4根鋼管和2道腹板依序逐一灌注。4根鋼管拱肋在頂部設(shè)有隔倉(cāng),每半截鋼管拱分別在底端設(shè)進(jìn)漿口,在頂端設(shè)出漿口;腹板采用二級(jí)泵送方式,在腹板的1/2和1/4處均設(shè)有隔倉(cāng),在隔倉(cāng)附近處設(shè)置進(jìn)漿口和出漿口。
(3)灌注順序。鋼管拱肋混凝土灌注順序如圖2所示。此部分的整體施工可以分8次完成,灌注一根弦管約需3~ 4h。
圖2 鋼管拱肋混凝土灌注順序圖
(4)施工準(zhǔn)備。①原材料。原材料包括水泥、石子、砂及外摻劑,保證數(shù)量充足,干凈、干燥,并堆放在指定操作地點(diǎn),方便施工作業(yè)。②設(shè)備。在主橋墩兩側(cè)分別設(shè)置三一重工(HBT80C-2122Ⅲ型)混凝土輸送泵1臺(tái)并配備Φ125mm的高壓輸送泵管,再額外準(zhǔn)備一臺(tái)輸送泵備用,確保施工數(shù)據(jù)滿足理論上的出口壓力值為14~22MPa,排量值的變化控制在50~85m3/h。
(5)進(jìn)料管和排漿管準(zhǔn)備。分別在單根拱肋鋼管兩側(cè)拱腳位置安排一處進(jìn)料管,必須保證進(jìn)料管放置在弦鋼管頂面或側(cè)面且和拱肋鋼管軸線夾角約為30°,其安裝示意圖如圖3所示。
圖3 安裝示意圖
(6)輸送管準(zhǔn)備。在裝設(shè)輸送管時(shí),首先確保輸送管數(shù)量、型號(hào)滿足施工要求,然后確定泵管上弦壓注口的安裝位置在鋼管拱腳近側(cè),而下弦壓注口要與弦管保持水平位置相接,管道位置確定之后選擇用槽鋼固定,檢查管道接頭處的膠墊圈安裝和密封程度符合安全施工標(biāo)準(zhǔn)和要求。管道整體布設(shè)完成后,需要為管道設(shè)置足夠的支點(diǎn)和懸掛點(diǎn)。
(7)輸送泵泵送能力計(jì)算?,F(xiàn)場(chǎng)采用三一重工(HBT 80C-2122Ⅲ型)拖式混凝土泵,輸送泵管布置了4根彎管(彎度90°、半徑R=1000mm),2根彎管(彎度45°、半徑R=1000mm)的彎管,1根長(zhǎng)55m的水平管,1根長(zhǎng)30m的豎直管,最高泵送高度為40m。混凝土泵送所需壓力P包含三個(gè)部分:混凝土在管道內(nèi)流動(dòng)的沿程壓力損失P1,混凝土經(jīng)過(guò)彎管的局部壓力損失P2,垂直段壓力損失P3。
第一,計(jì)算水平泵送沿程壓力損失P1的經(jīng)驗(yàn)公式為
式中:ΔPl為單位長(zhǎng)度的沿程壓力損失;l為水平管道總長(zhǎng)度,l=55m;k1為黏著系數(shù),k1=(3-0.1S)×100Pa,S為坍落度,S=23cm,則k1=(3-0.1×23)×100=70Pa;d為混凝土輸送管直徑,按Φ125mm計(jì)算;k2為速度系數(shù),k2=170Pa/(m·s);為混凝土泵分配閥切換時(shí)間與活塞推壓混凝土?xí)r間之比,約為0.2~0.3;V2為混凝土在管道內(nèi)的流速,當(dāng)排量達(dá)50m3/h時(shí),約為0.82m/s;α2為徑向壓力與軸向壓力之比,約為0.9。由此可得,P1=4÷125×[70+170×(1+0.2)×0.82]×0.9×55=0.375MPa。
第二,計(jì)算通過(guò)彎管產(chǎn)生的局部壓力損失P2。布置4根彎管(彎度90°、半徑R=1000mm),2根(彎度45°、半徑R=1000mm)的彎管(相當(dāng)于一個(gè)彎度90°、半徑R=1000mm的彎頭),P2=5×0.2=1.0MPa,即每根彎管的壓力損失為0.2MPa。
第三,垂直方向壓力損失P3=ρgh=2500×10×40=1000000Pa=1MPa,其中ρ為混凝土的密度,ρ=2500kg/m3。
第四,泵送沿程損失所需的總壓力P理=P1+P2+P3=0.375+1+1=2.375MPa,通過(guò)對(duì)既往類似施工經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)可知,混凝土泵送阻力約為普通C30混凝土泵送阻力的2倍,則P實(shí)=2P理=2×2.375=4.75MPa<22MPa-14MPa。
(8)鋼管拱肋混凝土灌注。①泵送高標(biāo)號(hào)的水泥漿。②泵送C50微膨脹混凝土。輸送泵位于主墩側(cè)面,泵送時(shí)應(yīng)盡量遠(yuǎn)離拱肋壓注口,并根據(jù)施工情況適當(dāng)延長(zhǎng)管道長(zhǎng)度。整體的混凝土泵送過(guò)程中應(yīng)該保證從運(yùn)送到輸送至料斗再通過(guò)管道泵送施工,當(dāng)混凝土噴出后應(yīng)停止后續(xù)作業(yè),利用工具插打截止閥,封閉出氣口,清洗輸送泵,至此,整個(gè)混凝土泵送過(guò)程結(jié)束。③作業(yè)后需對(duì)輸送泵管等設(shè)備進(jìn)行分解、拆洗,待混凝土停止出水后,將進(jìn)料管隔斷,用鋼板將排漿、壓注口等進(jìn)行嚴(yán)密封堵,避免產(chǎn)生因雨水進(jìn)入而出現(xiàn)與混凝土發(fā)生碳化反應(yīng)的問(wèn)題[2-3]。
鋼管拱肋混凝土澆筑實(shí)測(cè)項(xiàng)目如表1所示。
表1 鋼管拱肋混凝土澆筑實(shí)測(cè)項(xiàng)目表
綜上所述,施工前按照具體數(shù)據(jù)和方法所進(jìn)行的鋼管拱混凝土頂升施工試驗(yàn)為京杭運(yùn)河特大橋的鋼管拱混凝土頂升灌注施工提供了高質(zhì)量的技術(shù)準(zhǔn)備,有利于具體作業(yè)的順利進(jìn)行。后續(xù)類似工程施工方也可利用此方法對(duì)各自負(fù)責(zé)的項(xiàng)目進(jìn)行前期的技術(shù)鋪墊,并在施工完成后通過(guò)技術(shù)交底等方式保證后期工程項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)維護(hù)的順利開展,為延長(zhǎng)工程的使用壽命提供技術(shù)保障。