歐陽斌

（貴州橋梁建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，貴州貴陽 550005）

1 工程概況

總溪河大橋鋼管混凝土灌注施工具有以下幾個特點：

（1）鋼管拱矢高大，管內(nèi)構(gòu)造復(fù)雜，若采用常規(guī)自拱腳往拱頂一次性泵送頂推灌注工藝，會對底部混凝土泵送形成較大的泵送壓力，現(xiàn)場泵送機(jī)械難以滿足一次泵送要求；且鋼管拱內(nèi)設(shè)置有內(nèi)栓釘及環(huán)狀加勁板，會對一次性泵送產(chǎn)生較大阻力，也會對管內(nèi)的內(nèi)栓釘造成破壞。

（2）總溪河大橋采用機(jī)制砂配制鋼管內(nèi)混凝土，相比于采用天然砂配制的鋼管混凝土，其性能指標(biāo)的穩(wěn)定性更難控制，因此對灌注施工工藝提出了更高要求。

（3）總溪河鋼管混凝土拱橋采用桁式拱，拱肋鋼管數(shù)量多、鋼管內(nèi)混凝土單次灌注方量達(dá)到430m3、灌注時間長，如何在保證混凝土灌注質(zhì)量的前提下提高灌注速度，是總溪河大橋鋼管混凝土拱施工必須解決的關(guān)鍵問題。

（4）山區(qū)施工場地狹小，不利于大型機(jī)械的布置和施工。

綜合上述情況，確定采用“下填上頂”的施工工藝進(jìn)行總溪河大橋主拱圈機(jī)制砂微膨脹自密實混凝土灌注。即在主拱圈1/4、3/4跨處設(shè)置灌注孔，在拱腳及跨中處各設(shè)置1 個排氣孔；先采用C55 自密實混凝土自流實的方式對0～1/4（3/4）跨段進(jìn)行下填式灌注，再在1/4（3/4）跨處灌注孔向跨中進(jìn)行頂推式灌注。

2 鋼管混凝土下填上頂灌注施工技術(shù)

總溪河大橋主拱圈機(jī)制砂自密實鋼管混凝土下填上頂灌注施工流程詳見圖1。在機(jī)制砂自密實混凝土制配、現(xiàn)場灌注模擬試驗和各項施工準(zhǔn)備都完成后，開始主拱圈混凝土下填上頂灌注施工。

圖1 下填上頂灌注施工流程

下填上頂灌注施工實施細(xì)則如下：

（1）在主拱圈合龍前將主弦管內(nèi)的雜物清除干凈。兩岸拱澆筑進(jìn)度應(yīng)保持一致，澆筑高差不應(yīng)大于3m。單管灌注時間應(yīng)控制在12h之內(nèi)。

（2）灌注施工時先封閉拱腳處排氣（漿）孔，壓注4m3清水至主弦管內(nèi)潤濕管壁，然后拌制6m3水泥漿，壓注至主弦管內(nèi)；泵送混凝土入管8m3，打開拱腳處排氣（漿）孔，排至完整混凝土流出后封閉排氣（漿）孔連續(xù)泵送混凝土入管。灌注至拱頂處時應(yīng)繼續(xù)泵送，直至在拱頂處設(shè)置的排氣（漿）孔內(nèi)溢出完整混凝土后停止灌注。

（3）拱腳至L/4（L 為跨徑）區(qū)段拱圈截面傾角較大，采取自上而下的順序灌注管內(nèi)混凝土，借助自密實混凝土自身的重力擠壓密實；L/4 至拱頂區(qū)段拱圈相對平緩，采取自下而上、利用泵送壓力實現(xiàn)混凝土的灌注并確保其密實性。在L/4 截面附近開設(shè)兩個泵送孔，下灌混凝土?xí)r選用上泵送孔，待混凝土越過下泵送孔后，將泵送孔移至下一處灌注，實現(xiàn)混凝土灌注的連續(xù)性，直至在拱頂位置的排漿管流出混凝土。拱圈主弦管管內(nèi)混凝土需對稱灌注，單條拱肋弦管應(yīng)連續(xù)一次性灌注完成，灌注依照從上至下，從內(nèi)側(cè)到外側(cè)的順序進(jìn)行，需等上一根強(qiáng)度檢測達(dá)到80%方可灌注下一根管。

（4）總溪河大橋拱圈混凝土灌注施工適逢夏季，溫度較高，為盡可能延長混凝土初凝時間，保證鋼管拱自密實混凝土澆筑順利，應(yīng)選擇一天里溫度較低的時段進(jìn)行施工，砂石料可灑水降溫，避免陽光直射。

（5）管內(nèi)混凝土經(jīng)檢測達(dá)到設(shè)計要求強(qiáng)度后，切除截門閥，焊接排氣孔，將鋼管表面打磨處理并統(tǒng)一進(jìn)行涂裝。

3 鋼管混凝土自填充施工現(xiàn)場模擬試驗研究

3.1 試驗?zāi)康?/h3>

由于總溪河大橋主拱圈內(nèi)設(shè)有內(nèi)栓釘及連接法蘭盤，為了確保與實際工況吻合，保證鋼管自密實混凝土灌注質(zhì)量，現(xiàn)場選取100m 長度的鋼管開展鋼管拱混凝土自填充施工主體模擬實驗。實驗主要模擬下填范圍內(nèi)拱內(nèi)混凝土的澆筑情況。

該試驗全面模擬實際施工過程中各種工況條件，包括自密實混凝土配合比計量、混凝土攪拌、混凝土輸送、施工準(zhǔn)備、施工機(jī)械、施工過程組織、泵送自填充施工技術(shù)、施工過程控制等方面工作。主要實現(xiàn)如下目的：

（1）驗證自密實混凝土的施工性能；

（2）檢查泵送施工過程存在的問題；

（3）灌注后的鋼管混凝土性能評價。

3.2 試驗鋼管的選取

因常規(guī)鋼管混凝土施工工藝多為自下而上的頂推工藝，故本次模擬試驗僅針對總溪河鋼管混凝土拱橋主拱圈0～1/4（3/4）跨的自填充段，進(jìn)行下填施工工藝的模擬。模擬試驗所用鋼管尺寸與實橋梁完全一致，管內(nèi)加勁板和栓釘布置也與實橋類似。為盡可能模擬實橋混凝土在鋼管內(nèi)的流動情況，本次模擬試驗以總溪河大橋主拱圈上弦管為參考來布置模擬試驗鋼管的弧度和傾斜程度，試驗鋼管彎曲弧長為100m，如圖2所示。圖中，混凝土從試驗鋼管頂部開口灌入，在鋼管終端設(shè)置半開口管，以觀察混凝土在管內(nèi)的流動暢通與否。試驗鋼管底部開設(shè)有排氣孔?；炷翉脑囼炰摴茼敳块_口灌入，在鋼管終端設(shè)置半開口管，以觀察混凝土在管內(nèi)的流動暢通與否。試驗鋼管底部開設(shè)有排氣孔。

圖2 鋼管混凝土自填充模擬試驗鋼管架設(shè)布置示意圖

3.3 試驗方法

為滿足模擬試驗鋼管混凝土的灌入高度、斜度等要求，試驗地點選取在總溪河特大橋畢節(jié)岸拱座右旁側(cè)原棄土場范圍處。試驗時，混凝土運輸條件基本和主拱圈灌注混凝土條件一致，以期能夠更好地模擬現(xiàn)場，達(dá)到指導(dǎo)施工的目的。

模擬試驗時，試驗管混凝土灌注工藝與主拱圈灌注工藝一致。灌注過程中，觀察開口半管部位混凝土的通過情況和殘留情況，察看混凝土是否能有效通過管內(nèi)栓釘和內(nèi)加勁板，在管壁是否有殘留混凝土堆積等。

混凝土自流至試驗管內(nèi)且填滿后，先通過敲擊的方式檢查管壁是否存有空洞情況。灌注完成7d 后，分別通過超聲波檢測和鉆孔取芯，檢查灌注質(zhì)量是否能滿足總溪河大橋施工要求。待確認(rèn)試驗段混凝土灌注滿足要求后，方可指導(dǎo)實橋主拱圈混凝土的灌注施工。模擬試驗時間選定與正式澆筑時間氣溫相近的天氣進(jìn)行。

3.4 試驗結(jié)果

模擬試驗結(jié)果表明：

（1）總溪河大橋采用下填上頂灌注工藝是可行的，施工配合比混凝土的工作性能完全能夠滿足實橋施工要求。

（2）混凝土灌注過程中，開口半管部位混凝土能夠有效通過管內(nèi)栓釘和內(nèi)加勁板，在管壁無堆積殘留，說明總溪河大橋自密實鋼管混凝土具有較好的工作性能。

（3）混凝土灌注完成后，鋼管混凝土超聲波檢測和鉆孔取芯結(jié)果均表明，本次模擬試驗的鋼管混凝土灌注質(zhì)量優(yōu)良，管內(nèi)混凝土無明顯不密實區(qū)、空洞、夾雜泥沙和雜物等，混凝土勻質(zhì)性較好。

4 高性能鋼管混凝土施工質(zhì)量監(jiān)控技術(shù)和質(zhì)量評價研究

4.1 主拱圈線形監(jiān)控

確定主拱圈施工各個階段的狀態(tài)。

（1）確定空鋼管成拱目標(biāo)狀態(tài)，該空鋼管成拱目標(biāo)狀態(tài)由成橋狀態(tài)倒推得到，保證了空鋼管成拱目標(biāo)狀態(tài)即保證了成橋目標(biāo)狀態(tài)。

（2）確定最大懸臂施工狀態(tài)，也即空鋼管合龍段上去之前的狀態(tài)，主要確定最大懸臂施工狀態(tài)下扣掛系統(tǒng)和鋼管拱肋的安全性，通常這個狀態(tài)是施工過程中安全系數(shù)最低的狀態(tài)。

（3）確定各施工過程中的合理受力狀態(tài)。各施工過程中的合理受力狀態(tài)是由扣、背索力確定的，已知最大懸臂施工狀態(tài)，可以用無應(yīng)力索長法確定各施工過程中的扣、背索力。

施工過程對主拱圈狀態(tài)保持監(jiān)控并適時糾偏。拱圈混凝土施工前，制定測量方案，組織測量人員對混凝土灌注前后主拱圈線型進(jìn)行觀測，將觀測結(jié)果與理論值對比，根據(jù)對比結(jié)果發(fā)出監(jiān)控指令，確保施工過程拱圈線型滿足要求?；炷凉嘧⑹┕み^程中，隨時記錄混凝土灌注數(shù)量，保證兩岸對稱灌注。派專人在主弦管敲擊檢測，由回聲確定管內(nèi)混凝土面高度，兩邊高度不超過2m?；炷凉嘧⑦^程受混凝土自重及泵送壓力影響，主弦管空間位置會發(fā)生變化，需對主弦管的三維坐標(biāo)進(jìn)行檢測，偏差超出設(shè)計值時應(yīng)進(jìn)行糾偏。

4.2 混凝土灌注質(zhì)量監(jiān)控

（1）拌和站按一定頻率對砂石材料各項指標(biāo)進(jìn)行檢測，根據(jù)檢測結(jié)果調(diào)整配合比。摻入膨脹劑后，管內(nèi)混凝土力學(xué)性能會降低5%左右，需嚴(yán)格控制膨脹劑摻量。

（2）根據(jù)設(shè)計要求、拌和站生產(chǎn)能力制定合理的混凝土灌注方案，保證混凝土灌注速度與拌和站加工能力、泵送能力相匹配。

（3）混凝土的設(shè)計必須滿足自密實的要求，灌注時直接利用混凝土的自密實性能和頂升的壓力自然密實，同時通過敲擊鋼管壁初步檢查混凝土的密實度（每岸設(shè)置2人專項負(fù)責(zé)全程檢查）。

（4）在制作鋼管拱時，從鋼管拱壁上的中部至拱頂每隔5m 開一個5mm 的排氣孔，同時在拱頂?shù)拿扛袄咪摴苌虾附觾筛?15cm×1.2m 的鋼管做為出漿孔，以保證混凝土的密實度。

（5）根據(jù)《鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工規(guī)范》（CECS 28—2012）的要求，對混凝土的質(zhì)量采用敲擊法進(jìn)行檢查，采用金屬超聲儀等檢測設(shè)備，利用單面超聲檢測法，根據(jù)超聲波在不同界面反射率的差異來判斷鋼-混凝土黏結(jié)質(zhì)量。

4.3 質(zhì)量缺陷處置

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(jìn)行檢查。檢查方法以超聲波無損檢查為主，錘擊敲打為輔。若存在局部脫空現(xiàn)象，通過鉆孔壓環(huán)氧樹脂水泥漿的辦法來填補(bǔ)空隙。

5 結(jié)語

對比各種鋼管混凝土灌注施工工藝的優(yōu)缺點，針對總溪河鋼管混凝土拱橋施工的具體環(huán)境和特點，提出了機(jī)制砂微膨脹自密實鋼管混凝土下填上頂?shù)淖蕴畛涔嘧⑹┕し椒?。通過全面模擬總溪河大橋?qū)嶋H施工過程中的各種工況條件，完成了C55機(jī)制砂微膨脹自密實鋼管混凝土自填充現(xiàn)場模擬試驗。試驗結(jié)果表明，總溪河大橋采用下填上頂灌注工藝是可行的，施工配合比混凝土的工作性能完全能夠滿足實橋施工要求；鋼管混凝土灌注質(zhì)量優(yōu)良，混凝土勻質(zhì)性較好?？傁哟髽蛲旯ず螅嚓P(guān)部門對管內(nèi)混凝土進(jìn)行鋼管混凝土超聲波檢測，檢測結(jié)果表明，管內(nèi)混凝土均勻、密實、無明顯孔洞，與足尺模擬試驗結(jié)果一致。實踐證明，總溪河大橋采用鋼管混凝土自填充灌注施工方法是可行的，下填上頂灌注工藝完全可以滿足大跨徑鋼管拱施工質(zhì)量及相關(guān)工藝要求。