钢管拱混凝土施工技术

王磊

摘要：钢管混凝土的作用机理，是通过钢管对管内混凝土的“箍套”作用使混凝土处于三向受压状态，使得混凝土的承载能力大为提高。所以管内混凝土的质量直接影响拱的受力状态，因此钢管混凝土质量要求非常严格。

Abstract: The mechanism of action of the steel pipe concrete, steel concrete pipe ferrules role of the concrete is to pressure state, the carrying capacity of the concrete greatly improved. Therefore, the quality of the concrete pipe directly affect the stress state of arch, concrete filled steel tube very strict quality requirements.

关键词：钢管拱,混凝土,灌注,施工

中图分类号：TV544+.91

前言

九龙岗特大桥钢管拱桥墩上部结构为（76+160+76）m的预应力混凝土连续梁与钢管混凝土拱组合结构。钢管拱计算跨径160.0m，矢跨比1／5，矢高32.0m，拱轴线为二次抛物线（设计拱轴线方程Y=-1/200X2+0.8X），拱肋设置最大预拱度为0.14m，施工矢高32.14m（施工拱轴线方程Y=-0.005021875X2+0.8035X）。施工时按施工拱轴线制作和拼装。拱肋为钢管混凝土结构，采用等高度棱形截面，截面高3.0m，每肋由2根弦管组成，弦杆为φ1000mm钢管，由16mm厚的钢板卷制而成，弦管之间用16mm厚钢缀板连接，拱肋弦管及缀板内填充C55微膨胀混凝土。

每条拱肋上下弦管分别设一处灌注混凝土隔仓板和30道加劲钢箍；腹板内设3处灌注混凝土隔仓板，沿拱轴线均匀设置加劲拉筋，加劲拉筋间距为0.5m。

两榀拱肋中心距为12.5m，两榀拱肋之间共设11道横撑，横撑均采用空间桁架撑，各横撑由4根Φ450×12mm主钢管和32根Φ250×10mm连接钢管组成，钢管内部不填充混凝土

在整个大桥施工中主桥钢管混凝土施工是一道关键工序，钢管拱混凝土采用高压泵送顶升浇灌注工艺是同类桥涵施工中共同关注的一个主要环节。精心的组织科学的安排，确保灌注无收缩混凝土的密实度。

钢管混凝土的作用机理，是通过钢管对管内混凝土的“箍套”作用使混凝土处于三向受压状态，使得混凝土的承载能力大为提高。所以管内混凝土的质量直接影响拱的受力状态，因此钢管混凝土质量要求非常严格。

一、施工方法论证

在封闭的钢管中浇筑混凝土，同时又要保证混凝土在钢管中能密实成型，存在以下施工难点：1、拱形钢管中的混凝土在施工時无法进行振捣，故此混凝土必须实现免振捣自密实性能；普通混凝土在硬化时会出现收缩现象，为保证混凝土在钢管中能密实成型，所以要保证混凝土实现无收缩微膨胀性能，而其设计强度等级又为C55；普通混凝土无法实现以上性能。2、由于钢管全封闭如采用常规施工方法在拱顶开口泵送混凝土入钢管，可能造成空气滞留钢管拱内造成施工缺陷（产生气泡或断层），故常规施工方法无法保证工程质量。根据上述问题所以确定采用满足施工要求的混凝土配合比，及泵送顶升法施工。

二、混凝土的要求及配合比的选定

1、钢管拱混凝土质量要求：（1）管内混凝土不能出现断缝、空洞。（2）管内混凝土不能与管壁分离、脱粘。（3）试验试配混凝土的强度达到59.9MPa。（4）一根钢管拱的混凝土灌注完成时间，不得超过第一盘人管混凝土的初凝时间，混凝土必须连续灌注，一气呵成。（5）同一拱圈必须待下层的钢管拱混凝土达到设计强度的90%以上后，方可浇注上层钢管混凝土。

2、配合比选定。混凝土配合比选择必须选用质量优异的高效减水剂或泵送剂，必须保证此混凝土拌合物在2个小时内均能保持较大的流动性（2小时内坍落度保持在180mm以上），钢管拱混凝土采用C55流动性微膨胀混凝土，混凝土的可泵性，和易性，坍落度直接影响着泵送混凝土时的泵送压力，泵送时间及管内混凝土的质量。

三、钢管内C55微膨胀混凝土灌注

1、混凝土灌注工艺流程：（1）压注水泥砂浆润湿内壁——安设压注头和闸阀——压注管内混凝土——关闭压注口处闸阀稳定—拆除闸阀完成压注；（2）钢管混凝土压注前，螺栓先用生胶带缠绕，再拧紧法兰螺栓，防止栅栏阀泄气，导致压力损失。连接法兰与输送泵管相同，用泵卡上紧。

2、混凝土灌注：（1）先泵入两盘高标号水泥砂浆，润滑泵管，然后压入C55微膨胀混凝土，从每跨两拱脚处对称灌注混凝土，在灌注过程中通过计算压入混凝土数量和人工敲击观测灌注来控制两边压注的速度，两端进度相差不大于3米，达到两边相同高度排气孔几乎同时出浆，最后到顶部排气孔同时排出混凝土，拧紧法兰螺栓，拆除输送泵管，接入同一步骤的下一拱肋对应灌注；（2）严格按照钢管混凝土灌注顺序对称施工；（3）灌注平联板内混凝土前，采用塑料薄膜将拱肋弦杆（含平联板）出浆管处覆盖，以免混凝土污损钢管涂装；平联钢板内混凝土灌注时严格检查，防止管壁爆裂。

四、 施工时的质量控制措施及问题处理

在施工前对每一道工序做技术交底；原材料经试验人员检验合格后方能用于施工，控制大粒径或超粒径的砂石料，砂子过筛；搅拌设备及泵送设备和现场的机械设备在每次灌注前系统的检查和维修；钢管拱混凝土严格按照配合比施工，控制混凝土和易性、可泵性良好，无泌水现象，严格控制搅拌时间（每盘搅拌时间为120秒），确保搅拌到位，坍落度严格控制；泵管布设时，尽量减少弯管的数量，接头连接紧密，不漏浆，不漏气；注浆管与弦管、截止阀与注浆管的焊接应焊加劲肋加强，泵管立管接头处应拉倒链固定；洗泵用水不能压入弦管内，先泵送砂浆与砼必须相同水灰比，避免砂浆与砼混合同时泵入，砂浆的稠度严格控制；为确保混凝土的连续供应，施工前应优化施工方法，充分利用现有设备，使混凝土的灌注在最短的时间内连续。泵车料斗内必须有足够的混凝土，防止无混凝土空泵而泵入空气到管中，引起堵管；当拱顶排气管冒浆时，应继续压注混凝土，直到浮浆全部排完，出现有石子的混凝土时，方可停止泵送混凝土；混凝土泵送完后，立即关闭止浆阀门，拆除输送管，进行清洗泵送设备及泵管在每次灌注结束后应及时清洗干净。

混凝土泵管堵塞的排除：1、一旦堵管，不能硬泵，可按反泵开关，一般反泵4-5行程，堵管可排除；2、当反泵作业不能排除堵塞时，必须先在弯头、接头、平管处用大锤敲击、检查堵管处，要拆开堵塞处的混凝土管，并清除堵塞。

五、钢管混凝土“紧箍效应”落空

由于施工工艺和混凝土收缩，混凝土总是无法完全充满钢管，使得“紧箍效应”无法实现，混凝土达不到三轴压缩的理想效果。防治该问题的一般方法有两种： 1、预防。微膨胀混凝土随着龄期增长，混凝土的收缩仍然不可避免，为防止这类问题发生，在混凝土配合比设计时，在添加UEF微膨胀剂的同时增添“聚丙烯腈纤维”。 2、处置。待混凝土大于28d龄期后，用小锤对拱肋进行全面敲击检查，发现空隙，则确定准确位置，钻孔并压注环氧树脂水泥浆进行补救。

结语

九龙岗特大桥钢管拱混凝土的灌注过程，混凝土配合比设计是最关键的一个环节，此混凝土的配合比设计要求做到高强度、混凝土拌合物大流动性、免振捣、自密实等性能。此次钢管拱混凝土的灌注为此类混凝土的泵送施工积累了一定经验，同时也为高性能混凝土的应用积累了一次经验。