昆阳特大桥钢管拱混凝土泵送顶升施工

陈湘桥

(中国公路工程咨询集团有限公司武汉建设分公司 湖北 武汉：430056)

昆阳特大桥47#～50#墩上部为连续梁拱结构，其钢管拱计算跨径136m，矢跨比1/5，设计矢高27.2m。拱肋为钢管混凝土结构，采用等高度哑铃形截面，截面高2.8m，每肋由上、下弦管组成，弦管直径φ800mm，拱肋弦管及腹板内填充C50微膨胀混凝土。两榀拱肋之间共设有9道横撑，横撑钢管内部不填充混凝土，两榀拱肋中心距为11.1m。

根据设计，拱肋中的C50微膨胀混凝土共计459.8m3，其中每条拱肋的上弦管混凝土75.92 m3，下弦管混凝土72.61 m3，中间腹板混凝土81.37 m3。

图1 昆阳特大桥钢管拱结构示意图

1 总体施工方案

钢管拱根据设计特点采用单条拱肋对称泵送顶升法，即每条拱肋均对称地从低处往高处由泵送顶升，上、下弦管内的混凝土分别由一次泵送到位，腹板内混凝土两次泵送到位，左、右侧拱肋共分八次完成混凝土的顶升压注。

昆阳桥地面距拱顶近50m高，为确保混凝土泵送时钢管拱内的混凝土密实，混凝土泵送采用两台地泵泵送顶升到钢管拱内，即将两台混凝土泵布置于拱脚的48#、49#墩附近，高压泵管从位于桥下的混凝土泵接至钢管拱上的注浆口。因搅拌站距泵送点距离不超过500m，且路况较好，故在混凝土泵送顶升时配备4台混凝土运输车。

混凝土泵送顶升顺序按照《混凝土泵送施工技术规程》先上、后下，再腹板的原则进行。左、右侧拱肋交替一环 一环推进进行。

2 施工方法及技术措施

2.1 施工准备工作

2.1.1 混凝土输送泵的选择

混凝土输送泵的选择主要应满足顶升混凝土时的压力的要求。即混凝土顶升时其出口压力应为钢管拱弦管压浆口处的压力与混凝土泵管内的压力损失之和，即：

P=P1+P2+P3

P1=[2/r· (K1+K2V)+ρ·V+γ·sinθ]·x

其中：x——钢管拱的轴线弧长；r——钢管拱管的半径，取弦管r=0.4m，腹板r=0.275m；K1——混凝土与管壁的粘着应力强度(MPa)。

K1=(3.0-0.1S1)×10-4

=(3.0-0.1×20)×10-4

=1.0×10-4MPa

上式S1为混凝土的坍落度，取20cm；K2——与混凝土流动性有关的速度系数(MPa/m/s)。

K2=(4.0-0.1S1)×10-4

=(4.0-0.1×20)×10-4

=2.0×10-4MPa/m/s

V弦管=5m3/(0.4632m2×10×60s)

=0.018m/s

V腹板=5m3/(0.6527m2×10×60s)

=0.013m/s

θ——管的水平倾角θ=37.17°;ρ——混凝土的质量，取ρ=24.5kN/m3；γ——混凝土的容重，取γ=24.5kN/m3、

P1上弦管max=[2/0.4×(1.0×10-4+ 2.0×10-4×0.018)+ 24.5×10-3×0.018 +24.5×10-3×0.604]×71.4 =1.13MPa

P1上腹板min=[2/0.275× (1.0×10-4+ 2.0×10-4×0.013)+ 24.5×10-3×0.013 +24.5×10-3×0.604]×57 =0.9MPa

混凝土泵管内的压力损失的换算可参照《混凝土泵送施工技术规程》(JGJ/T10-95)的相关要求。

根据两台混凝土泵的布置位置、泵管的布置长度等，其压力损失见表1。

表1 混凝土泵的压力损失

由表1所示，钢管拱混凝土顶升压注时所需最大压力为：

P上腹板=P1上腹板+P2上腹板+P3

=0.9MPa+4MPa+2.5MPa=7.4MPa

再根据以上计算结果，选择两台HBT-105的混凝土输送泵进行输送，可以满足要求。

2.1.2 混凝土配合比

2.1.2.1 混凝土配合比设计要求

本桥钢管拱内填充C50微膨胀混凝土，为确保混凝土施工质量，根据设计及相关规范要求和施工现场的实际情况，我们对混凝土配合比设计制定了以下要求：

(1)钢管拱内填充的C50微膨胀混凝土限制膨胀率为2.0×10-4～4.0×10-4之间；

(2)混凝土的坍落度为18～22cm；

(3)混凝土的初凝时间不小于12h；

(4)混凝土的外加剂采用缓凝型减水剂；

(5)混凝土的可泵性好，泌水率较小；

(6)碎石粒径为5～25mm，砂为中砂；

(7)粉煤灰掺量不小于15%；

(8) 混凝土的含砂率在38%～45%之间。

2.1.2.2 混凝土配合比设计

根据上述要求，我们对C50微膨胀混凝土的配合比进行了设计和试拌比选，最后选用了如下配合比，详见表2。

表2 混凝土配比表

每立方混凝土用量为：

水 泥(C)：350kg

粉煤灰(F)：90kg

膨胀剂(P)：60kg

细骨料(S)：671kg

粗骨料(G)：1094kg

水 (W)：165kg

减水剂(J)：4.25kg

2.1.3 现场准备

2.1.3.1 进出浆孔的设置

根据结构设计，将注浆孔设置在拱肋隔仓的下端，将出浆口设置在拱顶的隔仓板附近。注浆孔洞采用Φ135mm圆孔，出浆口采用Φ80mm圆孔。

2.1.3.2 泵机及泵管布置

现场布置两台混凝土地泵分别设于桥下的48#墩右线侧和49#墩左线侧(详见图2)。泵管采用Φ125mm无缝管进行，为避免堵管现象的发生，应尽量平直铺置、减少弯管。泵管布置时由地泵接出后接竖直管上桥后，接入压浆口，将泵管前端的Φ125mm的泵管插入钢管拱内，然后将泵管与钢管拱满焊连接，并在泵管与钢管拱的焊缝设四块加劲板。两台地泵需要泵管130m，为确保有备无患，现场准备高压泵管160m。

因昆阳特大桥上跨同三高速公路，且出浆口距地面较高，为确保安全，在出浆端口套接Φ80mm的消防水袋并延至桥面，将冒出的混凝土引至桥面。出浆管采用Φ80×5mm的镀锌水管，为确保压力，其安装长度应高于拱肋隔仓内混凝土最高面1m。

图2 钢管拱混凝土压注顶升施工平面布置示意图

2.2 施工方法

2.2.1 施工流程

图3 施工流程图

2.2.2 混凝土泵送顶升

现场施工准备完成后，即可进行混凝土泵送顶升施工。

泵送顶升前，空负荷运转10～20 min，使泵机预热使各润滑点均明显出现润滑脂。

再是润滑管壁和拱壁。先采用1m3左右的清水湿润泵管，直至清水完全排出后再用1～2m3砂浆将泵管及拱肋内壁进行润滑，最后压注混凝土。

混凝土泵送顶升时，必须确保各台混凝土泵的泵送速度同步，为此需要统一指挥，同时泵机应调至高压慢速状态，保证泵送砼均速进行。另外还应确保集料斗中有不低于其容积2/3的混凝土，避免空气进入。

混凝土泵送应连续进行，不得停顿，如有停顿则每间隔5分钟，操作一次，使砼输送顺畅，以避免堵管的现象发生。

当混凝土泵送达拱顶后，需要等出口处有新鲜混凝土冒出才可停止泵送，并保压10min，再关闭截止阀并拆除和清洗泵管和泵机，待到拱内砼强度达到90%后方可进行下一环的施工压注。

3 结束语

昆阳特大桥钢管拱混凝土泵送顶升施工，从2008年6月29日开始，至7月25日完成，历时27天，共分八次顺利完成。混凝土泵送顶升期间实际观测泵机的泵送压力为5MPa～7MPa，与计算泵压基本一致。在运距较近的情况下，两台1500L搅拌机配合四台混凝土运输车，能够保证混凝土的正常供应(间歇时间小于10分钟)。通过昆阳特大桥钢管拱混凝土的顺利泵送升施工，证明该施工方案可行。

[1] 周国全，李蓉.西湖大桥钢管拱混凝土泵送顶升施工技术[J].邵阳学院学报：自然科学版,2007，(6):66-68.

[2] 蒋政武等.泵送顶升钢管拱自密实混凝土施工技术[J].建筑技术，2011，(2)：135-137

[3] 中国建筑科学研究院.JGJ10-95，混凝土泵送施工技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，1995.

[4] 哈尔滨建筑工程学院，中国建筑科学研究院.CECS28:90，钢管混凝土结构设计与施工规程[S].北京：中国计划出版社，1992.

[5] GB50119-2003.混凝土外加剂应用技术规范[S].