拱管混凝土顶升施工控制技术研究

2017-05-11潘国安

价值工程 2017年14期

潘国安

摘要：拱管混凝土的浇筑是钢管混凝土系杆拱桥的关键控制工序，混凝土的配合比设计、膨胀系数等性能及耐久性参数、拱管混凝土的顶升浇筑施工工艺为钢管混凝土系杆拱技术研究的重点内容之一。结合通过对以上几方面的研究，得出相关技术参数及工艺，通过实践验证满足施工需要，可为类似工程施工提供依据。

Abstract： The pouring of arch pipe concrete is the key control process of concrete-filled steel tubular tie-arch bridge. The concrete mix design， the expansion coefficient and the durability parameters， and the pouring construction technology of the concrete pipe are the key content of the technical research of concrete-filled steel pipe arch. Through study of the above aspects， the relevant technical parameters and technology are obtained， and practice has verified that it meet the construction needs， and can provide a basis for similar construction.

关键词：钢管拱；混凝土；顶升技术；线形及应力监控

Key words： steel pipe arch；concrete；jacking technology；linear and stress monitoring

中图分类号：U445.57 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）14-0120-04

0 引言

拱管混凝土的浇筑是钢管混凝土系杆拱桥的关键控制工序，除混凝土质量控制外，施工过程中需保证拱肋线形准确，不致产生附加应力，影响结构安全。因此，拱管混凝土的配合比设计、膨胀系数等性能参数控制及顶升工艺是钢管拱技术研究的重点内容之一。青连铁路牟家村跨同三高速公路特大桥有1孔64m双线简支系杆拱桥，技术标准高、施工难度较大，拱管施工时针对以上三个关键点进行了研究。

1 工程概况

青连铁路牟家村跨同三高速公路特大桥64m双线简支系杆拱拱梁全长66.5m，顶宽14.8m，底宽12.4m，梁高2.2m，拱轴线采用二次抛物线，矢跨比f/L=1/5，拱肋平面内矢高f=12.8m，理论计算跨度L=64m。拱肋截面为哑铃形钢管砼等截面，截面高度2.2m，钢管直径0.9m，每根拱肋分上下弦钢管，钢管之间采用腹板连接，拱管内灌注C50补偿收缩混凝土。横桥向两道拱肋中心间距11m，拱肋之间设一字撑和K形撑，横向风撑钢管内不填充砼。（图1）

2 拱管混凝土施工方案

钢管混凝土系杆拱采用先梁后拱的施工方法，钢管拱肋在系梁及支架上拼装合龙，上、下弦管内C50补偿收缩混凝土采用顶升压注，由两套设备分别从两端拱脚向拱顶一次性对称完成。

3 C50补偿收缩自密实混凝土配合比设计

3.1 设计要求

砼强度等级：C50（掺加HCSA膨胀剂）；限制膨胀率≥0.015%；扩展度：550～655mm；扩展时间T500（S）：≥2；集料公称最大粒径：20mm。

3.2 原材料选定

水泥：P·O42.5；碎石：5～10mm、10～20mm两种规格碎石，掺配比例为30%、70%；砂：中砂；外加剂：高性能减水剂；粉煤灰：F类Ⅰ级粉煤灰；膨胀剂：TY-10A。

3.3 砼配合比设计

①确定砼配制强度：fcu，0=fcu，k+1.645？滓=50+1.645×6.0=59.9MPa

②確定基准水胶比：

根据相关规范规程，设计使用年限100年、碳化环境T2等级时，最大水胶比为0.45，最小胶凝材料为400kg/m3，最大胶凝材料为550kg/m3。根据经验水胶比取值0.33。

③每立方米混凝土中材料含量：

每m3混凝土中粗骨料体积选值范围见表1。

3.4 混凝土拌和物性能及耐久性指标

采用上述配合比，经试验得混凝土拌和物性能及耐久性指标如表5、表6。

4 拱管混凝土顶升施工工艺

4.1 混凝土顶升工艺

拱肋灌注C50补偿收缩混凝土，采用两台H90地泵进行泵送，由拱脚向拱顶进行，左右两片拱肋应尽量同步。一根钢管内的混凝土一次泵灌完成，中间不间断。每次泵送均需上次混凝土强度达100%，且不小于5天后进行。

混凝土泵灌入口设在拱肋管的根部，以顶升方式灌注。泵灌前先压入清水清洗钢管，然后压入水泥浆，再泵入混凝土。为确保拱肋砼灌注密实，在拱顶开孔焊接一节？准200钢管作为排气增压管，灌注完毕待混凝土强度达到设计强度的80%以上时，割除该管及其内部混凝土，用与拱肋同材质的钢板将拱肋孔洞修补好，并钻眼压注环氧树脂砂浆填满内部间隙。两侧砼全部到顶、排气口出水及废渣时，停止一侧压注，另一侧压注至排出新鲜混凝土时停止，重新压注另一侧，直至两侧都排出新鲜混凝土。

4.2 混凝土泵送程序

两边泵送混凝土协调一致，遵循对称、均匀的原则。泵送顺序为先上弦管、后下弦管、再腹板，当上弦钢管混凝土达到设计强度的100%且不少于5天后，才可泵送下弦钢管内混凝土。待下弦钢管混凝土达到100%且不少于5天后，对称、均匀灌注拱肋腹板内混凝土。待拱内混凝土强度达到100%后且不少于5天后，拆除拱肋支架。

泵送混凝土施工程序：左线侧上弦管→右线侧上弦管→左线侧下弦管→右线侧下弦管→左线侧腹板→右线侧腹板。

4.3 混凝土顶升施工控制要点

①选用两台输送量较大的地泵，两侧对称自下而上连续顶升，施工前检测设备状况，确保其运转良好，并备用1台。

②泵送混凝土前，先向拱管内泵入1m3左右清水，清洗濕润拱管，并于拱脚附近打孔排出，再压入1m3左右的砂浆作先导，然后再泵送混凝土。

③开盘前，试验人员严格要求控制好施工配合比，混凝土坍落度控制在18～22cm（一般取上限），扩展度550～655mm，太小和太大都易造成堵管。

④做好灌注孔、排气管的安装留置（见图2、图3）。

⑤泵送过程中通过观察出气孔出浆情况，判断混凝土的顶升位置，当排气管连续出浆且无浮浆时，说明拱管已泵满，方可关闭止回阀，泵送结束。

⑥顶升过程中如出现堵管、混凝土泵达到额定压力，不能继续施工时，及时换管。换管时检查混凝土是否已顶升至该注浆孔位置，如还没有顶升至该管，则应在再次顶升之前，在形成高位抛落段加开排气孔，以避免存在空气而形成空隙。

⑦泵送过程中，质检人员随时检查管内混凝土填充情况，如有空隙应及时用体外加震法解决。拱肋混凝土达到设计强度后，用超声波探查填充情况，不符合规范要求的必须采用钻孔压浆法补强。

5 混凝土密实度检测

拱管混凝土泵送完成后，委托第三方检测单位对钢管混凝土进行了超声波内部缺陷检测，共检测10个断面54个点，合格率100%，未发现内部缺陷。

6 线形及应力监控