中承式钢管混凝土拱桥拱肋内混凝土浇注质量控制

谢光雄

摘要： 中承式钢管混凝土拱桥以其造型美观、施工简便、经济效益好、适应性强等优点，在现在桥梁建设中被越来越多的采用。如何确保钢管拱肋内混凝土浇注质量是拱桥质量控制的重要一环。本文介绍了顶升法浇注混凝土的一些施工控制措施。

Abstract： Half-through concrete-filled steel tubes arch bridge is widely used in bridge construction because of its beautiful appearance， simple construction， good economic benefit and strong adaptability. How to ensure the quality of concrete pouring in the arch rib of steel pipe is an important part of the quality control of arch bridge. This paper introduces some construction control measures of pouring concrete.

关键词： 钢管拱桥；拱肋内混凝土；混凝土浇注质量控制

Key words： steel pipe arch bridge；concrete in arch rib；quality control of concrete pouring

中图分类号：U445.5 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）15-0114-03

0 引言

随着我国科学技术和交通运输水平的不断提高以及建筑水平的不断发展，桥梁向着大跨径、高承载力、工厂化等方向发展，作为新生代的中承式钢管混凝土拱桥以其造型美观、轻巧大方、强度高、施工简便、经济效益好、适应性强等优点，越来越多地受到社会的青睐，本文可为中承式钢管混凝土拱桥拱肋内混凝土浇注施工提供借鉴。

1 工程概况

平果右江大桥为中承式钢管混凝土拱肋，拱桥计算跨径为136m，矢高27.2m，矢跨比1/5。主拱采用中承式等截面悬链线钢管混凝土拱，拱轴系数为1.8。桥面结构跨度为（7.4+7.5+11.1+11×8+11.1+7.5+7.4）m。拱肋断面采用哑铃形，高为1.5m，由上下两根直径为600mm的钢管组成，上下钢管之间为42cm高腹板。管内及腹板内灌注C50微膨胀混凝土。

拱肋之间设置四道“一”字形横撑、八道“K”形撑及两道“米”形撑。每道横向联接桁架分上下两层，分别与上下层钢管相连。直管采用Φ400×12mm钢管，斜管采用Φ300×10mm钢管，钢管间焊接好，在Φ400和Φ300钢管的接头段，Φ400钢管内部采用钢环进行加强，以减小变形附加应力。

2 总体施工方案

根据设计，钢管拱肋上下弦管及腹板内灌注C50微膨胀混凝土，共计192.8m3。灌注时间选择在一天中最低气温时段进行，拱肋钢管混凝土分三次灌注完成，其灌注顺序为：先灌注拱肋下弦管混凝土（待第一次灌注混凝土达到设计强度80%后）→灌注拱肋上弦管混凝土（待第二次灌注混凝土达到设计强度80%后）→灌注拱肋腹板混凝土。

采用泵送顶升法对称施工，从拱脚至拱顶一次浇注，施工步骤：施工准备→压清水对输送泵管进行清洗→泵送高标号砂浆→从拱脚至拱顶对称泵送混凝土→从拱顶排浆孔抽插混凝土浮浆→关闭逆止阀→清洗泵管和拱肋钢管表面→钢管表面保温养护。

3 混凝土配合比的选定

3.1 混凝土性能指标

管内混凝土泵送施工难度大、技术性能要求高。具体性能指标如下：①有良好的可泵性，即坍落度适度、和易性好、不泌水、不离析、自密实，坍落度经时损失小，3小时坍落度损失小于3cm。②工作性能重要指标。相对湿度60±5%，温度28℃以下，初凝时间≥16h，终凝时间18～22h，新拌砼坍落度值≥22cm。③混凝土力学性能：设计强度fcu，k≥50MPa，3d龄期宜达到80%，不小于设计强度的70%即35MPa，28d龄期达到100%设计强度。④补偿收缩性，密闭环境下砼稳定收敛期在56d以内，砼自由膨胀率为22～24；自应力值为0.4～0.8MPa；膨胀量控制在1.5×10-4～3.5×10-4之间。

3.2 混凝土比选要求

混凝土最大水胶比0.36，最小胶凝材料用量360kg/m3。

①掺加高效减水剂及保塑剂。要求选用具有高效的减水、保塑、缓凝的聚羧酸减水剂，减水率应在25%以上，含气量应小于2.5%，具有非引气性能。

②掺加磨细掺合料。要求采用一级粉煤灰。

③控制强度和膨胀之间的平衡关系。为了减小砼收缩产生的不良后果，选定配合比时掺入适量的膨胀剂，最大限度降低砼水泥用量和用水量，降低其水化热。选择膨胀剂应考虑对混凝土后期强度及质量无损害，与所用水泥适应性较好的，对砼工作性能影响小且膨胀性能稳定，限制膨胀率水中大于0.05%，空气中（温度20±2）℃，相对湿度（60±5%）21d大于0。膨胀剂掺入量不宜大于15%，不宜小于10%，微膨胀混凝土水中养护14天的最小限制膨胀率≥2.5×10-4，随后放在恒温室养护28天的最大干缩率≤4.0×10-4。

④粗、细骨料选择。粗骨料：粒度5～20mm连续级配碎石，压碎指标值<10%，针片状指标值<10%。细骨料：中砂，细度模量2.6～4.0，含泥量<1.0%，宜選用河砂。

⑤水泥的选择。水泥使用要求达到ISO9000质量认证的品牌，并在国家重点工程中达到免检的产品。宜选用525R早强型水泥，水泥的含碱量不宜超过0.6%。

配合比的选定，根据本地地材情况，请搅拌站实验室技术人员和我方相关人员成立专题组，按照以上要求和相关规范，多次选配优化，保证其工作性能、力学性能、体积稳定性能及外加剂性能均达到钢管混凝土规范要求，最后确定并出正式的选定报告，并按203m3混凝土备料。

4 施工方法及控制要点

4.1 工艺方法及要点

①泵送设备选择。根据本工程特点，在桥两端各设置2台HBT-90型高压输送泵，输送泵的泵压一般在9MPa左右，不超过16MPa，防止爆管；另外考虑设备故障等综合因素，桥两端各备用一台输送泵。总共选用6台HBT-90型高压输送泵作为泵送机械，其中2台（桥南、桥北各1台）作为备用。

②混凝土运输配备。由平果县强生混凝土有限公司提供9辆10m3混凝土罐车，桥北4台，桥南4台，1台备用，施工时根据实际情况做适当的调整，以确保混凝土灌注的连续性。

③混凝土搅拌设备。由平果县强生混凝土有限公司提供。在开始搅拌前，要求强生混凝土有限公司对所有的设备进行检验调试，经检验调试合格后才能进行施工。

若遇高温天气，钢管温度高于30℃时，给钢管拱肋降温淋水（2台抽水泵），并随时对混凝土从排气孔、冒浆孔流出时，进行钢管拱肋清洗。

④泵管的布置及注浆孔、排气孔、冒浆孔的设置。泵管选用直径为150mm高压管，在管道铺设时要确保管道的稳定性，并应尽可能使管道顺直，在泵管正式对接前，要仔细检查管道内是否清洁，接头及密封圈的完好程度，以防止在泵送时发作阻塞、爆管和走漏现象，接好管后，对每个接头都要进行复查，确保接口的紧密性，防止在顶升进程中出现脱管现象。

另外，需要在现场准备一定数量的泵管、弯头和密封圈以做备用，对备用设备的替换工作事先做模拟演习，做到心中有数熟练掌握。泵管铺设好以后，泵管上不得放重物，任何人不得在泵管上走行。

此处地面比拱脚处高约5m，混凝土泵送时会存在离析，因此我们在离拱脚5m处开设压浆孔，并在压浆孔处设置法兰和逆止阀，压浆管和备用的压浆孔为Φ150×10×700mm钢管。

为了保证浇注的顺利进行，从拱脚压浆孔开始到拱顶每隔20m设置一处排气孔（间距可调整），设置的排气孔采用Φ30×100mm钢管，在拱顶设置Φ110×4×1500mm的冒浆钢管2根同时兼作排气管。（图1）

⑤泵管水密试验及管内废渣清除。在正式泵送混凝土之前，先进行水密试验，用输送泵泵送清水，检查管道是否存在漏气现象。再从拱顶的排气管处注入清水，将钢管内的废渣清走，从拱脚处的排渣孔排出（拱脚钢管封闭时预留一直径10cm的圆孔做为排渣孔），完成以后封闭排渣孔道。

⑥送砂浆。完成上步工作后，开始泵送高标号砂浆湿润泵管，其主要作用是湿润管道减小后面的混凝土泵送阻力，值得注意的是，管内的砂浆必须全部排出去。

⑦泵送C50微膨胀混凝土。压注时间宜选择一天中温度较低时段进行，一般选在温度适中的某天清晨或傍晚（施工前关注天气预报），浇注从两侧拱脚注浆孔处对称连续压注，并要求在初次拌制的混凝土初凝前全部完成。

1）混凝土拌制时应严格按照试验配合比准确计量，每盘净拌时间不少于2.5min。2）混凝土坍落度控制在22～24cm，擴散度420～620mm，且无离析、泌水现象，严禁出现向罐车内加水现象；各种参数严格按照前面有关数据，对于有问题的混凝土，不得使用。3）施工时准备好土工布、抽水泵及水管等，土工布铺设在钢管拱上，施工时注意测量钢管表面温度，如果温度过高，需要采取洒水降温措施。4）拱肋混凝土压注时，由拱脚至拱顶压注，无需振捣（当拱顶排浆孔有浆排出时，用人工配合竹竿等在排浆孔抽插），刚开始泵送时，采取低速压送状态，并观察各种情况，当压送平稳顺利后，可按正常压送速度。5）泵送混凝土的压注应连续进行，不得停泵（混凝土供应要及时），原则上不得中断。6）当遇到混凝土压注困难，泵压升高时，要多方面查找原因，不可强制压送，重点是对管路进行排查，必要时使泵反转，以防出现堵塞。当出现堵塞时，可以用木槌敲击管路来查找堵塞的地方，并要立即关闭防回流截止阀，等待混凝土泵卸压，再拆开堵塞管段，取出堵管的杂物，确认所有的管道无堵塞后重新接管，恢复压送混凝土时，应注意打开前面关闭的防回流截止阀再重新泵送。7）料斗内应先装满混凝土，再进行压送混凝土，压送过程中如果吸入空气影响质量时，应立即进行反泵，把混凝土抽回到料斗内，去除空气后正转。8）泵送时，严格按照对称原则的施工要求，防止出现有一边上升太快引起拱肋纵向震动等问题。一般通过混凝土的量以及敲击检查来进行判断，管内混凝土两端的高度差一般不得超过1m。施工时两端的联系用对讲机进行，随时保持联系。9）当泵送至拱顶排浆孔有浆冒出来时，要放慢泵送的速度，并采取人工使用竹竿在排浆孔抽插，将气体和浮浆排出，直到有和注浆孔处混凝土浓度一致的混凝土溢出时为止，然后稳压，关闭止回阀，停止泵送，清洗泵管和拱肋钢管表面等。10）在混凝土强度达到设计值80%前，视天气情况每隔2～3小时对钢管表面进行一次浇水。

4.2 施工关键控制点

①钢管混凝土灌注必须连续进行，不得中断。

②灌注混凝土时要求两头对称进行，随时检查管内混凝土两头的高度差，灌注时注意观察泵的压力和扬程，泵压控制在16MPa以下。

③拱肋钢管泵送时，需确保管内混凝土初凝前完成。

④钢管内混凝土达到设计的强度值50%以上时，可对钢管上的灌注孔、排气孔进行拆卸，所有的孔应当用原来切割下来的钢板焊接封闭，切割或焊接时，需做好降温处理，以避免烧伤混凝土，封闭孔时应平整光滑，不得突出和漏焊。

⑤待钢管内混凝土达到设计强度80%后，检查钢管混凝土的密实性以及管内混凝土浇筑质量，一般采用超声法检测。

5 质量保证措施

①树立“质量就是生命”的思想，加强培训教育，严格按照施工方案进行施工，施工前做好相关交底培训工作，严把质量关。②建立质量保证体系：建立分公司、分项目部、施工班组三级管理体系，层层把关，严格问责制度。③施工前要对钢管拱及加固情况、施工的机械、设备、管道铺设等进行全面检查，确保泵送施工的连续性。④根据实验确定的配合比控制各组成材料，施工时做好混凝土坍落度测试，按规定做好试件。⑤压注时，两头派2人专门检查管道及支架情况，随时检查管内混凝土两头的高度差，确保两侧对称施工。派1名质检人员检查砼密实情况，出现问题及时作相应处理。⑥施工时，技术测量人员加强对钢管拱的变形监控，发现异常情况应及时通知并采取相应处理，如有必要暂停施工，进行加固。⑦通过试件测得砼强度达到设计值80%后，采用超声法对混凝土的密实行进行检验，如有缺陷应及时的进行处理。

6 结束语

中承式钢管混凝土拱桥是一种美观、经济、环保的桥梁，也是一种施工要求较高的桥梁。如何控制拱肋内混凝土浇注质量是其质量控制中一个重要环节，需要引起高度重视，希望本文能为以后此类施工提供借鉴。

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