连续梁拱桥拱肋自密实混凝土施工技术研究

杨 婷

（中国水利水电第八工程局有限公司，湖南 长沙 410007）

1 工程概况

魏家湾跨同三高速公路特大桥为跨越同三高速公路而设，与同三高速公路斜交140°，主桥采用（48+100+48）m下承式连续梁拱桥结构体系；拱轴线采用二次抛物线，矢跨比f∶L=1∶5，投影矢高20m，立面投影方程为y=4×20×（100-x）x÷1002；拱顶处两拱肋中心距11.1m，采用哑铃型等截面，拱肋钢管直径为80cm，截面高260cm。每根拱肋的两钢管之间用δ=16mm的腹板连接，每隔一段距离在圆形钢管内设加劲箍，在两腹板中焊接拉板。拱管内及腹板均采用C50微膨胀混凝土填充，下管混凝土方量为93.7m3，上管混凝土方量为95.8m3，腹板混凝土方量为123.1m3，共灌注混凝土312.6m3。连续梁拱桥的总体布置图如图1所示。

图1 魏家湾跨同三高速公路连续梁拱桥立面示意图

2 自密实混凝土的性能

拱肋混凝土为C50微膨胀砼高强混凝土，具有强度高、可泵性好、补偿收缩、凝结时间长等特点[1]。具体要求：（1）流动性及可泵性要求高，自密实混凝土采用地泵顶升施工。（2）由于拱肋混凝土泵送时间较长，对凝结时间要求高，因此初凝时间需不小于16h，终凝时间不大于30h。（3）拱肋混凝的流动性要求高，混凝土的初始扩散度需不小于550mm。（4）混凝土坍落度为22～24cm，并要求2h内坍落度损失2～4cm。（5）具有补偿收缩性，故拱肋混凝土纵向限制膨胀率要求在0.0002～0.0006，保证干空养护90d不得负值，且内部具有200～700Pa自应力。

3 拱肋混凝土总体施工方案

拱肋混凝土采用由拱脚向拱顶连续顶升泵送施工，采用2台HBT80C地泵由拱脚向拱顶进行，对称泵送施工[2]。钢管拱拱肋内泵送混凝土的顺序必须按下管、上管、腹腔进行，并严格控制混凝土的泵送速度和泵送管内压力，保证混凝土的连续泵送，中途不得停顿。同时，严防拱管胀裂，在施工中采取措施以保证混凝土的密实度满足要求，在腹板混凝土达到100%强度后方可拆除拱肋支架。

4 拱肋混凝土高压泵送顶升施工工艺

4.1 施工工艺流程

钢管拱混凝土的灌注是一项工序比较复杂和要求比较严格的工程。钢管拱灌注施工工艺流程为安装灌注截止阀→布设加固输送管→安装加固输送泵→砂浆润钢管→对称泵送顶升混凝土→拱顶出混凝土→关闭截止阀→拆除输送管→清洗输送管和输送泵→混凝土养护。

4.2 作业准备

（1）在拱脚处预留的泵口位置，将泵送管与泵口焊接采用角度小于30°焊接。

（2）在泵送管上设置混凝土截止阀，防止暂定泵送或泵送过程中混凝土倒流。

（3）在拱顶部开设排气孔，安装排气管，保证混凝土的密实度，并安装排浆管确保高速公路上不溅落灰浆，将浆液收集到桥面污水箱内。

（4）泵送前进行线性和拱肋应力复测，为监测混凝土顶升过程中和灌注完成后拱肋线性及内力变化提供依据。

（5）保证拱管的土工布包裹完成，送水管安装到位，以降低钢管温度。

（6）提前进行压注混凝土配合比试验，并根据现场实际情况多次试验配置。

4.3 顶升施工工艺要点

拱肋混凝土采用高压泵送顶升浇灌法，顶升前将管内杂物清理干净。每次灌注一根弦管，两侧对称同时进行。另外，灌注应从拱脚（设浇注孔）至拱顶（设排气孔）对称、均匀进行，泵送过程应在混凝土初凝时间内一次泵送到顶[3]。

高压泵送顶升施工要点如下：

（1）灌注前先压入1m3清水润湿管壁，再泵入2盘高标号水泥砂浆，然后压入C50微膨胀混凝土，从两拱脚处对称灌注混凝土，两端进度相差不得大于3m。

（2）为防止管内混凝土产生空隙，可在钢管上设置适当数量的附着振捣器，边浇边振，排出空气，提高混凝土的密实度。

（3）泵送过程中，安排质检人员锤击检查钢管内部灌注情况。如有空隙，就采用附着式振捣器进行振捣[4]。

（4）混凝土泵送过程中安排测量人员全过程监控拱肋的线性变化，发现异常及时通知技术负责人采用相应措施。

（5）当拱顶排气管冒浆时，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，停止泵送混凝土。

5 拱肋混凝土养护温度主动控制措施

根据设计图纸要求，钢管拱混凝土浇筑后需控制28d内平均气温在（10±5）℃。根据工期，安排钢管拱混凝土施工为2016年8月（为一年最热的季节，平均气温在28℃左右）。发现自然气温不能满足设计要求，只能通过人工达到降温的目的。

文章提出了钢管拱全包裹加冰水的温度控制措施，具体步骤如下：

（1）土工布包裹。先对钢管拱进行土工布包裹处理，然后在钢管拱中间铺设送水管，且对送水管进行钻眼。

（2）抽水及加冰。对土工布进行湿水，要求用水使用20m深以下的地下水，先抽到梁面上的水箱中，再加入冰块，然后再送水对钢管拱进行包裹淋水降温。

（3）温度测试。制定拱肋混凝土养护监控方案，方案实施结果表明：地下水加冰后，在外界环境温度大于32℃时，测温在14～15.5℃；当外界环境温度小于32℃时，测温在12～14℃。综上，当采用加冰后的地下水加土工布包裹的降温措施，拱管表面温度能控制在15℃左右，满足设计要求，如图2所示。

图2 拱肋混凝土土工布全包裹加冰水主动降温养护

6 混凝土密实度检测

混凝土达到强度后进行拱肋混凝土密实度检测，采用人工敲击与超声波相结合的检测方法，检测时间为浇筑28d后和验收前。对不符合要求的混凝土，应进行钻孔压浆处理。

7 线性及应力监控

为确保钢管拱拱肋线性美观、安全可靠、质量可控，施工时全过程对拱肋支架、主梁、拱肋安装、混凝土顶升前后、支架拆除等工序进行线性及应力监控，实时调整、不断完善各项参数，确保桥梁各部位误差控制在规范容许范围内。

（1）线性控制。根据设计图纸的拱肋立面投影方程和相关结构尺寸、高程，在CAD里画出拱肋安装平面图和立面图。放样时将笔记本电脑带至现场，将测量坐标直接展到图上进行检查，成桥后拱肋线形监测数据变化如表1所示。

表1 成桥后拱肋线形监测数据表

（2）内力监测。在钢管拱梁段拱脚及拱顶部位焊接固定表面钢弦传感器，在混凝土浇筑、钢管支架拆除、吊杆张拉等施工过程进行监控。拱肋混凝土浇筑过程中内力变化监测值如表2所示。

表2 拱肋混凝土浇筑过程中内力变化监测表 单位：MPa

（3）线性评价。2016年9月1日，魏家湾跨同三高速公路特大桥钢管拱肋顺利合龙，对称点标高误差最大17mm，两片钢管拱肋中心线与主桥中心线偏差最大8mm，钢管中心线与理论中心线纵横向偏差最大5mm，符合规范要求，整体线形平顺。内力监测显示，施工过程中钢管拱受力合理，各项允许偏差可控。

8 结束语

拱肋混凝土具有强度高、自密实、工作性能要求高、需补偿收缩等特点。青连铁路连续梁拱桥拱肋混凝土施工选择了高压泵送顶升灌注的方法，同时采取混凝土的自密性能和顶升的压力自然密实、设置截止阀、排浆管及混凝土配合比优化等措施，保证了施工质量。文章提出的钢管拱全包裹加冰水的施工技术方案，解决了高温季节钢管拱表面温度控制难题，掌握了拱肋混凝土施工控制要点，类似工程施工可借鉴、采用。