对钢管系杆拱桥混凝土施工质量控制的探讨

2021-05-27杨志刚中铁十六局集团第三工程有限公司浙江湖州313000

安徽建筑 2021年5期

杨志刚（中铁十六局集团第三工程有限公司，浙江湖州 313000）

1 引言

众所周知，钢管混凝土系杆拱桥是不借助外在推力的组合性桥梁体系，具有受力状态明显、强度高、安全性强和外在造型美观等一系列优点，然而该类桥梁工程独特性质使其建造施工难度和技术含量等大幅度增加，使得拱肋混凝土施工质量控制难度等也急剧增大。因此，相关技术人员必须在了解该桥梁工程结构特征基础上，采用科学准确的方案来指导拱肋混凝土施工，也为该类桥梁质量控制带来更多的数据支撑和积累一定的经验。

2 工程概况

石浦大桥主跨为100m下承式钢管混凝土简支系杆拱桥，全桥设计两根钢管混凝土拱肋，拱肋截面哑铃形状，拱肋高260cm，缀板宽110cm，钢管壁厚20mm，矢跨比f/L=1/5，计算矢高20m，拱肋钢管为压注混凝土。

3 拱肋压注混凝土施工工艺

3.1 施工方案及工艺流程

施工前准备工作→安设压注管头、止浆闸阀、拱底排水管→清洗管内锈迹及杂物、润湿拱肋内壁（水从最高点灌入出浆管）→拱肋内整体灌满水后再开启压注管头闸阀、拱底排水管排除水和杂物→关闭闸阀→压注拱肋混凝土→出浆孔溢出混凝土（振捣棒振捣）→关闭压注口闸阀→拆闸阀完成压注。

4 混凝土泵送

本桥压注拱肋混凝土用拖式输送泵。选择合适的混凝土输送泵，首先要考虑的便是混凝土泵性能，包括顶升压力，其次是拌合站的生产能力以及混凝土运送能力，最后还要考虑移位方便、备用电源和机械设备等因素。

4.1 选配混凝土输送泵

①输送泵顶升压力计算根据最不利原则进行计算。钢管拱肋计算跨度100m，高度100/5=20m；水平长度为100/2=50m，弧度长为55m。据江正荣编著的《建筑施工计算手册（第二版）》（以下简称计算手册），向上垂直管1.0m高，管径每25mm为一级，每级相当于1.0m水平管长度阻力，本桥计算矢高20m，拱肋钢管直径φ1100mm，则钢管垂直阻力换算为水平阻力计算式如下：

按照最不利原则叠加，垂直阻力加水平弧长（55m）阻力计算为：

900m+55m=955m

依据《计算手册》水平管每20m损失0.1MPa，同时考虑钢管拱肋内壁加劲钢板的阻力系数取值1.3，泵管换算压力损失计算为：

②拱脚下的混凝土泵管高度为17m，水平长为20m，管径为φ125mm，根据《计算手册》，对于φ125mm向上垂直管，向上垂直管1.0m高，管径每25mm为一级，计算如下：

每1.0m高相当于5.0m水平管长度阻力，则垂直泵管换算水平管长度如下：

17m×（5.0m/1.0m）+20m=115m根据《计算手册》，水平管压力损失计算同上，则泵管压力计算如下：

③出浆管为垂直管，高度取为2m，管径为φ125mm，根据《计算手册》对于φ125mm向上垂直管，每1.0m高相当于5.0m水平管长度阻力，垂直泵管换算水平管计算公式同上：

2m×（5.0m/1.0m）=10m

水平管压力损失计算同上，则拱顶出浆管的换算压力损失为：

④泵管最多考虑3个45弯管、3个90弯管，1个管路截止阀，根据《计算手册》，毎个45弯管换算压力损失为0.05MPa，毎个90弯管换算压力损失为0.10MPa，每个管路截止阀换算压力损失按照0.80MPa，一台混凝土泵起动内耗换算压力损失按照2.80MPa，以上所有附加损失为：

以上累计换算的总压力损失为：

根据要求考虑1.3的折减系数后比较机械顶升压力值是否大于最大的压力损失，进而判断拟定的混凝土输送泵能否满足施工要求。

⑤混凝土输送泵输送能力计算输送泵的额定速度计算：

v≥1.2Q/t

式中：v——输送泵的额定速度（m/h）；

t——混凝土终凝时间（h）；

Q——要求灌注的混凝土量（m）。拱肋单管混凝土方量100m，两侧同时往中间泵送，综合考虑施工中混凝土拌合、运输、进出场坍落度检测等损失时间和其他因素，施工时间按2.5h计算，折减系数取1.2，则计算如下：

1.2×(100÷2)÷2.5=24（m/h）

因此，综合以上泵机压力大于10.8MPa且泵送速度大于24m/h方可采用。

4.2 压注施工

4.2.1 施工前准备工作

①施工前应对全体人员展开技术交底，使其了解工程特点，明确各工序的关键技术措施。

②压注施工前仔细检查设备及混凝土输送管道，并准备足够数量、型号的泵管，连接卡箍、螺栓等作为备用。泵机及管道安装完成后，先试运行检验是否合格。

③在拱脚、1/4拱肋上弦管、1/2拱肋上弦管以及拱顶中心位置做好测量标记点，并精确测量拱肋线型记录数据。泵送过程中测量员应监测、对比拱轴线线型变化，为混凝土安全施工提供技术支持。

④混凝土施工配合比要满足初凝时间、3d强度、坍落度、无收缩等要求，并报相关部门审批同意。

4.2.2 混凝土压注施工

①拱肋混凝土顶升时，自两拱脚至拱顶同步、对称、连续压注完成。

②拱肋两侧泵机操作人员必须提前单独培训并熟练掌握压注要领，同时技术人员现场监督指导。开始压注泵机处于低速检验其性能，待正常后调至高压。

③泵送混凝土过程中，测量员不间断监控钢管拱的轴线变化，以便技术人员及时指导调节泵送速度。

④为保证混凝土的连续压注，每一侧待泵罐车不少于2辆。混凝土顶升过程中拱肋两侧相差超出1m时，调节泵机压注压力，进而压注速度减慢来控制压注连续性。压至最后一车混凝土，两侧泵机同时降速，防止顶升高差压力破坏拱顶隔板，发生混凝土倒流。

⑤压注直至φ125mm出浆孔排出合格的混凝土，且持续不少于15s，关闭截止阀和泵机完成压注。最后及时用水清洗拱肋上溢出混凝土。

4.3 钢管拱拱肋微膨胀混凝土泵送顶升技术要点

①泵送混凝土分三次进行，即分为上弦管、下弦管、缀板。施工中按照先下弦管、腹板、上弦管的顺序，单侧一次混凝土强度达到设计85%以上后再组织下一步施工。

②泵送混凝土应选择一天中气温最低时。先泵送一盘砂浆润湿泵机及泵管，其强度不小于待泵混凝土强度。

③泵送施工应在首盘混凝土初凝以前压注完成，水泥初凝时间一般不大于3小时，即必须在3小时以内完成一次混凝土的顶升。

④泵送时泵机料斗内必须满载混凝土，避免吸入空气。如吸入立即反泵，排气后再正转泵送。

⑤两侧泵送时要配备对讲机实时联系，在技术人员的指挥下顶升速度协调一致。

⑥顶升过程中，拱脚两侧由专人沿顶升面检查，同时将顶升面高差反馈至技术人员，便于及时作出决策；顶升至拱顶时，用橡胶锤敲打排气孔周围弦管排气；合格混凝土溢出排气管后停止压注，用湿的土工布封口并覆盖，关闭截止阀。

4.4 质量控制与检查

①混凝土泵送过程中，为保证两侧均衡顶升，拱肋设专人监控顶升面上升情况，用对讲机随时与拱脚两侧技术人员联系，确保混凝土顶升基本同步，且相差不超1.0m。

②混凝土正式拌合前，必须由试验人员对集料的称重计量设备进行核准，确保拌合设备准确按照设计配合比生产。拌合机操作员监督配料，出料前应观察混凝土的拌和情况，发现异常，由当班试验员立即处理。混凝土生产前，拌合站和泵送现场应配备专职试验员，直至混凝土浇筑完成。试验员要随时检查集料的含泥量、含水率等，特别是砂石料的均匀性，谨防粗细分离；如发现混凝土泌水，决不允许出场使用。

③在泵送前，由技术员指导泵机操作员对止浆阀、管道接头等进行检查防止漏气，且备好易损件（包括接头卡扣、弯管等）。

④混凝土施工时，应高度重视高温时拱肋混凝土的降温处理技术，遇高温可在上弦管、下弦管、缀板内两侧各布设一条冷却循环水管，来降低拱内混凝土水化热温度；同时由技术人员和试验人员共同对混凝土配合比进行适当调整，有效降低混凝土自身产生的水化热，避免混凝土因高温产生裂缝。

⑤主拱拱脚、预应力锚端设计钢筋较密，在浇筑过程中应严格控制混凝土中粗集料掺量，防止粗集料堵塞钢筋周围空隙，产生混凝土空洞，进而影响以上关键部位混凝土的质量；此外以上部位如有条件可采用自密实混凝土浇筑，避免钢筋密集部位混凝土发生质量通病。