钢管拱桥拱肋混凝土压注施工与监测

林家镇

（海峡伟业建筑工程有限公司，福建 厦门 361000）

0 引言

某桥设计为下承式钢管混凝土系杆拱桥结构，主跨跨径66m，采用悬链线系杆拱。拱肋为双哑铃断面：上、下弦杆钢管规格为Ф800，数量为4根，两块腹板连接上、下弦管形成哑铃型断面，再采用横隔板连结两个哑铃形成整体组成拱肋，拱肋间共设三道横钢管桁架撑。

众所周知，钢管拱桥拱肋混凝土的施工是整个桥梁工程控制的重点。本文以该拱桥的建设为例，对钢管拱桥拱肋混凝土压注施工方法及其质量监测进行介绍。

1 工程对混凝土性能的要求

为保证施工质量并达到钢管拱密实度要求，该桥采用C50微膨胀自密实混凝土。每根钢管拱内（包括上弦管、下弦管和腹板）要压注混凝土206m3，拱顶标高为+23.15m，桥面标高为+7.05m。钢管内混凝土采用一级泵送一次到顶，并左右两侧同时进行。混凝土为C50微膨胀混凝土，根据试验结果测出微膨胀率后再最终确定C50微膨胀混凝土的配合比。

1.1 混凝土的配合比

C50微膨胀混凝土配合比委托华信商品混凝土有限公司工程结构与材料试验中心通过实验确定。C50微膨胀混凝土收缩率为0%。微膨胀混凝土配合比如表1：

表1 C50微膨胀混凝土配合比

1.2 工程对C50微膨胀混凝土性能要求

（1）坍落度应在200mm以上，初始坍落度210mm，2h后坍落度保持值210mm。

（2）初凝时间610min，终凝时间720min。

（3）7d抗压强度为44.0MPa，28d抗压强度为59.9MPa。

（4）混凝土膨胀率控制指标为：标准养护14d膨胀率不超过2.0×10-4（基本对应于峰值膨胀率），28d混凝土膨胀率为1.8×10-4±0.1×10-4，满足规范要求[1]。

2 拱肋混凝土压注施工过程及要求

2.1 压注施工前完成的事项

2.1.1 设置压浆孔和出气孔

压浆孔设置在每根钢管拱脚处；出气孔设置在每根钢管拱顶部的上弦管、下弦管及腹板仓处。其中，下弦管及腹板仓处的出气孔钢管与拱表面夹角为30°，孔口向上；上弦管处的出气孔垂直于上弦管。为了保证混凝土的密实度，需在压浆孔处焊接一个输送泵钢管闸阀并伸入内腔5cm；在钢管拱顶部的出气孔各焊接一根高2m、直径200mm 的钢管作为混凝土的反压管。焊接的压浆孔钢管闸阀和出气孔钢管与拱肋侧面的夹角均为30°。

2.1.2 做好前期施工准备

施工前组织开展大范围技术交底工作。向技术人员和实际操作人员讲解具体施工要求和流程，从而让参与混凝土施工的全体成员充分明确施工内容。泵送混凝土前则是要根据进度测定温度，合理选择气温合适的时间进行混凝土泵送施工，通过对温度的控制可以减少坍落度的损失。浇筑前，要清除浇筑位置处的垃圾，同时为了平衡管内外压力，要设置冒浆孔。等待明确灌注时间后，要及时准备好泵车和相应工具。泵送前通过预发动进行试车，保证设备的完整。泵送混凝土当天要及时完成泵管的安装，并检查所有设备的连接情况，指挥现场人员到达各自工作岗位。做好泵送混凝土前的所有工作准备，保证后续施工的顺利开展。

2.2 压注施工的质量要求

（1）钢管内混凝土的强度应比设计强度高10%～15%。

（2）新压注钢管的混凝土在3d 内不能承受大于30%设计强度的外力，7d 内不宜承受大于80%设计强度的外力。

（3）应在第一盘入管混凝土的初凝时间内完成一根钢管混凝土的压注施工。

（4）一根钢管混凝土应保持持续压注，一气呵成。

（5）压注温度控制在5～35℃，当现场气温高于35℃，钢管温度高于55℃时，应采取有效措施降低钢管温度。

（6）压注完成后，应保证钢管内混凝土密实性，不允许出现混凝土离析、断缝、空洞与钢管内壁脱空等现象。

2.3 压注施工的顺序

对钢管拱C50 微膨胀混凝土的压注顺序要遵循自拱脚至拱顶同步、对称、均衡和连续压注的原则，并应在短时间内完成压注。同时施工过程中注意观测拱肋轴线的变位情况。

主弦管内混凝土压注采用“先下弦，后上弦，先内侧，后外侧”的顺序分四次完成施工。压注顺序为：施工前期准备工作→按设计应力进行第一次张拉→压注下弦内侧管→压注上弦内侧管→压注内腹板仓→混凝土强度达到80%设计强度→按设计应力进行第二次张拉→压注下弦外侧管→压注上弦外侧管→压注外腹板仓→混凝土强度达到80%设计强度→按设计应力进行第三次张拉[2]。

整个压注过程中保持慢速、均匀、对称和低压的压注状态，在混凝土初凝时间内完成一个钢管的泵送，中间不得间断，两肋对称进行压注，进度≤2.5m（一个节间）。每次压注之前要将管内灰尘及杂物清除干净，然后压注2m3的高标号砂浆润管，紧接着压注C50微膨胀混凝土。

2.4 压注施工的注意事项

每根钢管和腹板均采用水平泵从两端同时压注。压注施工过程中需要注意以下问题：

（1）正式压注前先压注约2m3的高标号微膨胀砂浆，主要是用来湿润钢管拱和输送管内壁，砂浆收缩率为0。

（2）混凝土拌站试验人员先检验压注前的混凝土坍落度，现场再进行重复检验，合格后方可泵送。坍落度小于180mm容易堵管，坍落度大于240mm容易离析，绝对不得使用坍落度不合格的混凝土。

（3）现场试验人员必须对每车混凝土的到场时间、坍落度及泵送的起止时间进行记录。两台泵在同一段时间内输送的混凝土方量要一致，并且两侧混凝土面高差在1m以内，为保证混凝土的连续压注，每一侧待泵罐车不少于2 辆。混凝土泵送过程中拱肋两侧相差超出1m时，调节泵机压注压力，通过减慢压注速度来控制压注连续性。

（4）混凝土运输车出浆速度与泵送速度要保持一致，避免空泵现象。

（5）待拱顶出气孔冒出合格的混凝土后，且持续时间不少于15s，两侧泵送混凝土应暂停5min，然后继续向管内压送少量混凝土后才停止压注，关闭闸阀和泵机完成压注。最后及时用水清洗拱肋上溢出的混凝土。同时拆除输送管，再进行下一根的压注。

（6）注意控制水平泵的工作压力。高压水平输送泵最大工作压力为18MPa，正常泵送时压力控制在6MPa。对高压水平输送泵应设有专人观看压力表，以防压力过大导致钢管拱爆裂。为了防止在泵送混凝土过程中发生腹板仓鼓胀或爆裂现象，在腹板仓内每间距1m 就设置一根Ф18mm的钢筋拉杆。

（7）为了避免出现堵管现象，必须正确计算混凝土的方量。混凝土压注完成8h以后，割除压浆孔和出气孔的钢管，将开口盖板按要求进行补焊密封。钢管混凝土灌注完成，混凝土龄期达到28d以后，应对管内混凝土压注质量进行全面检查。从拱脚外包混凝土到拱顶部，每40cm一个断面，采用铁锤敲击钢管顶部及两侧，采用耳朵贴近辨音的方法进行检测。当敲击部位的声音有异常时，可采用电钻在钢管拱顶部钻孔，假如发现钢管拱内壁与混凝土之间有空隙，就必须进行压浆处理，保证混凝土密实性符合要求[3]。

3 压注施工监测

该桥梁主拱结构分三节段预制，采用支架法吊装。由于材料参数、环境及施工误差等客观因素，使得设计阶段的理论建模分析计算无法真实反映拱桥在施工过程中的受力状态，为了提供施工中反映施工实际情况的数据与信息，保证施工过程中结构的安全性，需要对桥梁施工各个阶段进行监控。

其中，主拱在不同施工工况下挠度变化情况是最主要的监控指标。混凝土压注前和压注后也需要观测主拱的挠度变化，用来与分折预测值进行比较，并提供修正依据。为了保证施工的安全性，对主拱结构的线形及位移指标监测应贯穿整个施工过程。另外，监测指标还包括主拱的温度情况。

3.1 测点布设

（1）基准点的布设：在一侧桥台左右幅外侧相对稳定的地方分别埋设3个简单I类四等基准点；桥下在靠近主桥主墩附近相对稳定的地方埋设2个简单I类四等基准点[4]。

（2）桥台测点的布设：在桥台上布置变形观测点，测点采用钢筋头底端埋入桥台内部与钢筋点焊接牢固，钢筋头高出桥台表面约5cm，并用红漆标记。

（3）主拱肋测点的布设：在主拱肋的各控制截面及各节段上弦杆拱轴线背面布设高程控制点，测点由红油漆进行标记，在拱肋1/2和1/4位置处布设。

3.2 监测内容

线形监测分为竖直面内的线形和位移以及水平面内的线形和位移监测两个部分。为全面掌握主拱结构的变位情况，较好地控制测量误差，宜用高精度的全站仪对测点的三维坐标进行监测。

（1）拱肋轴线的控制。在每段拱肋安装及合拢调整阶段需进行拱肋轴线的监测，将观测站在河两岸的拱肋轴线上合适的高程位置各设一个，对每节段拱肋轴线上顶面固定好三角标志（白漆打底划红漆），按要求观测本岸节段上弦顶面拱肋轴线。

（2）在每段拱肋安装、压浆和张拉过程中对拱肋各扣点进行标高监测。

（3）对主拱肋各分段及各控制截面进行线形与位移变化监测。

（4）通过对主拱肋的拱脚变形监控来监测拱座的变位情况。

（5）对桥台的水平变形和基础的沉降变形进行监测。

3.3 监测要求

拱肋标高的观测采用高精度水准仪，分别在节段吊装前后进行，其任务是反映各工序前后或某一特定时间段内主拱挠度的实际情况，并以这些观测值为依据来进行有效的施工控制。

4 结束语

钢管拱桥拱肋混凝土的施工是整个桥梁工程控制的重点。压注施工前应做好充分准备，设置好压浆孔和出气孔，明确各工序的关键技术措施。施工中应严格按照施工顺序，清楚施工中的注意事项，保证压注施工的质量。进行施工监测时，要结合实际情况，严格按照规范布设测点，明确重点监测内容，及时开展监测工作，确保施工质量达到预期要求。