鋼管拱混凝土灌注的施工工藝

鋼管拱混凝土灌注的施工工藝王茂丁貴生【摘要】本文結合臨汾市鼓樓西汾河大橋鋼管拱混凝土灌注特點，詳細的介紹了灌注的施工工藝，以及采取的技術措施。【關鍵詞】配合比砼灌注頂升施工工藝一工程概況臨汾市鼓樓西汾河大橋，主橋結構采用30米（邊跨）+80米（從跨）+105米（主跨）+80米（從跨）+30米（邊跨）的五跨中承式鋼管拱，主橋矢跨比1/3；從跨矢跨比為1/4；拱軸線采用二次拋物線。主跨及從跨主拱肋采用鋼管混凝土結構，拱肋弦管內(nèi)徑為768啞，平聯(lián)尺寸為40cmX20cm，均采用C50微膨脹混凝土填充，灌注混凝土量如下表，共1248.8m3?？鐝?0米跨鋼管拱105米跨鋼管拱80米跨平聯(lián)105米跨平聯(lián)砼量40m357m36.8m39.8m3二施工方法的論證臨汾市鼓樓西汾河大橋拱肋弦管外徑均為80cm,上、下平聯(lián)為40cmX20cm，因吊桿的位置設計在平聯(lián)上，平聯(lián)實際最小空間為5cmX20cm。在封閉的鋼管中澆灌混凝土，同時又要保證混凝土在鋼管中能密實成型，存在以下施工難點：其一，拱形鋼管中的混凝土在施工時無法進行振搗，故此混凝土必須實現(xiàn)免振搗自密實性能；普通混凝土在硬化時會出現(xiàn)收縮現(xiàn)象，為保證混凝土在鋼管中能密實成型，故此混凝土要實現(xiàn)無收縮或微膨脹性能；而其設計強度等級又高達C50；普通混凝土難以實現(xiàn)以上性能。其二，由于鋼管全部閉封，如采用常規(guī)施工方法在拱頂開口泵送混凝土入鋼管，可能造成空氣滯留鋼管內(nèi)造成施工缺陷（產(chǎn)生氣泡或斷層），故常規(guī)施工方法無法保證工程質(zhì)量，同時拱腳經(jīng)專家論證可與鋼管拱同時灌注。根據(jù)上述問題所以確定采用：（1）設計出可滿足施工要求的混凝土配合比；（2）泵送頂升法施工三工序的組織臨汾市鼓樓西汾河大橋鋼管拱每條拱肋由4個弦管和2個平聯(lián)組成，共需36次灌注混凝土。灌注順序遵循先上弦管，后下弦管；先外弦管，后內(nèi)弦管的原則。其順序如下圖所示：下游拱肋 上游拱肋鋼管拱混凝灌注順序：1—2一3—4—上下平聯(lián)，同一步擬按先下游，后上游，先東80米，再西80米，后105米的順序進行。在灌注下游1后，待砼強度達到70%后，灌注上游1，待上游1達到70%后，按順序?qū)ΨQ連續(xù)灌注2、3、4、上下平聯(lián)板。鋼管拱混凝土的灌注是一項工序要求比較復雜和嚴格的工程。中鐵三局鐵科公司大橋項目部針對鋼管拱灌注的每一個施工環(huán)節(jié)聘請

了專家進行分析論證，總結工序如下:結束砼養(yǎng)護砂漿潤鋼管安裝加固輸送泵安裝灌注閥門布設加固輸送管拱頂出砼停止泵送砼對稱泵送砼拆除輸送管清洗輸送管和輸送泵關閉灌注閥門堵塞出氣孔監(jiān)測了專家進行分析論證，總結工序如下:結束砼養(yǎng)護砂漿潤鋼管安裝加固輸送泵安裝灌注閥門布設加固輸送管拱頂出砼停止泵送砼對稱泵送砼拆除輸送管清洗輸送管和輸送泵關閉灌注閥門堵塞出氣孔監(jiān)測上述工序有的單獨進行有的同步進行，項目部為了快速有效的灌注好鋼管拱混凝土，將上述工序進一步優(yōu)化，分為四個步驟：1、支架搭設；2、泵管架設，機械轉(zhuǎn)場，泵管加固；3、泵送混凝土；4、拆除泵管，清洗泵車及泵管。這四個環(huán)節(jié)，項目部派專人專職負責，同時由生產(chǎn)經(jīng)理統(tǒng)一協(xié)調(diào)指揮。四機械的配置及泵送混凝土前的準備工作臨汾市鼓樓西汾河大橋鋼管拱設計為三跨，每跨單側拱肋需進行六次混凝土灌注施工，按照設計鋼管拱的灌注必須兩岸（上游下游）兩側（東側西側）對稱灌注，同時第二個灌注循環(huán)必須是在第一個灌注循環(huán)強度達到設計70%以上時方可進行，此外臨汾市鼓樓西汾河大橋鋼管拱的灌注施工已進入冬季，混凝土的灌注只能在白天氣溫較高時進行。（夜間氣溫低細骨料結塊，攪拌困難，無法保證灌注的連續(xù)性）為確保工期和混凝土的連續(xù)灌注，通過論證；（1）輸送泵額定揚程大于1.5倍灌注頂面高度，105跨灌注頂面高度最大為45米，HBT60額定揚程200米>1.5X45米；（2）輸送泵的額定速度vM1.2Q/t（v為輸送泵的額定速度，Q為要求灌注的砼量，t為砼的終凝時間），同一循序3根管砼量最大140m3，兩臺泵灌注，單泵灌注量70m3,砼終凝時間按8h計算，HBT60額定速度60m3/h>1.2X70m3/8h。所以項目部配置了四臺HBT60輸送泵，分別布置在4#、5#、6#、7#墩旁邊，先泵6#?7#墩，其次4#?5#墩，最后泵5#?6#墩。這樣就能保證每天完成三跨單側一根弦管的混凝土灌注，又保證了兩岸對稱施工，同時又保障有兩臺泵車備用。運輸車輛配備：共配備4輛混凝土運輸罐車，每臺泵配備2輛罐車，如發(fā)生意外，隨時根據(jù)施工實際情況作出調(diào)整，以保證拱肋鋼管混凝土連續(xù)澆筑?；炷翑嚢柙O備：施工現(xiàn)場現(xiàn)有一座拌和站，每盤攪拌1.2m3,每盤攪拌時間按2min計算，每小時最多可攪拌36m3砼，完全可滿足施工要求。施工機械配置表序號設備名稱噸位或容量數(shù)量備注1高壓固定泵60m3/h4臺二臺備用2砼運輸車7m34輛/拱3吊車25噸1臺4對講機6個5榔頭4把敲擊鋼管6照明燈10滿足照明需要為佳7裝載機501機械倒運泵送混凝土前的準備工作泵送管道的安裝在施工方案確定的位置焊接泵送管道，為了減小泵送壓力，泵送管與拱形鋼管側壁必須成不大于30度角進行焊接，焊接前應事先在鋼管側壁選定的開口位置進行開口，開口處事先應畫好形狀與尺寸，保證與泵送管焊接時尺寸相符、密封良好。泵管采用內(nèi)徑為125mm鋼管，經(jīng)理部派專職技術人員進行排定，在壓注孔的位置及管道線路上，搭設支架專門用于架設混凝土輸送泵管，保證管道的穩(wěn)固性，并盡量減少彎頭。在泵管對接前，仔細檢查管內(nèi)壁是否清潔，接頭和密封圈是否完好，確保不會在泵送過程中發(fā)生堵塞、爆裂和泄露現(xiàn)象。對接好后，對輸送管還要逐節(jié)檢查，確保管節(jié)接口嚴密，杜絕混凝土頂升過程中發(fā)生脫管現(xiàn)象。另外，防止意外發(fā)生，在現(xiàn)場配備同樣長度數(shù)量的泵管、彎頭和密封圈一套作為備用，對備用管道的更換要先行試驗，熟練掌握。泵管安裝好后，禁止人員在管道上行走。在混凝土澆注前，在灌注管上設置防回流截止閥(法蘭盤)，并對壓漿管與拱肋鋼管及法蘭盤接口的焊縫作加勁處理。泵送管道上閥門的設置本方案確定使用閥板式閥門，閥板洞口的尺寸應不小于泵送管道的內(nèi)徑，以避免增加泵送壓力。加工閥板時兩面應平整并涂以黃油以保證閥門處的密封。排氣口的設置排氣口的位置位于拱頂正上方，直徑150mm，在排氣口處焊接一直徑150mm的鋼管(狀如煙囪)，在排出浮漿層后可保證排氣口處混凝土的密實度。攪拌站除了提前備齊所有的生產(chǎn)原材料外，攪拌設備也提前做了檢查?？紤]到連續(xù)泵送，應檢查混凝土運輸車，確保泵送時是連續(xù)泵送。試驗室人員應對生產(chǎn)過程進行全程監(jiān)控，并派人到施工現(xiàn)場全程監(jiān)控并隨時反饋現(xiàn)場情況。五混凝土的要求及配合比的選定必須選用質(zhì)量優(yōu)異的高效減水劑或泵送劑，必須保證此混凝土拌合物在2個小時內(nèi)均能保持較大的流動性(2小時內(nèi)坍落度保持在180mm以上)，鋼管拱混凝土采用C50流動性微膨脹混凝土，混凝土的可泵性，和易性，坍落度直接影響著泵送混凝土時的泵送壓力，泵送時間及管內(nèi)混凝土的質(zhì)量。臨汾市往年十一月最低氣溫為-70C，根據(jù)這一條件，選定配合比使用最低環(huán)境不應低于-100C，強度要求fc4N45Mpa，fc28N50Mpa混凝土應自密成型，無收縮補償?shù)男阅?。具有微膨脹性，低氣泡，高流動性，骨料應微呈懸浮狀態(tài)，不能下沉，而且還要防治離析，出于工期及現(xiàn)場施工要求混凝土有緩凝早強性能。（1）材料的選用：1） 碎石：當?shù)貤罴仪f石場所產(chǎn)能滿足質(zhì)量和數(shù)量要求，由地方車輛進行運輸；2） 砂：選取洪洞王開砂場供應粗砂；3） 水泥：使用臨汾威頓牌PO52.5#普通硅酸鹽水泥；4） 膨脹劑：采用陽泉天隆建筑材料有限公司生產(chǎn)的UEA為膨脹劑；5） 粉煤灰：太原一電廠生產(chǎn)的粉煤灰；6） 外加劑：山西路橋新型建材有限公司生產(chǎn)的GQ-3A緩凝高效減水劑（常溫）或化工二院華申外加劑廠生產(chǎn)的HS-I型高效防凍劑。試塊制作時免振搗，以保證和實際生產(chǎn)情況相符，并確認此試塊的強度應能滿足C50混凝土強度等級的要求。配合比如下表:名稱水水泥砂石子外加劑摻合料水灰比材料用量（kg/m3）1904758228906.352.83.6比例0.411.731.871.3%11%砼各項技術性能指標:項目砼強度凝結時間砼坍落度限制膨脹率和易性可泵性4d28d初凝終凝0h2h4h7d14d28d指標47Mpa68Mpa8h10h20cm19cm18cm0.06%0.02%0.01%良好良好配合比選定后，項目部請專家論證，確定其可泵性，和易性，坍落度，均滿足鋼管拱灌注的要求。在實際施工時發(fā)現(xiàn)泵送控制壓力達到設計壓力2.5Mpa，而泵送壓力偏高，試驗發(fā)現(xiàn)坍落度偏小，流動性差，造成泵送壓力大，將坍落度調(diào)整為200+20^后，泵送壓力穩(wěn)定。六鋼管內(nèi)C50微膨脹混凝土灌注1混凝土灌注工藝流程1） 壓注水泥砂漿潤濕內(nèi)壁一安設壓注頭和閘閥一壓注管內(nèi)混凝土一關閉壓注口處閘閥穩(wěn)定一拆除閘閥完成壓注。2） 鋼管混凝土壓注前，螺栓先用生膠帶纏繞，再擰緊法蘭螺栓，防止柵欄閥泄氣，導致壓力損失。連接法蘭與輸送泵管相同，用泵卡上緊。2混凝土灌注1） 先泵入兩盤高標號水泥砂漿，潤滑泵管，然后壓入C50微膨脹混凝土，從每跨兩拱腳處對稱灌注混凝土，在灌注過程中通過計算壓入混凝土數(shù)量和人工敲擊觀測灌注來控制兩邊壓注的速度，兩端進度相差不大于3米，達到兩邊相同高度排氣孔幾乎同時出漿，最后到頂部排氣孔同時排出混凝土，擰緊法蘭螺栓，拆除輸送泵管，接入同一步驟的下一拱肋對應灌注。2） 嚴格按照鋼管混凝土灌注順序?qū)ΨQ施工。3） 灌注平聯(lián)板內(nèi)混凝土前，采用塑料薄膜將拱肋弦桿（含平聯(lián)板）出漿管處覆蓋，以免混凝土污損鋼管涂裝；平聯(lián)鋼板內(nèi)混凝土灌注時嚴格檢查，防止管壁爆裂。3管內(nèi)砼灌注后的檢測結果砼實測技術指標砼強度砼限制膨脹率砼凝結時間砼坍落度n=187d=0.0035%初凝：14h30minn=120Mfj68.5Mpa14d=0.0026%終凝：15h50minmsl=21cmSfu=3.5Mpa28d=0.0018%Ssl=1.1cmCv=5.1%Cv=5.0%f=58Mpacu,minslmin=19cmf5=72岫slmax=22cm七拱肋線形的控制拱肋線形的控制主要是高程和軸線左右的偏移變形的控制，線形發(fā)生變化產(chǎn)生的原因主要可分為下述幾點：1） 重力變成水平推力，造成墩身變形。2） 混凝土的水化熱熱脹造成鋼管拱的溫度變形。3） 氣溫變化造成的變形。4） 混凝土在灌注過程中不對稱灌注產(chǎn)生重力不平衡造成的變形。在灌注過程中，針對上述可能出現(xiàn)的變形，項目部采取了下述措施：1） 第一個灌注循環(huán)結束后，待鋼管拱混凝土強度達到設計70%以上時，張拉系桿，平衡水平推力。2） 調(diào)整配合比中的水泥用量，降低水化熱。3） 采用仰索預先固定在拱肋1/3處，交叉固定，防止混凝土在灌注過程中冒頂。同時，為防止軸線偏位，采用風纜預先將拱肋固定。4） 在泵送過程中嚴格控制混凝土的數(shù)量，達到兩側混凝土上升速度一致。5） 由于施工處于冬季，溫度變化較小，氣溫的影響較小，只選擇相

同氣溫條件下進行監(jiān)控測量，以達到測量數(shù)據(jù)統(tǒng)一。在灌注過程中利用全站儀和拱肋軸線上緣貼反光膜進行拱肋軸線偏位及標高測量。每根鋼管在灌注混凝土前、灌注至混凝土量1/2時、完成時、完成24個小時時，共4個工況進行測量。測量結果如下表:磴密實度鋼管壁與砼結合程度拱軸線高程變化拱軸線橫向偏位拱對稱點高程差4#、5#、6#、7#墩頂位移變化實測值良好密貼28mm10mm25mm4#:5mm5#:4mm6#:5mm7#:3mm標準值良好密貼35mm35mm50mm8mm評定良好良好符合要求符合要求符合要求符合要求八冬季施工1）由于施工處于冬季，加之河道氣溫較其它地方較低這一情況，為防止鋼管混凝土在低溫情況下受凍，項目部采用電熱毯及棉被對鋼管拱蓄熱處理，保溫示意圖：電熱毯拱肋橫斷面圖2） 混凝土灌注前，對電熱毯進行通電加熱，通電時間不少于2個小時，且測量溫度〉5°C時，進行灌注，防止管壁過冷引起與鋼管接觸面發(fā)生受凍現(xiàn)象，影響混凝土的質(zhì)量。3） 拌合用水進行加溫處理，保證混凝土的出倉溫度。拌制用砂、石料覆蓋嚴密，防止雨水及冰雪浸入?；炷吝\輸采用汽車運輸泵車，外面包裹防寒罩，頂升用地泵搭棚進行保暖圍護。混凝土灌注時間選在氣溫較高的上午10:00?下午4：00時段進行。4） 出漿、進漿口處覆蓋物為防止被混凝土浸漬,外側棉被覆蓋一層防水布并設置引流通道，將棄液引出拱肋范圍，以防污染拱肋包裹材料。5） 灌注后，定時對棉被內(nèi)側進行溫度測量，當溫度〉30C時，斷開電熱毯電源，當溫度V10C時,接通電熱毯電源，保證溫度在10C?30C范圍內(nèi)。電熱毯的接電,按有關電器操作規(guī)程進行。6） 設專人進行測溫記錄，觀察保溫情況，發(fā)現(xiàn)溫度異?；蛴忻盁煬F(xiàn)象及時斷電、檢查、排除隱患，以保證質(zhì)量不受影響。電熱毯更換時,在氣溫較高的中午進行。九施工時的質(zhì)量控制措施及問題處理項目部在施工前對每一工序做了技術交底；原材料經(jīng)試驗人員檢驗合格后方能用于施工，控制大粒徑或超粒徑的砂石料，砂子過篩；攪拌設備及泵送設備和現(xiàn)場的機械設備在每次灌注前系統(tǒng)的檢查和維修；鋼管拱混凝土嚴格按照配合比施工，控制混凝土和易性、可泵性良好，無泌水現(xiàn)象，嚴格控制攪拌時間（每盤攪拌時間為120秒），確保攪拌到位，坍落度嚴格控制；泵管布設時，盡量減少彎管的數(shù)量，接頭連接緊密，不漏漿，不漏氣；注漿管與弦管、截止閥與注漿管的焊接應焊加勁肋加強，泵管立管接頭處應拉倒鏈固定；洗泵用水不能壓入弦管內(nèi)，先泵送砂漿與砼必