顶升法大直径钢管混凝土施工工艺

顶升法大直径钢管混凝土施工工艺
【摘要】介绍了102国道跨伊通河大桥（51m+158m+51m）的三跨飞燕式异型钢管混凝桥的钢管混凝土的技术性能和顶升灌注施工方法。

【关键词】钢管混凝土、自密实混凝土技术性能、顶升;
1. 工程概况
长春市102国道跨伊通河大桥主桥为三跨飞燕式异型拱桥，主桥长260m，主跨158m，采用对称布置，即51+158+51=260m。

主跨拱肋按构造和使用功能有主拱肋和稳定拱肋之分，主拱肋和稳定拱肋由通过端锚板相互连接。

主拱拱肋截面为三根钢管通过拉板连接的略呈三角形的截面。

大、小钢管均内灌C50微膨胀混凝土；大钢管内混凝土工程量为362m 3,两个小钢管内混凝土工程量315.8m 3。

采用泵送顶升施工方法进行灌注施工。

图1102国道跨伊通河大桥主桥结构布置图
2. 施工工艺
2.1 主拱肋钢管微膨胀自密实混凝土技术性能
(1)工作性能：混凝土初始坍落度22cm以上，扩展度600mm以上，3h坍落度仍达16cm以上，含气量小于2.5%，不离析、不泌水，粘聚性好。

初凝时间控制在14~16h，终凝时间在16~18h。

(2)力学性能：混凝土3d抗压强度≥40M Pa，达到设计强度的80%以上；28d 抗压强度≥60MPa；
(3)膨胀性能：自由膨胀率：3d≥2.5×10-4，28d≥4.0×10-4，28d限制膨胀率（1.5~2.5）×10-4，56d混凝土体积达到基本稳定；
(4)弹性模量：混凝土28d弹性模量≥3.8×104MPa。

2.2 原材料选择
本桥采用商品混凝土，项目部主要监控和抽检以下原材料技术指标：
水泥：长春亚泰鼎鹿牌PO42.5R。

砂：长春饮马河中砂，细度模数3.1，含泥量小于3%。

粗骨料：长春双阳新安石场，级配为5～10mm，10～20mm按4：6搭配使用，含泥量小于0.5%，针片状颗粒含量小于10%，压碎指标小于10%。

泵送剂：鞍山三合混凝土外加剂有限公司，减水率20%。

膨胀剂:天津豹鸣有限责任公司生产的HCSA高性能膨胀剂，限制膨胀率为8.0×10-4
拌合水：吉林交通商品混凝土有限公司井水。

掺合料：吉林市东晟冶金渣综合利用有限公司生产的S95级矿粉。

2.3 C50混凝土配合比
表1 C50混凝土配合比
根据对称与均衡加载的原则, 即以拱顶为对称线两半跨对称加载, 主拱肋钢管混凝土要求单管对称泵送灌注，严格控制泵送量，使两个半跨内钢管拱肋混凝土数量相近，并在混凝土初凝时间内泵送到顶。

具体施工方案如下。

2.4.1 灌注顺序
每条拱肋钢管半跨对称一次性灌注完毕，从每管下端灌进，顺管而上。

先灌注Φ1.8m直径钢管，当混凝土强度到达80%，即灌注完3d后，再依次灌注两根直径Φ1.2m的钢管。

由于直径为Φ1.8m的钢管内的混凝土强度达到80%，经计算可以承受另外两根直径为Φ1.2m的钢管灌注过程中的动静荷载，且混凝土方量较小，两根直径为Φ1.2m的钢管内的混凝土方量为316m3（单根158m3），可以在灌完一根之后接着灌另外一根，两根可以在同一天灌注完成。

选用三一重工的HBT80C混凝土泵机，吉林交通商品混凝土有限公司混凝土搅拌站两个拌合楼的混凝土的拌合和运输能力为100m3/h，灌注Φ1.8m直径钢管需4h～5h，灌注Φ1.2m直径钢管需2～3h，灌注时间宜选择在凌晨一点左右开始，避免太阳照射，原材料和钢管壁温度升高，造成混凝土坍落度损失快，泵送阻力增大而堵泵。

图2钢管混凝土灌注顺序示意图
2.4.2 .主要工艺流程
（1）拱顶开排浆口，焊接排浆管；拱脚开压注口，焊接进料管；
（2）布设输送泵送管，进行设备调试、检查；
（3）先压注0.3~0.5m3的清水，接着直径为Φ1.8m的钢管每岸各压注2m3与C50钢管混凝土同配合比的砂浆，直径为Φ1.2m的钢管每岸各压注1m3与C50钢管混凝土同配合比的砂浆，润滑输送管、拱肋钢管内壁；
（4）顶升泵送C50微膨胀自密实钢管混凝土；
（5）进料管处插截止阀；
（6）清洗输送泵、管，拆卸堆放；
（7）截面应力、线形监测。

2.4.3 施工准备
2.4.
3.1 原材料准备
水泥、石子、砂及外掺剂应准备充足，外掺剂按每盘混凝土所需掺量事先装袋。

对原材料质量进行检查，保证各项指标与配合比时相符，根据实测砂、石子含水率，及时调整混凝土的用水量，避免离析。

2.4.
3.2 设备准备
在桥面两拱脚处各设一台HBT80C型混凝土输送泵用于灌注混凝土。

最大出口压力18MPa，混凝土最大理论输送量80m3，在实际顶升泵送施工时每台泵每小时输送量为50m3左右，要求商品混凝土拌合站生产运输能力不小于100 m3/h。

2.4.
3.3 安装进料管、排浆管
直径Φ1.8m的钢管安装工序如下：首先，在距离拱脚1~2m处钢管的顶部开设一个压注孔，牢固焊接一段端口朝外的泵管，便于泵管的连接布置，且必须加固焊接。

该段泵管另一端切一斜口，斜口朝上，插入钢管内中线处，与钢管轴线的夹角30~45°。

为了防止泵送施工完毕拆卸泵管时混凝土从进料管流出，需在进料管处采取有效的防回流措施。

排浆管设置在距离钢管顶部最高点左右各1m 处，尺寸为Φ150mm×1000mm。

在直径为1.8m的拱肋钢管的L/4处的顶面设置一个带螺丝的Φ2~3cm的排气孔。

直径为Φ1.2m的钢管的压注孔的位置开在钢管侧面，距离拱脚1~2m。

牢固焊接插入压注孔的进料管与钢管接触处，并在压注孔周围焊接钢板，进行补强，防止在泵送顶升施工时，由于混凝土的泵送压力，导致进料管脱焊，造成混凝土
泄漏。

进料管与拱肋钢管轴线夹角宜为30°-45°，夹角越小泵送阻力越小，对钢管壁的冲击力亦越小。

进料管材质、管径与输送管相同（Φ125mm），进料管设防回流阀门，并与主拱钢管焊接加筋处理。

图3灌浆口出浆口示意图
2.4.
3.4 泵管安设
HBT80C混凝土输送泵稳固在桥面上，泵管直接连在拱肋钢管上，管道尽量少采用弯管，管道均置于桥面支架架上。

输送管数量应充足，型号齐全，接头胶垫圈位置准确，联结卡箍及螺栓安装正确并上紧。

在8#主墩处设混凝土布料机将混凝土输送至桥面输送泵上，即减少了拱肋混凝土的一次泵送高度又二次搅拌了混凝土，保证了混凝土的和易性，同时减少混凝土输送泵泵管长度和弯头数量，有效的降低了灌注时间。

另一侧，混凝土搅拌车直接开到拱脚泵机处，由搅拌车放料到混凝土泵斗内，泵送顶升到顶。

2.5 拱肋钢管混凝土灌注
2.5.1 泵送清水
清水必须湿润所有的输送泵管。

检查输送泵工作情况是否正常、输送管道有无渗漏，泵送不宜过多，0.3m3为宜。

2.5.2 泵送与混凝土同配比的砂浆
注0.3m3清水完毕后，紧接着泵送和混凝土同配比的砂浆，直径为Φ1.8m 的钢管每岸数量2m3，直径为Φ1.2m的钢管每侧数量1m3，主要作用是润滑管道减小混凝土泵送阻力。

2.5.3 泵送C50微膨胀混凝土
当混凝土泵斗内砂浆少于1/3时，开始放入C50自密实微膨胀混凝土。

混凝土坍落度应控制在18~22cm，不宜过大，防止离析堵管。

两岸对称顶升时两端砼进度差不能超过2m。

当钢管内砼面上升至距压注孔5～6m后，从L/4排气孔灌
入0.3～0.5 m3水到润滑砂浆上端，随着砼面上升而上升，充分润湿主管内壁，减小泵送阻力，当水面上升接近螺孔时，拧紧螺丝，避免水和砂浆流出。

在拱肋上设专人负责检查砼的压注进度。

一次泵送到拱顶，水和砂浆先后从拱顶排气孔排出，接着混凝土排出，当混凝土排出1 m3后，每隔3~5min再泵送一次，反复3~4次，以增加拱顶的密实程度，混凝土泵送顶升施工完毕后，关闭截止阀，拆卸清洗钢管。

在混凝土灌注过程中严密测量拱肋变形。

在混凝土灌注的同时，在主拱上配备一个高压水枪，对于外泄的水泥浆及时进行冲洗，同时在出浆口处对拱肋用塑料布进行覆盖尽量减少水泥浆对钢管拱肋的污染。

3. 结束语：
飞燕式钢管拱桥横跨伊通河、毗邻长春市政府，为长春市增添一道亮丽的风景；
以抗压能力高的钢管混凝土作为主拱肋，以抗拉能力强的高强钢丝作为系杆，通过边拱肋的重量，随着施工加载顺序逐号张拉系梁中的预应力筋以平衡主拱所产生的水平推力，最终在拱座基础中仅有很小的水平推力。

克服了拱桥对基础的苛刻要求。

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。