钢管拱混凝土顶升法灌注的施工工艺

钢管拱混凝土顶升法

灌注的施工工艺

中铁三局铁科公司：邓涛

钢管拱桥作为一个景观桥在现在的城市新建、改建、扩建中是随处可见，且具良好的观赏价值。对城市现代化、信息化、高度的发展化起到了一定的促进作用。而钢管拱混凝土灌注则是钢管拱桥施工成败的关键之一；从已知的国内外钢管拱桥施工情况了解到：钢管拱混凝土在灌注过程中都不同程度存在钢管内的混凝土密实度及强度达不到要求、钢管壁与混凝土结合不密贴、钢管壁破裂、钢管拱轴线变位超规定等质量问题，轻者造成钢管拱桥使用寿命减短，重者给生命财产造成重大损失。

临汾市鼓楼西汾河大桥钢管拱混凝土灌注，经过对目前国内常用的钢管拱混凝土灌注施工方法中的顶升灌注，高抛灌注及高抛振捣灌注三种方法比较研究后，选定采用顶升灌注方案，并通过采取一系列的周密技术措施，取得了较为理想的效果，在此基础上形成本工法。临汾市鼓楼西汾河大桥钢管拱混凝土灌注由于正处在冬季施工，这给国内的钢管拱桥混凝土灌注创造出一个更新技术台阶！

一、工法特点

本工法采取从钢管拱脚处用高压输送泵一直往拱顶压送混凝土之顶升灌注法，具有：

1、混凝土中不窝气、不空鼓。

2、混凝土密实度好，钢管壁与混凝土结合密贴，混凝土强度有保证；

3、在拱上布管少；

4、混凝土灌注快速，且施工中不需要振捣；

5、施工方便。

二、适用范围

本工法适用于各种结构形式的钢管拱桥以及其它钢管结构混凝土的灌注。

三、混凝土配合比选择

㈠、技术要求：

1、混凝土强度：fc4≥45Mpa,fc28≥50Mpa

混凝土凝结时间：初凝时间：≥8h，终凝时间≤12h

混凝土灌注时的坍落度：16cm～20cm，坍落度损失：4h时≤6cm

混凝土限制膨胀率：28d，0.002%～0.006%

混凝土和易性、可泵性良好，无泌水现象。

2、混凝土配合比设计

混凝土配合比采用正交试验法进行优化设计，设计控制参数：

水泥：威顿牌P·O525＃，≤500kg/m3，符合国家质量标准要求。

掺合料：高效U微膨胀剂１０%。符合国家质量标准要求。

外加剂：H S−І型高效防冻剂1.２%。符合国家质量标准要求。

砂：洪桐王开中粗河砂，细度模量Mn=2.９；含泥量：２.４%。符合国家质量标准要求。

石：石灰岩碎石，最大粒径５mm～３１.５mm；含泥量：０.５%。级配

良好，符合国家质量标准要求。

含砂率：45%～4８%。

混凝土配合比及混凝土各项技术性能指标如下表表1 钢管拱C５０混凝土冬季施工配合比

１、本配合比使用最低环境不应低于－10ºС。

2、本配合比的混凝土初凝时间为8-10h。

3、准确计量外加剂、掺合剂。

4、建议采用综合蓄热法进行冬季施工。

表2混凝土各项技术性能指标

要求和易性、可泵性都呈良好的状态。

四、混凝土灌注工艺流程如下图1：

图1 混凝土灌注工艺流程图

五、混凝土灌注施工方法

1、混凝土灌注顺序

遵循先上弦管，后下弦管；先外弦管，后内弦管的原则，南北拱肋同时从拱脚对称向拱顶灌注：先灌注南侧拱肋东、西８０米和105米跨的上外弦管，待微膨胀混凝土的强度达到70%后；再灌注北侧拱肋东、

西８０米和105米跨的上外弦管，待微膨胀混凝土的强度达到70%后；其余弦管可对称连续灌注，最后灌注的上、下平联。

其顺序如下图2:

南侧拱肋

北侧拱肋

图2 钢管拱砼灌注顺序图

2、灌注孔安设

灌注孔孔径采用125mm，与混凝土输送管等直径，其方向向上，与钢管拱轴线成30º的角度，与弦管的截面呈45º的角度。注浆管进入弦管内5-20㎝，注浆管与弦管焊缝质量等同钢管拱主体。混凝土输送管与弦管用法兰盘连接，并设止浆阀。为防止从拱脚出不能一次灌注到拱顶，每根钢管从拱顶对称各再增设3个灌注口，作为备用。其布设如下图3所示

图3 灌注布设图（部分）

3、排气孔安设

排气孔每8m设一个，孔径50mm，露出管外200mm，方向垂直于钢管轴线，在每根钢管拱顶管内用钢板隔开，并在此钢板两侧150mm处对称安设直径φ1５0mm，高1３00mm的排气管。为防止加强环及拱顶隔板处窝气，在加强环和隔板上设φ20mm的排气孔，加强环的排气孔尽量设在靠近拱的上方。

4、输送泵的选型及布设

根据钢管混凝土对称同时灌注的原则，每次灌注两根钢管，则两端各设两台输送泵，同时拱背上布设两组输送管作为备用。为减少垂直高度和弯管引起泵送压力损失，采用二级接力泵送。其输送泵的布设和型号如图4、表3：

运输车

表3 混凝土输送泵型号

5、混凝土灌注过程中的监测监控

监控项目：墩顶位移、拱顶高程变化、拱轴线变化

监测仪器：托普康TPCON６0２全站仪。

测点布设：在4# 、5#、6# 、7#帽梁及南北拱钢管的L/2、L/4、L/8处设测点，共布设28个测点。

监测监控的质量要求：轴线偏位：50㎜以内；拱圈高程：80m为±26㎜（L/3000）、105m为±35㎜（L/3000）；对称点高程：80m为26㎜、

105m为35㎜；对称点高程极值：80m为53㎜（L/1500）、105m为70㎜（L/1500）；

监测监控时间：在混凝土灌注过程跟踪进行监测监控。

6、钢管拱冬季施工的保温措施

临汾市鼓楼西汾河大桥钢管拱混凝土灌注施工时温度约为4～-4℃。在灌注之前便采取了冬季钢管拱保温措施：钢管拱表面用2ｍ×2.7ｍ的棉被将其包裹，棉被里缝上规格为：2.2ｍ×1.3ｍ的电热毯，且串联在一起，并在每天气温最低时通电源，直到混凝土到达设计要求的强度。

6、技术措施

（1）所有输送泵在每次混凝土灌注前对各部件都要进行认真检查，并试运行，确保在整个混凝土灌注过程中，机况运行良好。同时备用两台输送泵，保证在输送泵有问题时，能及时顶上。

（2）输送管布设时，尽量减少弯管的数量，管道固定牢固，接头连接紧密，不漏浆，不漏气。

（3）泵送混凝土前，先泵清水和水泥砂浆润滑管道，再泵送混凝土。清水必须泵到钢管外，待泵出混凝土时，再与钢管灌注口相接，向钢管内泵送混凝土。

（4）每车混凝土都应作坍落度、含砂率、和易性检验，保证泵送前混凝土的坍落度控制在１8cm±2cm内及和易性、可泵性和流动性性良好。在现场如果发现混凝土不符合要求，必须返回搅拌站重新处理。