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。

禁止将不符合要求的混凝土灌入弦管内。

（5）每次灌混凝土之前要根据钢管拱的的跨度来决定水泥砂浆量；此桥80ｍ、105ｍ的两端各为1.3 m3。

（6）第一车混凝土宜比正常坍落度要大一些，这样能在接下来灌注的中起到润滑管壁的作用；但坍落度不能太大，恐怕时间过长造成混凝土中的石子沉淀将注浆口堵死。

此桥为20cm–22cm。

（7）对称灌注混凝土数量相差不超过１．５m3，水平长度不大于3ｍ。

（8）当混凝土不能连续灌注时，可以反泵将弦管混凝土抽回料斗，再来回泵送，以免由于混凝土在弦管放置时间过长产生沉淀。

（9）如果各弦管之间是连续作业时，必须将上一个弦管留在泵车料斗里混凝土全部清除，然后用水将泵车的料斗、泵管清洗干净。

严禁将料斗里的混凝土和水泥砂浆混合在一起作为弦管的砂浆灌注到钢管拱内，这种情况十分容易导致泵管堵管的现象发生。

（10）为防止钢管拱冒顶，事先做好压顶的准备工作，一但监测到拱顶冒顶接近警戒值，就立即进行压顶。

（11）在混凝土灌注过程中，应跟踪监测4#、5#、6# 、7#墩顶的位移变化，若位移接近警戒值时，应根据加载程序对水平细杆或墩顶竖向预应力加载。

（12）当输送泵压力接近最大压力值时，而混凝土还未到拱顶，应停止泵送，换管到上一灌注孔进行泵送，但要保证此灌注孔上方混凝土至少有5m，不允许混凝土倒灌。

（13）当出气孔冒浆时，应立即堵塞该出气孔。

出气孔未冒浆不得堵塞。

（14）混凝土应连续供应，当混凝土出现间断时，应留一车混凝土每隔5分钟泵送一次，直到下车混凝土到来。

输送泵料斗必须有足够的混凝土，防止无混凝土空泵而泵入空气到管中，引起堵管，或钢管内混凝土进入空气而形成空洞，影响混凝土质量，或因压缩空气产生高压造成钢管壁破裂。

（15）当拱顶排气管冒浆时，应继续压注混凝土，直到浮浆全部排完，出现有石子的混凝土时，方可停止泵送混凝土。

（16）混凝土泵送完后，立即关闭弦管上的止浆阀门。

再将料斗里混凝土全部清除，最后拆除输送管，进行清洗。

（17）冬节在灌注钢管拱时，除了材料、水采取必要的加热外，最重要是保证入模的温度在：13℃～18℃。

（18）混凝土灌注完后，在夏季应对钢管表面淋水降温；冬季应用棉被包裹钢管来使混凝土达到强度所需要的温度。

以保证混凝土的质量。

六、质量保证措施1、加强现场统一指挥，分工明确，相互配合。

经理负责总指挥，生产副经理负责现场总指挥，钢管拱两端由两名技术人员进行指挥，各灌注口安排8名操作人员负责接管、拆管、堵塞排气孔检查、检查泵管接头与弦管的各个焊缝等。

2、灌注混凝土前，组织指挥和操作人员进行技术交底，使每人明确自己的岗位职责和质量职责，确保技术要求的贯彻执行。

3、派人员到混凝土搅拌站监督督促混凝土的供应，与现场密切保持联系，根据现场的需用量及时进行供应。

4、在输送泵现场，派专人对混凝土运输车进行调度指挥，保证运输车进出场畅通。

七、安全保证措施1、灌注混凝土前，进行安全教育和安全技术交底，完善安全设施。

2、严格按照安全操作规程使用机械。

3、严格遵守高空作业安全规程，安拆灌注管时，严禁从拱上掉东西。

高空作业时，严禁底下站人。

4、所有灌注管安设牢固，不得有松动现象。

5、所有用电线路按“三相五线”制安设。

八、工程实例临汾鼓楼西汾河大桥为五连跨钢管拱总长３２５m，由主桥和两端的引桥组成。

主桥为钢管混凝土中承式钢架系杆拱，跨度105m，双向四车道，桥宽（钢管拱下弦管及平联加工图）４１m，连接临汾鼓楼西街和临汾西面的大运公路。

主桥下部结构形式为φ１.５m桩基、承台、１.４m—４.５m混凝土墩柱及系梁，上部结构为4个弦管构式钢管拱；１０５m跨弦管直径８００mm，壁厚为1８mm，（上弦管及腹杆加工图）８０m跨弦管直径８００mm，壁厚为为1６mm。

钢管内灌注C50微膨胀混凝土，共１２４８．８m3；通过８４对双吊杆悬吊预应力横梁，上面放置１２２４片小T型梁由组合桥面系，于采用无推力拱体系，两端帽梁通过南北各6根37φ180 （钢管拱上吊杆预留图）钢绞线成品束来平衡拱对帽梁产生的推力，并通过墩柱内的竖向预应力体系克服拱对帽梁产生的弯矩。

大桥拱肋划分布置如下图5：图5 临汾鼓楼西汾河大桥80ｍ跨拱肋划分示意图该桥是临汾市已建钢管拱桥梁中跨径最大、技术含量最高的一座，具有无铰下承格构式系杆拱目前国内跨度最大，桥面悬浮体系目前国内最新的特点。

临汾鼓楼西汾河大桥建成后，不仅能缓建临汾市的交通及向西扩建的规划，而且还将作为临汾城市的一个标志，与周围环境共同构成临汾市的一道亮丽景观。

临汾市鼓楼西汾河大桥钢管拱混凝土灌注对可能发生的问题进行预测分析，并采取正确的措施，保证了混凝土得以顺利灌注，取得了较为理想的效果。