钢管拱混凝土灌注方案详解

衡水市榕花大街（和平路—大庆路）上跨京九、石德铁路高架桥工程

钢管拱混凝土灌注方案

一、工程概况

衡水市榕花大街（和平路—大庆路）上跨京九、石德铁路高架桥工程，位于衡水市区，榕花大街北端与省道S282相接，并与大广高速形成互通，南端止于人民东路（省道S231),是衡水市中心城区最重要的南北向城市主干道之一。

本工程设计范围为大庆路至和平路路段，道路总长1133.741m，主线为新建上跨京九、石德铁路高架桥，辅路为利用既有下穿铁路框架桥形式。主桥采用80m下承式钢管混凝土系杆拱桥，拱肋采用4管桁架式拱，桁架截面高2.4m，宽2.1m，拱肋理论跨径L=77.8m，理论矢高f=13.0m（未考虑拱肋受力变形影响），拱肋中心线采用悬链线，线方程y=f｛ch[k(2x/L)]-1｝/m-1，式中k=ln[m+√（m ²-1]，拱轴系数m=1.01。拱肋共分七个制作节段，各拱段采用全焊式连接方法，弦杆采用φ800×22mm和φ800×18mm钢管，直腹杆和横联杆采用φ406×13mm 无缝钢管，斜腹杆采用φ273×9.5mm无缝钢管，拱肋与主梁连接拱脚处采用

2.5mm厚钢筋混凝土结构，弦杆伸入钢筋混凝土拱脚段采用直线形式，上弦杆长

3.5m，下弦杆长2.5m，弦管内灌注C50微膨胀混凝土，其他杆件内不灌注混凝土。混凝土灌注方量为135.3m³。

二、施工方法论证

本工程拱肋外径均为 800mm，在封闭的钢管中灌注混凝土，同时又要保证混凝土在钢管中能密实成型，存在以下施工难点：1、拱形钢管中的混凝土在施工时无法进行振捣，混凝土必须实现免振捣自密实性能，普通混凝土在硬化时会出现收缩现象，为保证混凝土在钢管中能密实成型，混凝土要实现无收缩或微膨胀性能。2、钢管全部封闭，如采用常规施工方法在拱顶开口泵送混凝土入钢管，会造成空气滞留钢管内造成施工缺陷（产生气泡或断层），常规施工方法无法保证工程质量。

根据以上问题确定采用：1、根据设计采用C50微膨胀混凝土，结合商用混凝土搅拌站，采用可满足施工要求的混凝土配合比。2、混凝土灌注时采用泵送顶升压注施工。

三、工序组织

本工程钢管拱设计为一跨，钢管拱共四根拱肋，上下各二根，每根拱肋分由中分为两个封闭弦管，四根拱肋共需灌注八次混凝土。设计钢管拱的灌注顺序必须遵循先下弦管，后上弦管，灌注两岸（上游下游）两侧（东侧西侧）对称灌注的原则，钢管拱混凝土灌注顺序为1→2→3→4，灌注顺序如下图：

钢管拱混凝土的灌注是一项工序要求比较复杂和严格的工程。具体施工流程

如下：

施工过程中为了快速有效的灌注好钢管拱混凝土，项目部将以上可同步施工

的工序进一步优化，施工现场施工时主控四个步骤：1、支架搭设。2 输送泵管架设，输送泵车转场，输送泵管加固。3、输送泵车送混凝土。4、拆除输送泵管，清洗输送泵车及输送泵管。这四个环节，项目部派专人专职负责，同时由生产经理统一协调指挥。

四、机械配置及施工现场准备工作

1、机械配置

⑴施工机械配置

为确保工期和混凝土的连续灌注质量，项目部进行计算论证：

①输送泵额定扬程大于1.5倍灌注顶面高度，单跨灌注顶面高度最大为13m，额定扬程200m﹥1.5×13m。

②输送泵的额定速度v≧1.2Q/t（v为输送泵车的额定速度，Q为要求灌注的混凝土量，t为混凝土的终凝时间），同一循序一根管混凝土量最大为34m³，两台泵灌注，单泵灌注量为17m³，混凝土终凝时间按8h计算，HBT60型号输送泵车额定速度60m³/h﹥1.2×17m³/8h。

根据计算论证，项目部配置了两台HBT60输送泵车，两台HBT60备用泵车。分别布置在单侧拱肋两端，在保证了两岸对称施工的情况下保障有两台输送泵车备用。

⑵运输车辆配置

灌注前准备七辆混凝土罐车，同时到达灌注现场，六辆混凝土罐车装载混凝土，一辆混凝土罐车装载砂浆，一台输送泵车配备三辆混凝土罐车，两台输送泵车共用一辆砂浆灌车，如发生突发情况，随时根据施工实际情况作出调整，以保证拱肋钢管混凝土连续浇筑。

⑶混凝土搅拌设备配置

因施工现场不具备搅拌条件，采用商品混凝土搅拌站混凝土供应。

2、其他配置

施工前检修好电路，同时与供电部门提前联系，施工现场准备一台功率为120KW 发电机备用。为了防止拱顶加压孔处砼不密实，准备好气焊、灰斗、塑料袋及振捣棒，一旦发现有意外，要及时用气焊割开加压管，边振捣边用塑料袋装上混凝土向孔内灌注，直至混凝土密实为止。

机械设备配置表

3、泵送混凝土灌注前准备工作

⑴输送泵管的安装

在施工方案确定的位置焊接输送甭管，为减小泵送压力，泵送管道与拱形钢管侧壁必须成不大于 30 度角进行焊接，焊接前应在钢管侧壁选定的开口位置进行开口，开口应画好形状与尺寸，保证与泵送管焊接时尺寸相符，密封良好。泵管采用内径为 125mm 钢管，在压注孔的位置及管道线路上，搭设支架专门用于架设混凝土输送泵管，保证管道的稳固性，尽量减少弯头。在泵管对接前，仔细检查管内壁是否清洁，接头和密封圈是否完好，确保在泵送过程中不发生堵塞、爆裂和泄露现象。对接好后，对输送管要逐节检查，确保管节接口严密，杜绝混凝土顶升过程中发生脱管现象。在现场配备同样长度数量的泵管、弯头和密封圈一套作为备用。对备用管道的更换要先进行试验，熟练掌握。泵管安装好后，禁止人员在管道上行走。采用厚塑料布将加压管附近的拱肋（含排气管）处覆盖，以免混凝土污损钢管涂装。

⑵防回流阀门设置

在混凝土灌注前，在灌注管上设置防回流截止板阀（法兰盘），并对压浆管与拱肋钢管及法兰盘接口的焊缝作加劲处理。阀板洞口的尺寸应不小于泵送管道的内径，以避免增加泵送压力。加工阀板时两面应平整并涂以黄油以保证阀门处的密封。

⑶商用搅拌站检查及混凝土质量检测

项目部试验部门提前对商用搅拌站备所有的生产原材料，施工配合比，搅拌设备进行检查。考虑到连续泵送。试验室人员对生产过程进行全程监控，随时反馈现。

混凝土质量检测：要求混凝土具有低泡、大流动性、收缩补偿、延缓初凝和早强的性能，骨料应微呈悬浮状态，不能下沉，防止离析。混凝土出罐坍落度为 24～25 cm，入泵坍落度在 20～21cm 之间，确定其可泵性，和易性，坍落度，强度均满足钢管拱灌注的要求。施工完后要用锤击和超声波检测砼密实程度及与钢管之间是否密贴。

五、钢管拱管内 C50 微澎胀混凝土灌注施工

灌注前，阀门螺栓先用生胶带缠绕，再拧紧螺栓，防止泄气，导致压力损失。连接法兰与输送泵，连接处用泵卡上紧。灌注时，打开阀门，将汽泵到钢管间的泵管用适量水及水泥砂浆润滑。根据计算的砼方量，接通阀门，然后压入 C50 微膨胀混凝土，从两拱脚处对称灌注混凝土，灌注至灌注孔位置后停止泵送混凝土，两端分别泵入1m³高标号水泥砂，润滑泵管。继续灌注混凝土，在灌注过程中通过计算压入混凝土的方量，由专人用人工敲击管壁来控制两边压注的速度，两端进度相差不大于2m，以达到两边高度相同，排气孔同时出浆，待加压管顶部排出至少1m³混凝土后，拧紧法兰螺栓，拆除输送泵管，接入同一步骤的下一拱肋对应灌注。灌注时要严格检查，防止管壁爆裂。

六、钢管拱拱肋线型测量及控制

钢管拱灌注过程中利用全站仪和拱轴线上缘贴反光片进行拱肋轴线偏位及标高测量。钢管拱拱肋线形的控制主要是高程和轴线左右的偏移变形的控制。

1、线形发生变化产生的原因

⑴重力变成水平推力，造成拱身变形。

⑵混凝土的水化热热胀造成钢管拱的温度变形。

⑶气温变化造成的变形。

⑷混凝土在灌注过程中不对称灌注产生重力不平衡造成的变形。

2、灌注过程中针对可能出现的变形采取的措施

⑴在灌注过程中严格控制混凝土的灌注数量，达到两侧混凝土升速度一致。

⑵调整配合比中的水泥用量，降低水化热。